EP4081382A1 - Mehrkomponenten-spritzgiessmaschine und extrudereinheit samt haltestruktur zum nachträglichen aufrüsten einer einkomponenten-spritzgiessmaschine - Google Patents

Mehrkomponenten-spritzgiessmaschine und extrudereinheit samt haltestruktur zum nachträglichen aufrüsten einer einkomponenten-spritzgiessmaschine

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EP4081382A1
EP4081382A1 EP20833770.9A EP20833770A EP4081382A1 EP 4081382 A1 EP4081382 A1 EP 4081382A1 EP 20833770 A EP20833770 A EP 20833770A EP 4081382 A1 EP4081382 A1 EP 4081382A1
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EP
European Patent Office
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unit
extruder
molding machine
injection molding
component injection
Prior art date
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Pending
Application number
EP20833770.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Zipse
Klaus Kratt
Etienne Bergmann
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Ferromatik Milacron GmbH
Original Assignee
Ferromatik Milacron GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ferromatik Milacron GmbH filed Critical Ferromatik Milacron GmbH
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    • B29C45/1866Feeding multiple materials

Definitions

  • the present invention relates to a multi-component injection molding machine, comprising a machine bed, at least two mold clamping plates movable relative to one another by means of a clamping unit, an injection unit and an extruder unit, the injection unit being movable relative to the adjacent mold clamping plate and comprising a nozzle with a nozzle head and the extruder unit between a first position in which a nozzle support of the extruder unit rests on the nozzle head, and a second position releasing the injection unit for possible contact of its nozzle head on a tool clamped on the adjacent platen is adjustable.
  • Multi-component injection molding machines allow the production of plastic articles that consist of several components and have a multi-layer cross-section; Due to this multilayer nature of the plastic article, the corresponding manufacturing process is also referred to as a sandwich injection molding process.
  • Such multi-component plastic articles are typically characterized in that their outer skin structure is formed from a different component than their inner core structure.
  • the different material properties of the various components can be used to provide a plastic article that has properties that are superior to those of a one-component plastic article.
  • the multi-component Plastic articles have a cost advantage.
  • recyclates can be used as components for the core structure without adversely affecting the properties of the surface of the plastic article.
  • the multilayered cross-section of the plastic article is achieved in that the two components present as a melt are conveyed directly one after the other during an injection process into an injection mold arranged between the two mold mounting plates.
  • the injected melt begins to solidify immediately upon contact with the walls of the injection mold, so that the melt in the middle of the flow advances faster than the melt in the vicinity of the walls. Accordingly, the melt that is introduced into the injection mold at the beginning of the injection process forms the skin structure, while the melt that follows later forms the core structure.
  • the various components present as melt are injected into the injection mold in the course of a single injection process of a single injection unit, the melt of the various components being layered in the injection unit in such a way that the components are conveyed one after the other into the injection mold during the injection process become.
  • the layered arrangement of the two components in the injection unit is achieved in that the skin component in the form of melt is fed to the injection unit via its nozzle from the extruder unit, while the core component is provided by a plasticizing and injection screw of the injection unit. Skin component and core component are thus stored in the injection unit directly adjacent to one another and thus layered one behind the other - before the respective "shot" - the skin component being arranged directly in the region of the nozzle.
  • EP 0692359 A1 describes, for example, a device for injection molding using the mono-sandwich method, in which an additional plasticizing unit can be connected to or detached from the main injection unit. If the plasticizing unit and main injection unit are connected to one another, skin material can be conveyed from the plasticizing unit into a cylinder (screw antechamber) of the main injection unit. The injection unit plasticizes the core material in order to complete the layered arrangement of skin and core material which is necessary for the sandwich injection process. The main injection unit is then detached from the plasticizing unit and moved into position for injection into the mold.
  • the present invention has set itself the task of providing an even further improved multi-component injection molding machine, in particular with regard to practicality and economy as well as with regard to the possibility of retrofitting one-component injection molding machines to multi-component injection molding machines.
  • an injection molding machine of the generic type in which, in the first position, the extruder unit and the injection unit can be coupled directly to one another by means of a coupling device in that the extruder unit comprises a coupling unit which at least has a second clamping element that mechanically interlocks with at least one first clamping element provided on the injection unit in such a way that the coupling device provides a pressing force of the nozzle head on the nozzle support.
  • the mechanical interlocking of the first clamping element and the second clamping element ensures that a pressing force of the nozzle head is exerted on the nozzle support and, as a result, the injection unit and the extruder unit are coupled (clamped) to one another.
  • the jamming of the injection unit with the extruder unit is characterized by the fact that between these two units not only the contact pressure (between the nozzle head and nozzle support) but also an essentially opposing clamping force acts between the clamping elements. Since - in the sense of a direct short frictional connection - the pressing force and the clamping force in their effect on the extruder unit as a whole cancel each other (at least essentially), hardly any forces that have to be supported act on the extruder unit in the direction of the pressing force.
  • the cycle time can be reduced and thus the economy can be improved, since the support of the extruder unit and the extruder unit itself can be made less massive and thus lighter and the associated reduction in the moving mass enables higher movement speeds of the extruder unit.
  • a lighter design of the extruder unit and its support have the advantage of saving material, which has an equally positive effect on the production costs and thus the economy.
  • the coupling unit preferably comprises an extruder channel opening into the nozzle support and the nozzle head has a nozzle opening, whereby when the extruder unit is coupled to the injection unit by means of the coupling device, the nozzle opening and the mouth of the extruder channel in the nozzle support overlap and the nozzle head is fluid-tight the nozzle support.
  • a closure element is arranged in the extruder channel.
  • the closure element is able to automatically release or close the extruder channel under pressure control or externally. In this way, it can be made possible that - when the extruder unit and the injection unit are not coupled - no plastic melt residues drip out of the channel of the extruder unit and the associated contamination and functional impairments are prevented.
  • the closure element when the closure element is closed prevent the plastic melt in the extruder channel from being in direct contact with relatively cold air and a plastic skin forming on this contact surface, which would hinder the subsequent conveyance of plastic melt through the extruder channel.
  • Another preferred development of the invention is characterized in that the position of the at least one first clamping element can be changed relative to the nozzle head and / or that the position of the at least one second clamping element can be changed relative to the nozzle support.
  • the change in the position of the at least one first clamping element relative to the nozzle head and / or the change in the position of the at least one second clamping element relative to the nozzle support can advantageously be brought about by means of at least one clamping actuator.
  • the clamping actuator By actuating the clamping actuator, the interlocking of the first clamping element with the second clamping element can be brought about or prevented in a targeted manner, in fact detached from a relative movement between the rest of the extruder unit and the rest of the injection unit; thus the occurrence of thrust forces on the clamping elements as well as the nozzle and the nozzle support can be largely prevented.
  • At least one clamping spring acts very particularly advantageously on the at least one first clamping element and / or the at least one second clamping element.
  • a spring force emanating from the clamping spring preferably causes the mechanical interlocking of the first clamping element with the second clamping element, which is associated with the exertion of the contact pressure between the nozzle head and the nozzle support and, as a result, directly couples the extruder unit and the injection unit to one another.
  • the clamping actuator counteracting the spring force only needs to be actuated when the mechanical interlocking of the first clamping element with the second clamping element is to be prevented, i.e. the extruder unit and the injection unit are to be decoupled and moved out of the first position.
  • the mechanical interlocking of the first clamping element with the second clamping element can, however, alternatively also be brought about by the clamping actuators themselves instead of the clamping springs.
  • the clamping actuator is preferably designed as a linear actuator or comprises an eccentric or a toggle lever.
  • Another preferred development of the multi-component injection molding machine according to the invention is characterized in that the movement of the extruder unit into the first position causes the at least one first clamping element to interlock with the at least one second clamping element and the extruder unit and the injection unit directly by means of the coupling device couple with each other and the coupling device provides the contact pressure of the nozzle head on the nozzle support.
  • the first clamping element engages with one another the second clamping element and the associated exertion of the contact pressure between the nozzle support and the nozzle head is caused solely by the extruder unit and the injection unit being moved into the first position, so that a separate clamping actuator according to the above statements is dispensed with, and one in particular simply constructed and easy to control injection molding machine can be realized.
  • At least one first clamping element and / or at least one second clamping element is wedge-shaped.
  • the wedge-shaped design of the first clamping element and / or the second Clamping elements a particularly simple clamping device can be realized.
  • the extruder unit can be moved into the first position in that the coupling unit can be moved relative to the rest of the extruder unit by means of a coupling unit drive.
  • the extruder unit can be moved into the first position by only moving the coupling unit while the rest of the extruder unit does not experience any movement.
  • the moving masses can be reduced even further, which enables a further advantageous reduction in the cycle time.
  • the extruder unit comprises an extruder housing, a rotatable extruder screw accommodated in the extruder housing and a drive unit driving the extruder screw, the extruder housing being movable by means of an extruder actuator.
  • the drive unit is preferably designed as an electromotive, hydraulic or pneumatic drive unit and / or the extruder actuator is preferably designed as an electromotive, hydraulic or pneumatic extruder actuator.
  • the extruder unit comprises a hydraulic or pneumatic unit, by means of which the hydraulic or pneumatic drive unit and / or the hydraulic or pneumatic extruder actuator can be supplied with pressurized fluid medium. Since the extruder unit itself thus includes the unit required to drive the drive unit and the extruder actuator, the extruder actuator and the drive unit do not have to be connected to a corresponding external unit, which simplifies the control and energy connection of the extruder unit to the rest of the injection molding machine becomes. Alternatively, in some installation situations - in particular if a multi-component injection molding machine according to the invention is completely rebuilt and not through the subsequent upgrading of a one-component
  • Injection molding machine should be realized - be advantageous if the hydraulic or pneumatic extruder actuator and / or the hydromotor or pneumatic drive unit can be supplied with pressurized fluid medium from a hydraulic or pneumatic unit, which is not part of the extruder unit. In this way, it can be made possible that one and the same unit not only supplies the drive unit and the extruder actuator with fluid medium, but also any other consumers, such as the clamping unit, whereby the complexity and the manufacturing costs of the injection molding machine can be reduced.
  • the extruder housing and the injection unit housing can be arranged in different positions relative to one another.
  • a large number of different arrangement constellations are possible within the scope of the invention.
  • the extruder housing and the injection unit housing are preferably designed in a cylindrical design. In the first position, the longitudinal axis of the cylindrical extruder housing and the longitudinal axis of the cylindrical injection unit housing preferably span a vertical or horizontal plane and enclose an angle of 90 ° or less.
  • extruder unit is mechanically connected to the rest of the multi-component injection molding machine via a mechanical interface and this is used as a Euromap interface, in particular in accordance with EM18 or VDMA24466, is executed.
  • a mechanical interface in particular in accordance with EM18 or VDMA24466, is executed.
  • the extruder unit communicates with the rest of the multi-component injection molding machine via a signal interface.
  • the signaling interface is suitable for transmitting at least three signals, a first signal indicating that the injection unit is in a position corresponding to the first position of the extruder unit, a second signal indicating that the extruder unit is in the second position and where a third signal indicates that the extruder unit and the injection unit are both in the first position and are coupled to one another and that the drive unit of the extruder unit is driving the extruder screw.
  • the three signals are sufficient to control and coordinate the successful interaction of the extruder unit and the injection unit during the entire multi-component injection molding process.
  • FIG. 1 shows an extruder unit, an injection unit and a mold mounting plate of a first embodiment in the first position in a side view
  • FIG. 2 shows the injection molding machine parts according to FIG. 1 in the second position in a side view
  • FIG. 3a shows an enlarged detail from FIG. 1 in a vertical section
  • FIG. 3b shows the enlarged section according to FIG. 3a in a perspective oblique view
  • FIG. 3c shows the perspective oblique view from FIG. 3b in a partial sectional view. Also show
  • FIG. 4 shows a partially schematic section of an extruder unit and an injection unit of a second exemplary embodiment of the multicomponent injection molding machine according to the invention in the first position in a vertical section
  • FIG. 5 shows the first clamping element according to FIG. 4 in vertical section and front view
  • FIG. 6 shows the second clamping element according to FIG. 4, also in vertical section and front view
  • FIGS. 4 to 6 shows a specific embodiment of the second exemplary embodiment, shown partially schematically in FIGS. 4 to 6, in the first position in a vertical section.
  • FIG 8 illustrates in a schematic overall view an injection molding machine designed to implement the present invention.
  • Fig.l to 3c show only selected ones
  • the multicomponent injection molding machine 1 comprises - in the usual way - a machine bed, two mold mounting plates 2 movable relative to one another by means of a clamping unit, an injection unit 3 and an extruder unit 4 The clamping unit and one of the two mold mounting plates are not shown.
  • the injection unit 3 can be moved horizontally relative to the adjacent platen 2 and comprises an injection unit housing 5 of cylindrical construction, a rotatable plasticizing and injection screw 6 accommodated in the injection unit housing 5 and displaceable along its axis, and a nozzle 7.
  • the nozzle 7 has a conical nozzle head 8, a cylindrical nozzle body 9 and a collar 10 formed at the transition between nozzle head 8 and nozzle body 9, the collar 10 forming the first clamping element 11 and the nozzle head 8 having a nozzle opening 12.
  • the injection unit 3 has an injection channel 13 in which a first closure element 14 is provided.
  • the extruder unit 4 comprises a cylindrical extruder housing 15, a rotatable extruder screw 16 accommodated in the extruder housing 15, a drive unit (not shown) that drives the extruder screw 16 and an extruder actuator (not shown), by means of which the extruder housing 15 is vertical relative to the mold mounting plate 2 is movable.
  • the extruder unit 4 has a coupling unit 17.
  • the coupling unit 17 comprises a deflection head 18, a nozzle support 19 in which an extruder channel 20 opens, a support plate 21 firmly connected to the deflection head 18, a second clamping element 22 and four support plate 21 with the Stud bolts 23 connecting the second clamping element 22.
  • the stud bolts 23 are each arranged parallel to one another in the region of a corner of the support plate 21 and are each perpendicular to the plane defined by the support plate 21.
  • a second closure element 25 designed as a pivot pin 24 is provided in the extruder channel 20 (cf.
  • the second clamping element 22 is plate-shaped parallel to the support plate 21 and has a vertically running, downwardly open slot 26, which is dimensioned such that the cylindrical nozzle body 9 encompasses and thus the first clamping element 11, the collar 10 of the nozzle 7 from the second clamping element 22 can be engaged from behind.
  • the second clamping element 22 can be acted on and its relative position to the nozzle support 19 or to the support plate 21 can be changed by moving it along the axes of the stud bolts 23 is moved.
  • the four clamping springs 27 exert a force on the second clamping element 22 in the direction of the support plate 21, while the two clamping actuators 29 are powerful enough to move the second clamping element 22 against the resistance of the clamping springs 27 in the opposite direction.
  • FIG. 1 and FIGS. 3a to 3c show the extruder unit 4 and the injection unit 3 in a first position in which the nozzle support 19 of the extruder unit 4 rests against the nozzle head 8 of the injection unit 3.
  • the extruder unit 4, which is in the first position, and the injection unit 3 can be coupled directly to one another by means of a coupling device 30.
  • the first clamping element 11 acts with the second Clamping element 22 mechanically interlocking in such a way that the coupling device 30 provides a pressing force of the nozzle head 8 on the nozzle support 19 so that the nozzle head 8 rests fluid-tight on the nozzle support 19.
  • the first clamping element 11 is first engaged from behind by the second clamping element 22 by lowering the extruder unit 4 vertically from the second position (see FIG. 2) into the first position by means of an extruder actuator (not shown), namely when the ( activated) clamping actuators 29.
  • the two clamping actuators 29 are then deactivated and thus enable the four clamping springs 27 to force the second clamping element 22 in the direction of the support plate 21.
  • the second clamping element 22 and the first clamping element 11 mechanically interlock and bring about the pressing force between the nozzle support 19 and the nozzle head 8, as a result of which the injection unit 3 and the extruder unit 4 are coupled (clamped) to one another.
  • Plastic melt of a skin component can then be conveyed from the extruder unit 4 via the extruder channel 20 via the nozzle 7 into the injection unit 3.
  • the two clamping actuators 29 In order to release the coupling of the extruder unit 4 with the injection unit 3 (after the plastic melt has been conveyed into the injection unit 3), the two clamping actuators 29 must be actuated and the second clamping element 22 must be moved against the resistance of the clamping springs 27 so that the interlocking of the first clamping element 11 is prevented with the second clamping element 22.
  • the extruder unit 4 can then be withdrawn vertically upwards by means of the extruder actuator (not shown) and moved into the second position.
  • the extruder unit 4 gives the injection unit 3 for possible contact of its nozzle head 8 with one on the neighboring one
  • the mold clamping plate 2 releases the mold clamping plate 2 and thus enables, in other words, a movement of the injection unit 3 in the direction of the adjacent mold clamping plate 2.
  • the longitudinal axis of the cylindrical extruder housing 15 and the longitudinal axis of the cylindrical injection unit housing 5 span a vertical plane and enclose an angle of 90 °.
  • Exemplary embodiment of a multicomponent injection molding machine (1) according to the invention restricts the representation to the injection molding machine parts that are directly integrated into the coupling process in a coupling device 30.
  • the partially shown injection unit 3 is horizontally movable and comprises an injection unit housing 5 and a nozzle 7 with a nozzle head 8 including nozzle opening 12 and a cylindrical nozzle body 9. Furthermore, the injection unit 3 has a wedge-shaped first clamping element 11 firmly connected to the nozzle 7 which has an opening 31 through which the cylindrical nozzle body 9 extends (see FIG. 5).
  • the extruder unit 4 which is also only partially shown, can be moved vertically and has an extruder housing 15 and a coupling unit 17.
  • the coupling unit 17 comprises a deflection head 18, a nozzle support 19 into which an extruder channel 20 opens, a second clamping element 22 and four stud bolts 23 that rigidly connect the second clamping element 22 to the deflection head 18.
  • the second clamping element 22 is plate-shaped and has a vertically running, downwardly open slot 26 which is dimensioned such that the second clamping element 22 can encompass the cylindrical nozzle body 9 and thus engage behind the first clamping element 11.
  • the stud bolts 23 are each arranged parallel to one another in the region of a corner of the second clamping element 22.
  • the second clamping element 22 With the vertical lowering of the extruder unit 4 into a first position (in which the nozzle support 19 rests against the nozzle head 8), the second clamping element 22 is also lowered to the same extent.
  • the movement of the extruder unit 4 into the first position causes the first clamping element 11 to interact with the second clamping element 22 and to couple the extruder unit 4 and the injection unit 3 directly to one another by means of the coupling device 30 and thus the coupling device 30 to the contact pressure of the nozzle head 8 on the nozzle support 19 provides.
  • FIG. 7 shows, by way of example, a specific embodiment of the second exemplary embodiment shown partially schematically in FIGS. In order to avoid repetition, only a few design details are explained in more detail below.
  • the stud bolts 23 are connected to the deflection head 18 by means of a pressure plate 21, which is firmly connected to both the stud bolts 23 and the deflection head 18.
  • the second clamping element 22 comprises a clamping wedge 33 and a clamping plate 34 fixedly connected to it, the stud bolts 23 being fixedly connected to the clamping plate 34.
  • the clamping wedge 33 could be vertical relative to the clamping plate 34 by means of a clamping actuator 29 can be moved, while the clamping plate 34 is firmly connected to the stud bolts 23.
  • the first clamping element 11 could engage with the second clamping element 22 independently of the movement of the extruder unit 4 into the first position.
  • the first clamping element 11 and the clamping wedge 33 are in direct contact with one another.
  • the axial position of the first clamping element 11 on the nozzle body 9 is secured by means of a lock nut 32.
  • the lock nut 32 and the opening 31 of the first clamping element 11 each have an internal thread which corresponds to an external thread of the nozzle body 9.
  • the injection unit 3 has a first closure element 14 provided in the injection channel 13.
  • a second closure element 25 designed as a pivot pin 24 is provided in the extruder channel 20 .
  • an injection molding machine 1 designed to implement the present invention has two mold mounting plates 2, an injection unit 3, a Extruder unit 4 and a machine bed 35.
  • the extruder unit 4 is connected via a holding structure 36 firmly connected to the machine bed 35.

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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine (1), umfassend ein Maschinenbett, mindestens zwei mittels einer Schließeinheit relativ zueinander bewegbare Formaufspannplatten (2), eine Einspritzeinheit (3) und eine Extrudereinheit (4). Die Einspritzeinheit (3) ist relativ zu der benachbarten Formaufspannplatte (2) bewegbar und umfasst eine Düse (7) mit einem Düsenkopf (8). Die Extrudereinheit (4) ist zwischen einer ersten Position, in der eine Düsenauflage (19) der Extrudereinheit (4) an dem Düsenkopf (8) anliegt, und einer die Einspritzeinheit (3) zur möglichen Anlage ihres Düsenkopfes (8) an einem auf der benachbarten Formaufspannplatte (2) aufgespannten Werkzeug freigebenden zweiten Position verstellbar. In der ersten Position sind die Extrudereinheit (4) und die Einspritzeinheit (3) mittels einer Kuppeleinrichtung (30) direkt miteinander kuppelbar, indem die Extrudereinheit (4) eine Kuppeleinheit (17) umfasst, welche mindestens ein mit mindestens einem an der Einspritzeinheit (3) vorgesehenen ersten Klemmelement (11) dergestalt mechanisch ineinandergreifend zusammenwirkendes zweites Klemmelement (22) aufweist, dass die Kuppeleinrichtung (30) eine Anpresskraft des Düsenkopfes (8) an der Düsenauflage (19) bereitstellt.

Description

MEHRKOMPONENTEN-SPRITZGIESSMASCHINE UND EXTRUDEREINHEIT SAMT HALTESTRUKTUR ZUM NACHTRÄGLICHEN AUFRÜSTEN EINER EINKOMPONENTEN-SPRITZGIESSMASCHINE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine, umfassend ein Maschinenbett, mindestens zwei mittels einer Schließeinheit relativ zueinander bewegbare Formaufspannplatten, eine Einspritzeinheit und eine Extrudereinheit, wobei die Einspritzeinheit relativ zu der benachbarten Formaufspannplatte bewegbar ist und eine Düse mit einem Düsenkopf umfasst und die Extrudereinheit zwischen einer ersten Position, in der eine Düsenauflage der Extrudereinheit an dem Düsenkopf anliegt, und einer die Einspritzeinheit zur möglichen Anlage ihres Düsenkopfes an einem auf der benachbarten Formaufspannplatte aufgespannten Werkzeug freigebenden zweiten Position verstellbar ist.
Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen erlauben die Herstellung von Kunststoffartikeln, die aus mehreren Komponenten bestehen und dabei einen mehrschichtigen Querschnitt aufweisen; bedingt durch diese Mehrschichtigkeit des Kunststoffartikels wird das entsprechende Herstellungsverfahren auch als Sandwich- Spritzgießverfahren bezeichnet. Derartige Mehrkomponenten- Kunststoffartikel zeichnen sich dabei typischerweise dadurch aus, dass deren äußere Hautstruktur aus einer anderen Komponente ausgebildet ist als deren innere Kernstruktur.
Durch geschickte Auswahl der Komponenten für die Hautstruktur (Hautkomponente) und die Kernstruktur (Kernkomponente) können die unterschiedlichen Materialeigenschaften der verschiedenen Komponenten genutzt werden, um einen Kunststoffartikel bereitzustellen, der über Eigenschaften verfügt, die denen eines Einkomponenten-Kunststoffartikels überlegen sind. Insbesondere wenn bei einem Kunststoffartikel der Einsatz einer relativ teuren Komponente an dessen Oberfläche angezeigt ist, in dessen Kern jedoch eine günstigere Komponente zum Einsatz kommen kann, zeichnet sich der Mehrkomponenten- Kunststoffartikel durch einen Kostenvorteil aus. Vor dem Hintergrund der wachsenden Bedeutung des Recyclings von Kunststoffen können dabei insbesondere recycelte Kunststoffe, sogenannte Recyclate, als Komponenten für die Kernstruktur zum Einsatz kommen, ohne die Eigenschaften der Oberfläche des Kunststoffartikels negativ zu beeinflussen.
Der mehrschichtige Querschnitt des Kunststoffartikels wird dabei dadurch erreicht, dass die beiden als Schmelze vorliegenden Komponenten unmittelbar nacheinander während eines Einspritzvorgangs in eine zwischen den beiden Formaufspannplatten angeordnete Spritzgießform gefördert werden. Die eingespritzte Schmelze beginnt sich bei Kontakt mit Wandungen der Spritzgießform unverzüglich zu verfestigen, sodass die Schmelze in der Mitte der Strömung schneller voranschreitet als die Schmelze in der Nähe der Wandungen. Demnach bildet die Schmelze, die zu Beginn des Einspritzvorgangs in die Spritzgießform eingebracht wird die Hautstruktur aus, während die später nachfolgende Schmelze die Kernstruktur ausbildet.
Bei Mono-Sandwich-Spritzgießmaschinen werden die verschiedenen als Schmelze vorliegenden Komponenten im Zuge eines einzigen Einspritzvorgangs einer einzigen Einspritzeinheit in die Spritzgießform injiziert, wobei die Schmelze der verschiedenen Komponenten derart in der Einspritzeinheit geschichtet ist, dass die Komponenten während des Einspritzvorgangs nacheinander in die Spritzgießform gefördert werden.
Die geschichtete Anordnung der beiden Komponenten in der Einspritzeinheit wird dabei dadurch erzielt, dass der Einspritzeinheit über deren Düse von der Extrudereinheit die als Schmelze vorliegende Hautkomponente zugeführt wird, während durch eine Plastifizier- und Einspritzschnecke der Einspritzeinheit die Kernkomponente bereitgestellt wird. Hautkomponente und Kernkomponente werden somit - vor dem jeweiligen "Schuss" - direkt aneinander angrenzend und damit hintereinander geschichtet in der Einspritzeinheit bevorratet, wobei die Hautkomponente unmittelbar im Bereich der Düse angeordnet ist.
Gattungsgemäße Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen sind seit vielen Jahren gekannt und haben sich in der Praxis bewährt.
EP 0692359 Al beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung zum Spritzgießen im Mono-Sandwich-Verfahren, bei der eine zusätzliche Plastifiziereinheit mit der Haupt-Einspritzeinheit verbunden oder von dieser gelöst werden kann. Sind Plastifiziereinheit und Haupt-Einspritzeinheit miteinander verbunden, kann Haut-Material von der Plastifiziereinheit in einen Zylinder (Schneckenvorraum) der Haupt-Einspritzeinheit gefördert werden. Die Einspritzeinheit plastifiziert das Kern- Material, um das geschichtete Arrangement von Haut- und Kernmaterial, welches für das Sandwich-Einspritzverfahren notwendig ist, zu vervollständigen. Die Haupt-Einspritzeinheit wird dann von der Plastifiziereinheit gelöst und in die Position zum Einspritzen in die Form bewegt.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht eine noch weiter verbesserte Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine bereitzustellen, insbesondere hinsichtlich der Praxistauglichkeit und der Wirtschaftlichkeit sowie in Bezug auf die Möglichkeit der nachträglichen Aufrüstung von Einkomponenten-Spritzgießmaschinen zu Mehrkomponenten- Spritzgießmaschinen .
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Spritzgießmaschine, bei der in der ersten Position die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit mittels einer Kuppeleinrichtung direkt miteinander kuppelbar sind, indem die Extrudereinheit eine Kuppeleinheit umfasst, welche mindestens ein mit mindestens einem an der Einspritzeinheit vorgesehenen ersten Klemmelement dergestalt mechanisch ineinandergreifend zusammenwirkendes zweites Klemmelement aufweist, dass die Kuppeleinrichtung eine Anpresskraft des Düsenkopfes an der Düsenauflage bereitstellt. Mit anderen Worten wird durch das mechanische Ineinandergreifen des ersten Klemmelements und des zweiten Klemmelements erreicht, dass eine Anpresskraft des Düsenkopfes an der Düsenauflage ausgeübt wird und im Ergebnis somit die Einspritzeinheit und die Extrudereinheit miteinander gekuppelt (verklemmt) werden.
Die Verklemmung der Einspritzeinheit mit der Extrudereinheit zeichnet sich dabei dadurch aus, dass zwischen diesen beiden Einheiten nicht nur die Anpresskraft (zwischen Düsenkopf und Düsenauflage), sondern zusätzlich noch eine im Wesentlichen gegengleiche Klemmkraft zwischen den Klemmelementen wirkt. Da sich - im Sinne eines direkten kurzen Kraftschlusses - die Anpresskraft und die Klemmkraft in ihrer Wirkung auf die Extrudereinheit insgesamt gegenseitig (zumindest im Wesentlichen) aufheben, wirken auf die Extrudereinheit in Richtung der Anpresskraft in Summe kaum Kräfte, die abgestützt werden müssen. Das stellt eine fundamentale Abkehr von der im Stand der Technik etablierten Lösung dar, bei der die Anpresskraft zwischen Düsenkopf und Düsenauflage dadurch aufgebracht wird, dass die Einspritzeinheit mittels eines Einspritzeinheit-Aktuators gegen die Extrudereinheit gepresst bzw. gespannt wird und demnach die Extrudereinheit entsprechend massiv abgestützt sein muss, um die benötigten Gegenkraft dauerhaft aufzubringen zu können. Vor diesem Hintergrund erfolgt die Abstützung der Extrudereinheit bei einer bekannten gattungsgemäßen Spritzgießmaschine typischerweise an der der Extrudereinheit benachbarten Formaufspannplatte, da diese typischerweise in der Lage ist, den durch die Abstützung hervorgerufenen Kräften dauerhaft zu widerstehen . Der Umstand, dass die Extrudereinheit einer erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine im Vergleich zum Stand der Technik somit deutlich weniger Kräfte in Anpresskraftrichtung abstützen muss, ermöglicht dabei eine Reihe von überraschenden Vorteilen .
Zum einen kann die Taktzeit reduziert und somit die Wirtschaftlichkeit verbessert werden, da die Abstützung der Extrudereinheit sowie die Extrudereinheit selbst weniger massiv und somit leichter ausgeführt werden können und die damit einhergehende Reduktion der bewegten Masse höhere Bewegungsgeschwindigkeiten der Extrudereinheit ermöglicht. Darüber hinaus bringt eine leichtere Ausführung der Extrudereinheit sowie deren Abstützung den Vorteil der Materialeinsparung mit sich, der sich gleichermaßen positiv auf die Fertigungskosten und somit die Wirtschaftlichkeit auswirkt .
Zum anderen werden neue Möglichkeiten und Freiheitsgrade bei der Anordnung und Anbindung der Extrudereinheit an der übrigen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine eröffnet, da - bedingt durch den Entfall der Notwendigkeit, die Gegenkraft der Anpresskraft auf die Extrudereinheit durch Abstützen der Extrudereinheit aufbringen zu müssen - die Extrudereinheit nicht (wie im Stand der Technik üblich) an einer Formaufspannplatte abgestützt werden muss. Eine Anbindung der Extrudereinheit über eine Haltestruktur, die beispielsweise unmittelbar mit dem Maschinenbett oder der Einspritzeinheit fest verbunden ist, wird ermöglicht.
Diese Erweiterung der Möglichkeiten der Anbindung der Extrudereinheit an der übrigen Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das nachträgliche Aufrüsten von Einkomponenten- Spritzgießmaschinen zu Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen, selbst dann, wenn ein konventionelles Abstützen der Extrudereinheit an einer Formaufspannplatte (wie im Stand der Technik üblich), bedingt durch die vorherrschenden Platzverhältnisse oder die Kraftaufnahmefähigkeit der nachzurüstenden Spritzgießmaschine, nicht möglich ist. Auf diese Weise eignen sich mehr Einkomponenten-
Spritzgießmaschinen zur nachträglichen Aufrüstung, was sich in vorteilhafter Weise auf die Anwendbarkeit und somit die wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung auswirkt.
Bevorzugt umfasst die Kuppeleinheit einen in der Düsenauflage mündenden Extruder-Kanal und weist der Düsenkopf eine Düsenöffnung auf, wobei bei Kuppelung der Extrudereinheit mit der Einspritzeinheit mittels der Kuppeleinrichtung die Düsenöffnung und die Mündung des Extruder-Kanals in der Düsenauflage einander überlappen und der Düsenkopf fluiddicht an der Düsenauflage anliegt. Damit kann in einfacher und betriebssicherer Weise ermöglicht werden, dass bei ordnungsgemäßer Kuppelung der Extrudereinheit und der Einspritzeinheit die Kunststoffschmelze des Hautmaterials von der Extrudereinheit in die Einspritzeinheit gefördert werden kann, um das geschichtete Arrangement von Hautmaterial und Kernmaterial in der Einspritzeinheit zu erzielen.
In besonders vorteilhafter Weise ist im Extruder-Kanal ein Verschlusselement angeordnet. Das Verschlusselement ist dabei in der Lage, den Extruder-Kanal selbsttätig druckgesteuert oder extern angesteuert freizugeben oder zu verschließen. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass - wenn die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit nicht gekuppelt sind - keine KunststoffSchmelzenreste aus dem Kanal der Extrudereinheit heraustropfen und damit einhergehende Verschmutzungen und funktionalen Beeinträchtigungen verhindert werden. Bei geschlossenem Verschlusselement kann zudem verhindert werden, dass Kunststoffschmelze im Extruder-Kanal mit relativ kalter Luft in direktem Kontakt steht und sich an dieser Kontaktfläche eine Kunststoffhaut ausbildet, die ein späteres Fördern von Kunststoffschmelze durch den Extruder- Kanal behindern würde.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Position des mindestens einen ersten Klemmelements relativ zum Düsenkopf veränderbar ist und/oder dass die Position des mindestens einen zweiten Klemmelements relativ zur Düsenauflage veränderbar ist. Durch das Verändern der Position des ersten Klemmelements (und/oder des zweiten Klemmelements) zum Düsenkopf (bzw. zur Düsenauflage) kann das mechanische Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement herbeigeführt bzw. unterbunden werden.
Vorteilhafterweise ist dabei die Veränderung der Position des mindestens einen ersten Klemmelements relativ zum Düsenkopf und/oder die Veränderung der Position des mindestens einen zweiten Klemmelements relativ zur Düsenauflage mittels mindestens eines Klemm-Aktuators bewirkbar. Durch die Betätigung des Klemm-Aktuators kann das Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement gezielt herbeigeführt bzw. unterbunden werden und zwar losgelöst von einer Relativbewegung zwischen der übrigen Extrudereinheit und der übrigen Einspritzeinheit; somit kann das Auftreten von Schubkräften an den Klemmelementen sowie der Düse und der Düsenauflage weitestgehend verhindert werden.
Dabei wirkt ganz besonders vorteilhaft mindestens eine Klemmfeder auf das mindestens eine erste Klemmelement und/oder das mindestens eine zweite Klemmelement ein. Bevorzugt bewirkt dabei eine von der Klemmfeder ausgehende Federkraft das mechanische Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement, was mit der Ausübung der Anpresskraft zwischen dem Düsenkopf und der Düsenauflage einhergeht und im Ergebnis die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit direkt miteinander verkuppelt. Vorzugsweise muss der der Federkraft entgegenwirkende Klemm-Aktuator somit nur dann betätigt werden, wenn das mechanische Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement unterbunden werden soll, also die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit entkuppelt und aus der ersten Position herausbewegt werden sollen. Durch dieses geschickte Zusammenspiel der Klemmfeder und des Klemm-Aktuators kann erreicht werden, dass nur relativ wenig Energie für die Betätigung des Klemm-Aktuators benötigt wird, was der Energieeffizienz der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine zugutekommt.
Das mechanische Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement kann, statt durch die Klemmfedern, alternativ allerdings auch durch die Klemm-Aktuatoren selbst bewirkt werden.
Abhängig von der spezifischen Einbausituation sowie den Anforderungen an die aufzubringenden Kräfte ist der Klemm- Aktuator dabei bevorzugt als ein Linearaktuator ausgeführt, oder umfasst einen Exzenter oder einen Kniehebel.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung der Extrudereinheit in die erste Position bewirkt wird, dass das mindestens eine erste Klemmelement mit dem mindestens einen zweiten Klemmelement ineinandergreifend zusammenwirkt und die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit mittels der Kuppeleinrichtung direkt miteinander kuppeln und die Kuppeleinrichtung die Anpresskraft des Düsenkopfes an der Düsenauflage bereitstellt. Mit anderen Worten wird das Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement und damit einhergehend das Ausüben der Anpresskraft zwischen der Düsenauflage und dem Düsenkopf allein dadurch bewirkt, dass die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit in die erste Position bewegt werden, sodass auf einen separaten Klemm-Aktuator gemäß den obigen Ausführungen verzichtet werden und eine ganz besonders einfach aufgebaute und einfach zu steuernde Spritzgießmaschine realisiert werden kann.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens ein erstes Klemmelement und/oder mindestens ein zweites Klemmelement keilförmig ausgeführt. Insbesondere (aber nicht ausschließlich) bei erfindungsgemäßen Spritzgießmaschinen, bei denen allein durch die Bewegung der Extrudereinheit und der Einspritzeinheit in die erste Position das Ineinandergreifen des ersten Klemmelements mit dem zweiten Klemmelement bewirkt wird, kann durch die keilförmige Gestaltung des ersten Klemmelements und/oder des zweiten Klemmelements eine besonders einfache Klemmeinrichtung realisiert werden.
Statt mittels einer Bewegung der gesamten Extrudereinheit ist
- gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung
- die Extrudereinheit dadurch in die erste Position bewegbar, dass die Kuppeleinheit mittels eines Kuppeleinheits-Antriebs relativ zur übrigen Extrudereinheit bewegbar ist. Mit anderen Worten wird somit ermöglicht, dass die Extrudereinheit in die erste Position bewegt werden kann, nur indem die Kuppeleinheit bewegt wird, während die übrige Extrudereinheit keine Bewegung erfährt. Auf diese Weise können die bewegten Massen noch weiter reduziert werden, was eine weitere vorteilhafte Reduktion der Taktzeit ermöglicht.
Besonders vorteilhaft wird dies dadurch ermöglicht, dass die Kuppeleinheit verschwenkbar an der übrigen Extrudereinheit gelagert ist. Auf diese Weise lässt sich die beschriebene, von der übrigen Extrudereinheit unabhängige Bewegung der Kuppeleinheit besonders einfach, kostengünstig und mit sehr kleinen bewegten Massen realisieren.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Einsprit zmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit ein Extrudergehäuse, eine im Extrudergehäuse aufgenommene drehbaren Extruderschnecke und eine die Extruderschnecke antreibende Antriebseinheit umfasst, wobei das Extrudergehäuse mittels eines Extruder-Aktuators bewegbar ist.
Abhängig von der spezifischen Einbausituation sowie den Anforderungen an die Antriebseinheit und den Extruder-Aktuator ist die Antriebseinheit dabei bevorzugt als elektromotorische, hydromotorische oder pneumatische Antriebseinheit und/oder der Extruder-Aktuator bevorzugt als elektromotorischer, hydraulischer oder pneumatischer Extruder-Aktuator ausgeführt.
Insbesondere im Hinblick auf die nachträgliche Aufrüstung einer Einkomponenten-Spritzgießmaschinen zu einer erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschinen kann es besonders vorteilhaft sein, dass die Extrudereinheit ein hydraulisches oder pneumatisches Aggregat umfasst, mittels dessen die hydraulische oder pneumatische Antriebseinheit und/oder der hydraulische oder pneumatische Extruder-Aktuator mit druckbeaufschlagtem Fluidmedium versorgbar ist. Da somit die Extrudereinheit selbst das für den Antrieb der Antriebseinheit und des Extruder-Aktuators benötigte Aggregat umfasst, müssen der Extruder-Aktuator und die Antriebseinheit nicht an ein entsprechendes externes Aggregat angebunden werden, wodurch die steuerungstechnische und energietechnische Anbindung der Extrudereinheit an die übrige Spritzgießmaschine erleichtert wird. Alternativ kann es in manchen Einbausituationen - insbesondere wenn eine erfindungsgemäße Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine durch einen kompletten Neuaufbau und nicht durch das nachträgliche Aufrüsten einer Einkomponenten-
Spritzgießmaschine realisiert werden soll - vorteilhaft sein, wenn der hydraulische oder pneumatische Extruder-Aktuator und/oder die hydromotorische oder pneumatische Antriebseinheit von einem hydraulischen oder pneumatischen Aggregat mit durckbeaufschlagtem Fluidmedium versorgbar ist, welches nicht Teil der Extrudereinheit ist. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass ein und dasselbe Aggregat nicht nur die Antriebseinheit und den Extruder-Aktuator mit Fluidmedium, sondern auch noch etwaige weitere Verbraucher, wie beispielsweise die Schließeinheit, versorgt, wodurch sich die Komplexität sowie die Herstellungskosten der Spritzgießmaschine reduzieren lassen.
Angesichts spezifischer Bauraumlimitationen kann es vorteilhaft sein, wenn das Extrudergehäuse und das Einspritzeinheit-Gehäuse in unterschiedlichen Lagen zueinander angeordnet werden können. Im Rahmen der Erfindung sind eine Vielzahl von verschiedenen Anordnungskonstellationen möglich. Das Extrudergehäuse und das Einspritzeinheit-Gehäuse sind bevorzugt in zylindrischer Bauweise ausgeführt. Bevorzugterweise spannen in der ersten Position die Längsachse des zylindrischen Extrudergehäuses und die Längsachse des zylindrischen Einspritzeinheit-Gehäuses eine vertikale oder horizontale Ebene auf und schließen dabei einen Winkel von 90° oder kleiner ein.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass die Extrudereinheit über eine mechanische Schnittstelle an der übrigen Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine mechanisch angebunden ist und diese als Euromap-Schnittstelle, insbesondere gemäß EM18 oder VDMA24466, ausgeführt ist. Durch die Nutzung der standardisierten Euromap-Schnittstelle kann die mechanische Anbindung der Extrudereinheit an die übrige Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine auch herstellerübergreifend sehr einfach realisiert werden, was insbesondere mit Blick auf die nachträgliche Aufrüstung von Einkomponenten- Spritzgießmaschinen vorteilhaft ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kommuniziert die Extrudereinheit signaltechnisch über eine signaltechnische Schnittstelle mit der übrigen Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine . Dabei ist die signaltechnische Schnittstelle geeignet mindestens drei Signale zu übertragen, wobei ein ersten Signal anzeigt, dass sich die Einspritzeinheit in einer der ersten Position der Extrudereinheit korrespondierenden Lage befindet, wobei ein zweites Signal anzeigt, dass sich die Extrudereinheit in der zweiten Position befindet und wobei ein drittes Signal anzeigt, dass sich die Extrudereinheit und die Einspritzeinheit beide in der ersten Position befinden und miteinander verkuppelt sind und die Antriebseinheit der Extrudereinheit die Extruderschnecke antreibt. Die drei Signale sind dabei ausreichend, um das erfolgreiche Zusammenspiel von Extrudereinheit und Einspritzeinheit während des gesamten Mehrkomponenten-Spritzgießprozesses zu steuern und zu koordinieren. Dadurch, dass hierfür erfindungsgemäß lediglich drei Signale benötigt werden, kann der Aufwand, der durch die signaltechnische Koppelung der Extrudereinheit mit der übrigen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine entsteht, auf ein notwendiges Minimum reduziert werden, was sich in geringen Kosten niederschlägt und insbesondere bei der nachträglichen Aufrüstung von Einkomponenten-Spritzgießmaschinen in vorteilhafter Weise die Komplexität reduziert. Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
Fig.1 eine Extrudereinheit, eine Einspritzeinheit sowie eine Formaufspannplatte eines ersten Ausführungsbeispiels in der ersten Position in Seitenansicht,
Fig.2 die Spritzgießmaschinenteile gemäß Fig.l in der zweiten Position in Seitenansicht,
Fig.3a einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.l in einem Vertikalschnitt,
Fig.3b den vergrößerten Ausschnitt gemäß Fig.3a in einer perspektivischen Schrägansicht und
Fig.3c die perspektivische Schrägansicht aus Fig.3b in einer teilweisen Schnittansicht. Ferner zeigen
Fig.4 einen teilweise schematischen Ausschnitt einer Extrudereinheit sowie einer Einspritzeinheit eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine in der ersten Position in einem Vertikalschnitt,
Fig.5 das erste Klemmelement gemäß Fig.4 in Vertikalschnitt und Frontalansicht,
Fig.6 das zweite Klemmelement gemäß Fig.4 ebenfalls in Vertikalschnitt und Frontalansicht und
Fig.7 eine konkrete Ausführungsform des in Fig.4 bis Fig.6 teilweise schematisch dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels in der ersten Position in einem Vertikalschnitt. Und
Fig. 8 veranschaulicht in schematischer Gesamtansicht eine auf die Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgelegte Spritzgießmaschine.
Fig.l bis 3c zeigen lediglich ausgewählte
Spritzgießmaschinenteile und deren Zusammenspiel eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine 1. Die Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine 1 umfasst dabei - in üblicher Weise - ein Maschinenbett, zwei mittels einer Schließeinheit relativ zueinander bewegbare Formaufspannplatten 2, eine Einspritzeinheit 3 und eine Extrudereinheit 4, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit das Maschinenbett, die Schließeinheit sowie eine der beiden Formaufspannplatten nicht dargestellt sind.
Die Einspritzeinheit 3 ist relativ zu der benachbarten Formaufspannplatte 2 horizontal bewegbar und umfasst ein in zylindrischer Bauweise ausgeführtes Einspritzeinheit-Gehäuse 5, eine im Einspritzeinheit-Gehäuse 5 aufgenommene drehbare und längs ihrer Achse verschiebbare Plastifizier- und Einspritzschnecke 6 sowie eine Düse 7. Die Düse 7 weist einen konischen Düsenkopf 8, einen zylindrischen Düsenkörper 9 und einen am Übergang zwischen Düsenkopf 8 und Düsenkörper 9 ausgebildeten Kragen 10 auf, wobei durch den Kragen 10 das erste Klemmelement 11 ausgebildet wird und der Düsenkopf 8 eine Düsenöffnung 12 aufweist. Ferner weist die Einspritzeinheit 3 einen Einspritz-Kanal 13 auf, in dem ein erstes Verschlusselement 14 vorgesehen ist.
Die Extrudereinheit 4 umfasst ein in zylindrischer Bauweise ausgeführtes Extrudergehäuse 15, eine im Extrudergehäuse 15 aufgenommene drehbare Extruderschnecke 16, eine die Extruderschnecke 16 antreibende Antriebseinheit (nicht dargestellt) sowie einen Extruder-Aktuator (nicht dargestellt), mittels dessen das Extrudergehäuse 15 vertikal relativ zur Formaufspannplatte 2 bewegbar ist. Darüber hinaus weist die Extrudereinheit 4 eine Kuppeleinheit 17 auf. Die Kuppeleinheit 17 umfasst einen Umlenkkopf 18, eine Düsenauflage 19 in der ein Extruderkanal 20 mündet, eine fest mit dem Umlenkkopf 18 verbundene Abstützplatte 21, ein zweites Klemmelement 22 sowie vier die Abstützplatte 21 mit dem zweiten Klemmelement 22 verbindende Stehbolzen 23. Die Stehbolzen 23 sind dabei jeweils im Bereich einer Ecke der Abstützplatte 21 zueinander parallel angeordnet und stehen jeweils senkrecht zur durch die Abstützplatte 21 definierten Ebene. Im Extruderkanal 20 ist ein als Drehbolzen 24 ausgeführtes zweites Verschlusselement 25 vorgesehen (vgl.
Fig.3a) .
Das zweite Klemmelement 22 ist plattenförmig parallel zur Abstützplatte 21 ausgeführt und weist einen vertikal verlaufenden, nach unten offenen Schlitz 26 auf, welcher dergestalt dimensioniert ist, dass der zylindrische Düsenkörper 9 umgriffen und damit das erste Klemmelement 11, der Kragen 10 der Düse 7, von dem zweiten Klemmelement 22 hintergriffen werden kann.
Mittels vierer Klemmfedern 27 sowie zwei den Klemmfedern 27 entgegenwirkenden, als Linearaktuatoren 28 ausgeführten Klemm- Aktuatoren 29 kann auf das zweite Klemmelement 22 eingewirkt werden und dessen relative Position zur Düsenauflage 19 bzw. zur Abstützplatte 21 verändert werden, indem es entlang der Achsen der Stehbolzen 23 verschoben wird. Bestimmungsgemäß üben die vier Klemmfedern 27 dabei auf das zweite Klemmelement 22 eine Kraft in Richtung der Abstützplatte 21 aus, während die zwei Klemm-Aktuatoren 29 leistungsfähig genug sind, um das zweite Klemmelement 22 gegen den Widerstand der Klemmfedern 27 in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen.
Fig.l sowie Fig.3a bis 3c zeigen die Extrudereinheit 4 und die Einspritzeinheit 3 in einer ersten Position, in der die Düsenauflage 19 der Extrudereinheit 4 an dem Düsenkopf 8 der Einspritzeinheit 3 anliegt. Mittels einer Kuppeleinrichtung 30 sind die in der ersten Position befindliche Extrudereinheit 4 und die Einspritzeinheit 3 direkt miteinander kuppelbar.
Hierzu wirkt das erste Klemmelement 11 mit dem zweiten Klemmelement 22 dergestalt mechanisch ineinandergreifend zusammen, dass die Kuppeleinrichtung 30 eine Anpresskraft des Düsenkopfes 8 an der Düsenauflage 19 bereitstellt, sodass der Düsenkopf 8 fluiddicht an der Düsenauflage 19 anliegt.
Hierzu wird zunächst das erste Klemmelement 11 von dem zweiten Klemmelement 22 hintergriffen, indem die Extrudereinheit 4 mittels Extruder-Aktuator (nicht dargestellt) vertikal aus der zweiten Position (vgl. Fig.2) in die erste Position abgesenkt wird, und zwar bei betätigten (aktivierten) Klemm-Aktuatoren 29. Anschließend werden die beiden Klemm-Aktuatoren 29 deaktiviert und ermöglichen damit, dass die vier Klemmfedern 27 das zweite Klemmelement 22 in Richtung Abstützplatte 21 zwingen. Somit greifen das zweite Klemmelement 22 und das erste Klemmelement 11 mechanisch ineinander und bewirken die Anpresskraft zwischen Düsenauflage 19 und Düsenkopf 8, wodurch im Ergebnis die Einspritzeinheit 3 und die Extrudereinheit 4 miteinander verkuppelt (verklemmt) werden.
Anschließend kann Kunststoffschmelze einer Hautkomponente aus der Extrudereinheit 4 über den Extruderkanal 20 über die Düse 7 in die Einspritzeinheit 3 gefördert werden.
Um die Kupplung der Extrudereinheit 4 mit der Einspritzeinheit 3 (nach Abschluss der Förderung der Kunststoffschmelze in die Einspritzeinheit 3) zu lösen, müssen die beiden Klemm- Aktuatoren 29 betätigt werden und das zweite Klemmelement 22 gegen den Widerstand der Klemmfedern 27 bewegen, sodass das Ineinandergreifen des ersten Klemmelements 11 mit dem zweiten Klemmelement 22 unterbunden wird. Anschließend kann die Extrudereinheit 4 mittels des Extruder-Aktuators (nicht dargestellt) vertikal nach oben zurückgezogen und in die zweite Position bewegt werden. In der zweiten Position gibt die Extrudereinheit 4 die Einspritzeinheit 3 zur möglichen Anlage ihres Düsenkopfes 8 an einem auf der benachbarten Formaufspannplatte 2 aufgespannten Werkzeug frei und ermöglicht somit, mit anderen Worten, eine Bewegung der Einspritzeinheit 3 in Richtung der benachbarten Formaufspannplatte 2.
Die Längsachse des in zylindrischer Bauweise ausgeführten Extrudergehäuses 15 und die Längsachse des in zylindrischer Bauweise ausgeführten Einspritzeinheit-Gehäuses 5 spannen eine vertikale Ebene auf und schließen einen Winkel von 90° ein.
Fig.4 zeigt teilweise schematisch ein zweites
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine (1), beschränkt die Darstellung allerdings auf die Spritzgießmaschinenteile, die in einer Kuppeleinrichtung 30 unmittelbar in den Kuppelvorgang eingebunden sind.
Die teilweise dargestellte Einspritzeinheit 3 ist horizontal bewegbar und umfasst ein Einspritzeinheit-Gehäuse 5 und eine Düse 7 mit einem Düsenkopf 8 inkl. Düsenöffnung 12 und einem zylindrischen Düsenkörper 9. Ferner weist die Einspritzeinheit 3 ein mit der Düse 7 fest verbundenes keilförmig ausgeführtes erstes Klemmelement 11 auf, welches einen Durchbruch 31 aufweist, durch den sich der zylindrische Düsenkörper 9 hindurcherstreckt (vgl. Fig.5).
Die ebenfalls nur teilweise dargestellte Extrudereinheit 4 ist vertikal bewegbar und weist ein Extrudergehäuse 15 sowie eine Kuppeleinheit 17 auf. Die Kuppeleinheit 17 umfasst einen Umlenkkopf 18, eine Düsenauflage 19, in der ein Extruderkanal 20 mündet, ein zweites Klemmelement 22 sowie vier das zweite Klemmelement 22 unbeweglich mit dem Umlenkkopf 18 fest verbindende Stehbolzen 23. Das zweite Klemmelement 22 ist plattenförmig ausgeführt und weist einen vertikal verlaufenden, nach unten offenen Schlitz 26 auf, welcher dergestalt dimensioniert ist, dass das zweite Klemmelement 22 den zylindrischen Düsenkörper 9 umgreifen und somit das erste Klemmelement 11 hintergreifen kann. Die Stehbolzen 23 sind dabei jeweils im Bereich einer Ecke des zweiten Klemmelements 22 zueinander parallel angeordnet. Mit dem vertikalen Absenken der Extrudereinheit 4 in eine erste Position (in der die Düsenauflage 19 an dem Düsenkopf 8 anliegt) wird somit im gleichen Maße auch das zweite Klemmelement 22 abgesenkt. Somit wird durch die Bewegung der Extrudereinheit 4 in die erste Position bewirkt, dass das erste Klemmelement 11 mit dem zweiten Klemmelement 22 ineinandergreifend zusammenwirkt und die Extrudereinheit 4 und die Einspritzeinheit 3 mittels der Kuppeleinrichtung 30 direkt miteinander kuppeln und somit die Kuppeleinrichtung 30 die Anpresskraft des Düsenkopfes 8 an der Düsenauflage 19 bereitstellt .
Fig.7 zeigt beispielhaft eine konkrete Ausführungsform des in Fig.4 bis Fig.6 teilweise schematisch dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels. Um Wiederholungen zu vermeiden werden im Folgenden lediglich einige Ausgestaltungsdetails näher erläutert .
Die Verbindung der Stehbolzen 23 mit dem Umlenkkopf 18 erfolgt mittels einer Anpressplatte 21, wobei diese sowohl mit den Stehbolzen 23 als auch mit dem Umlenkkopf 18 fest verbunden ist. Das zweite Klemmelement 22 umfasst einen Klemmkeil 33 und eine fest mit diesem verbundene Klemmplatte 34, wobei die Stehbolzen 23 fest mit der Klemmplatte 34 verbunden sind.
Alternativ wäre ebenfalls denkbar (wenngleich nicht in der Zeichnung dargestellt), dass der Klemmkeil 33 gegenüber der Klemmplatte 34 mittels eines Klemm-Aktuators 29 vertikal bewegbar ist, während die Klemmplatte 34 fest mit den Stehbolzen 23 verbunden ist. Auf diese Weise könnte das Ineinandergreifen des ersten Klemmelements 11 mit dem zweiten Klemmelement 22 unabhängig von der Bewegung der Extrudereinheit 4 in die erste Position erfolgen. Dies könnte auch bei einem einteilig ausgeführten zweiten Klemmelement 22 (vgl. Fig.4 und Fig.6) erreicht werden, wenn das zweite Klemmelement 22 dergestalt an der Extrudereinheit 4 gelagert ist, dass es gegenüber dem Umlenkkopf 18 vertikal bewegbar ist, beispielsweise mittels eines Klemm-Aktuators 29.
In der in Fig.7 dargestellten ersten Position stehen das erste Klemmelement 11 und der Klemmkeil 33 miteinander in direktem Kontakt. Die axiale Position des ersten Klemmelements 11 auf dem Düsenkörper 9 wird mittels einer Kontermutter 32 gesichert. Hierzu weisen die Kontermutter 32 und der Durchbruch 31 des ersten Klemmelements 11 jeweils ein Innengewinde auf, welches mit einem Außengewinde des Düsenkörpers 9 korrespondiert. Die Einspritzeinheit 3 weist ein im Einspritz-Kanal 13 vorgesehenes erstes Verschlusselement 14 auf. Im Extruderkanal 20 ist ein als Drehbolzen 24 ausgeführtes zweites Verschlusselement 25 vorgesehen .
Nach Fig. 8, welche auf der relevanten Stand der Technik bildenden EP 0692 359 Al (s. o.) basiert, weist eine auf die Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgelegte Spritzgießmaschine 1, wie weiter oben im Detail erläutert, zwei Formaufspannplatten 2, eine Einspritzeinheit 3, eine Extrudereinheit 4 und ein Maschinenbett 35 auf. Die Anbindung der Extrudereinheit 4 erfolgt über eine mit dem Maschinenbett 35 fest verbundene Haltestruktur 36.

Claims

Patentansprüche
1. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1), umfassend ein
Maschinenbett, mindestens zwei mittels einer Schließeinheit relativ zueinander bewegbare Formaufspannplatten (2), eine Einspritzeinheit (3) und eine Extrudereinheit (4), wobei
- die Einspritzeinheit (3) relativ zu der benachbarten Formaufspannplatte (2) bewegbar ist und eine Düse (7) mit einem Düsenkopf (8) umfasst und
- die Extrudereinheit (4) zwischen einer ersten Position, in der eine Düsenauflage (19) der Extrudereinheit (4) an dem Düsenkopf (8) anliegt, und einer die Einspritzeinheit (3) zur möglichen Anlage ihres Düsenkopfes (8) an einem auf der benachbarten Formaufspannplatte (2) aufgespannten Werkzeug freigebenden zweiten Position verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position die Extrudereinheit (4) und die Einspritzeinheit (3) mittels einer Kuppeleinrichtung (30) direkt miteinander kuppelbar sind, indem die Extrudereinheit (4) eine Kuppeleinheit (17) umfasst, welche mindestens ein mit mindestens einem an der Einspritzeinheit (3) vorgesehenen ersten Klemmelement (11) dergestalt mechanisch ineinandergreifend zusammenwirkendes zweites Klemmelement (22) aufweist, dass die Kuppeleinrichtung (30) eine Anpresskraft des Düsenkopfes (8) an der Düsenauflage (19) bereitstellt.
2. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppeleinheit (17) einen in der Düsenauflage (19) mündenden Extruder-Kanal (20) umfasst und der Düsenkopf (8) eine Düsenöffnung (12) aufweist, wobei bei direkter Kuppelung von der Extrudereinheit (4) und der Einspritzeinheit (3) mittels der Kuppeleinrichtung (17) die Düsenöffnung (12) und die Mündung des Extruder-Kanals (20) in der Düsenauflage (19) einander überlappen und der Düsenkopf (8) fluiddicht an der Düsenauflage (19) anliegt.
3. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, dass im Extruder-Kanal (20) ein Verschlusselement (25) angeordnet ist.
4. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des mindestens einen ersten Klemmelements (11) relativ zum Düsenkopf (8) veränderbar ist und/oder dass die Position des mindestens einen zweiten Klemmelements (22) relativ zur Düsenauflage (19) veränderbar ist.
5. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Position des mindestens einen ersten Klemmelements (11) relativ zum Düsenkopf (8) und/oder die Veränderung der Position des mindestens einen zweiten Klemmelements (22) relativ zur Düsenauflage (19) mittels mindestens eines Klemm-Aktuators (29) bewirkbar ist.
6. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Klemmfeder (27) auf das mindestens eine erste Klemmelement (11) und/oder das mindestens eine zweite Klemmelement (22) einwirkt.
7. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klemm-Aktuator (29) als ein Linearaktuator (28) ausgeführt ist.
8. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klemm-Aktuator (29) einen Exzenter umfasst.
9. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klemm-Aktuator (29) einen Kniehebel umfasst.
10. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bewegung der Extrudereinheit (4) in die erste Position bewirkt wird, dass das mindestens eine erste Klemmelement (11) mit dem mindestens einen zweiten Klemmelement (22) ineinandergreifend zusammenwirkt und die Extrudereinheit (4) und die Einspritzeinheit (3) mittels der Kuppeleinrichtung (30) direkt miteinander kuppeln und die Kuppeleinrichtung (30) die Anpresskraft des Düsenkopfes (8) an der Düsenauflage (19) bereitstellt.
11. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Klemmelement (11) und/oder mindestens ein zweites Klemmelement (22) keilförmig ausgeführt ist.
12. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit (4) dadurch in die erste Position bewegbar ist, dass die Kuppeleinheit (17) mittels eines Kuppeleinheits-Antriebs relativ zur übrigen Extrudereinheit (4) bewegbar ist.
13. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppeleinheit (17) verschwenkbar an der übrigen Extrudereinheit (4) gelagert ist.
14. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit (4) ein Extrudergehäuse (15), eine im Extrudergehäuse (15) aufgenommene drehbaren Extruderschnecke (16) und eine die Extruderschnecke (16) antreibende Antriebseinheit umfasst, wobei das Extruder-Gehäuse (15) mittels eines Extruder- Aktuators bewegbar ist.
15. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit als elektromotorische Antriebseinheit und/oder der Extruder-Aktuator als elektromotorischer Extruder- Aktuator ausgeführt ist.
16. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit als hydromotorische Antriebseinheit und/oder der Extruder-Aktuator als hydraulischer Extruder-Aktuator ausgeführt ist.
17. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit (4) ein hydraulisches Aggregat umfasst, mittels dessen die hydromotorische Antriebseinheit und/oder der hydraulische Extruder-Aktuator mit druckbeaufschlagtem Fluidmedium versorgbar sind.
18. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder- Aktuator als pneumatischer Extruder-Aktuator ausgeführt ist.
19. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
18, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit (4) ein pneumatisches Aggregat umfasst, mittels dessen der pneumatische Extruder-Aktuator mit druckbeaufschlagtem Fluidmedium versorgbar ist.
20. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
16, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Extruder-Aktuator und/oder die hydromotorische Antriebseinheit von einem hydraulischen Aggregat mit durckbeaufschlagtem Fluidmedium versorgbar sind, welches nicht Teil der Extrudereinheit (4) ist.
21. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch
18, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Extruder-Aktuator von einem pneumatischen Aggregat mit durckbeaufschlagetem Fluidmedium versorgbar ist, welches nicht Teil der Extrudereinheit (4) ist.
22. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudergehäuse (15) und das Einspritzeinheit- Gehäuse (5) in zylindrischer Bauweise ausgeführt sind.
23. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position die Längsachse des zylindrischen Extrudergehäuses (15) und die Längsachse des zylindrischen Einspritzeinheit-Gehäuses (5) eine vertikale Ebene aufspannen.
24. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position die Längsachse des zylindrischen Extrudergehäuses (15) und die Längsachse des zylindrischen Einspritzeinheit-Gehäuses (5) eine horizontale Ebene aufspannen.
25. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position die Längsachse des zylindrischen Extrudergehäuses (15) und die Längsachse des zylindrischen Einspritzeinheit-Gehäuses (5) einen Winkel von 90° einschließen.
26. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Position die Längsachse des zylindrischen Extrudergehäuses (15) und die Längsachse des zylindrischen Einspritzeinheit-Gehäuses (5) einen Winkel von kleiner 90° einschließen.
27. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit (4) über eine mechanische Schnittstelle an der übrigen Mehrkomponenten-
Spritzgießmaschine (1) mechanisch angebunden ist und diese als Euromap-Schnittstelle ausgeführt ist.
28. Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrudereinheit (4) über eine signaltechnische Schnittstelle mit der übrigen Mehrkomponenten-Spritzgießmaschine (1) signaltechnisch kommuniziert und diese geeignet ist mindestens drei Signale zu übertragen, wobei ein erstes Signal anzeigt, dass sich die Einspritzeinheit
(3) in einer der ersten Position der Extrudereinheit
(4) korrespondierenden Lage befindet, wobei ein zweites Signal anzeigt, dass sich die Extrudereinheit (4) in der zweiten Position befindet, und wobei ein drittes Signal anzeigt, dass sich Extrudereinheit (4) und Einspritzeinheit (3) beide in der ersten Position befinden und miteinander verkuppelt sind und die Antriebseinheit der Extrudereinheit (4) die Extruderschnecke (16) antreibt.
29. Extrudereinheit (4) samt Haltestruktur (36) zum nachträglichen Aufrüsten einer Einkomponenten- Spritzgießmaschine zu einer Mehrkomponenten- Spritzgießmaschine (1) nach Anspruch 1, umfassend
- eine Extrudereinheit (4) mit einer Kuppeleinheit (17), welche mindestens ein mit mindestens einem an der Einspritzeinheit (3) vorgesehenen ersten Klemmelement (11) dergestalt mechanisch ineinandergreifend zusammenwirkendes zweites Klemmelement (22) aufweist, dass in einer ersten Position der Extrudereinheit (4) relativ zur Einspritzeinheit (3), in welcher eine Düsenauflage (19) der Extrudereinheit (4) an dem Düsenkopf (8) der Düse (7) der Einspritzeinheit (3) anliegt, die Einspritzeinheit (3) und die Extrudereinheit (4) mittels einer Kuppeleinrichtung (30) direkt miteinander kuppelbar sind, indem die Kuppeleinrichtung (30) eine Anpresskraft des Düsenkopfes (8) an der Düsenauflage (19) bereitstellt, und
- eine der Anbindung der Extrudereinheit (4) dienende, unmittelbar mit dem Maschinenbett (36) oder der Einspritzeinheit (3) fest verbindbare Haltestruktur (35), welche eine zwischen der ersten Position und einer die Einspritzeinheit (3) zur möglichen Anlage ihres Düsenkopfes (8) an einem auf der benachbarten Formaufspannplatte (2) aufgespannten Werkzeug freigebenden zweiten Position verstellbare Positionierung der Extrudereinheit (4) erlaubt.
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