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Die
Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
1 näher
definierten Art und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen
Spritzgusswerkzeuges.
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Beim
Spritzgießen
bzw. beim Spritzguss werden Kunststoffformteile aus Formmassen hergestellt.
Dabei werden beispielsweise pulver- oder granulatförmige Spritzgießmassen
durch eine Spritzgießmaschine
mit hohem Druck in die formgebende Höhlung des Spritzgießwerkzeuges
in plastifiziertem Zustand gespritzt. Die meist vollautomatische
Spritzgießmaschine
bzw. das Spritzgießwerkzeug
besteht unter anderem aus einer Spritzeinheit, die einen beheizten
Zylinder, Kolben oder Schneckenkolben sowie Vorratsbehälter und
An triebsaggregate umfasst, die die Formmasse dosiert, plastifiziert
und in das geschlossene Werkzeug einspritzt. Des Weiteren umfasst
die Spritzgießmaschine
eine Schließeinheit,
die das Werkzeug schließt
und öffnet.
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Bei
den meisten Bauarten von Spritzgießmaschinen liegen Schließ- und Spritzeinheit
in einer horizontalen Achse. Bei Kolbenspritzgießmaschinen wird die Formmasse
im Zylinder durch einen Kolben bewegt. Bei Leistungsschneckenspritzgießmaschinen
tritt an die Stelle des massiven Kolbens ein Schneckenkolben, der
rotierend die Formmasse aus dem Vorratsbehälter einzieht, in der Wärme plastifiziert
und im Raum zwischen Schnecke und Düse für die nächste Spritzung bereitstellt.
Zum Einspritzen bewegt sich die Schnecke im Allgemeinen ohne zu rotieren,
wie ein Kolben vorwärts
und spritzt die Formmasse durch die Düse ins Werkzeug. Nachdem der
Spritzling durch Abkühlung
bzw. bei als Duroplasten ausgeführten
Formmassen durch Vernetzen erstarrt ist, öffnet sich die Schließeinheit
und der Spritzling wird ausgeworfen.
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Des
Weiteren wird grundsätzlich
zwischen zwei verschiedenen Angusssystemen, nämlich Kaltkanalsystemen und
Heißkanalsystemen
unterschieden. Bei Kaltkanalsystemen sind die Angusskanäle in die
Formplatten eingearbeitet. Die eingespritzte Masse erstarrt nach
dem Einspritzvorgang und muss nach jedem Schuss entformt werden.
Die im Kaltkanal befindliche Kunststoffmasse geht als Abfall verloren
und darüber
hinaus ist bei Kaltkanalsystemen ein ungleichmäßiges Füllverhalten beobachtbar.
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Heißkanalsysteme
weisen separat beheizte Verteilerkanäle auf, deren Aufgabe es ist,
die Kunststoffschmelze plastisch von der Maschinendüse zum Anschnitt
der Formkavität
zu führen.
Bei Heißkanalsystemen
steht eine nahezu abfallfreie Produktion zur Verfügung und
sie sind durch geringere Druckverluste als Kaltkanalsysteme gekennzeichnet,
so dass lange Fließwege überbrückt werden
können.
Des Weiteren sind Heißkanalsysteme
besser automatisierbar, da eine Entfernung einer so genannten Kaltkanalverteilerspinne
während
des Produktionsprozesses entstellt.
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Darüber hinaus
wird in der Spritzgießtechnik grundsätzlich zwischen
einer offenen Düse
und einer Nadelverschlussdüse
unterschieden, wobei bei einer offenen Düse die Kunststoffschmelze über eine
permanent geöffnete
Angussbohrung in die Formkavität eintritt.
Die Temperierung dieses Düsentyps
kann außenbeheizt
und/oder innenbeheizt erfolgen. Beim Öffnen des Werkzeuges reißt der Anguss
an der Anschnittbohrung ab.
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Dem
offenen Düsentyp
liegt der Nachteil zugrunde, dass lediglich geringe Durchlassquerschnitte möglich sind,
da die Kunststoffmasse im Bereich der Anschnittbohrung schnell abkühlen muss.
Des weiteren besteht die Gefahr der Fadenbildung. Zusätzlich tritt
bei offenen Düsen
im Anschnittbereich eine hohe Friktion auf, wodurch die Kunststoffmasse
thermisch geschädigt
werden kann.
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Beim
Einsatz einer Nadelverschlussdüse bzw.
bei Nadelverschlusssystemen wird das Öffnen und Schließen des
Anschnittes über
eine so genannte Verschlussnadel durchgeführt. Die Bewegung der Verschlussnadel
kann sowohl über
ein pneumatisches als auch ein hydraulisches Steuersystem erfolgen.
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Im
Gegensatz zu Spritzgusswerkzeugen, die mit offenen Düsen ausgeführt sind,
sind Spritzgusswerkzeuge mit einem Nadelverschlusssystem mit höheren Durchlassquerschnitten
ausbildbar. Des Weiteren weisen Spritzgusswerkzeuge mit Nadelverschlusssystemen
eine hohe Angussqualität
sowie nahezu keine Fadenbildung auf und die Spritzprozesse sind
im Vergleich zu offenen Düsensystemen besser
regelbar, da ein gezieltes Öffnen
und Schließen
der Düse
mittels der Verschlussnadel durchführbar ist.
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Im
Dichtbereich, d. h. im Anlagebereich zwischen der Verschlussnadel
und Düse,
wird der Angusspunkt über
einen konischen Nadelverschluss oder einen zylindrischen Nadelverschluss
hergestellt. Beim konischen Nadelverschluss erfolgt das Verschließen des
Anschnitts mittels einer konisch ausgeführten Verschlussnadel, die
in eine konische Angussbohrung bzw. Düse des Werkzeugs eintaucht.
Dabei ist jedoch problematisch, dass eine Längenausdehnung der Verschlussnadeln
im Betrieb sehr genau berücksichtigt
werden muss, da ansonsten die Lebensdauer einer Verschlussnadel
sowie des Formeinsatzes erheblich beeinträchtig werden kann.
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Beim
zylindrischen Nadelverschluss taucht die Verschlussnadel mit ihrem
der Düse
zugewandten Bereich in eine zylindrische Angussbohrung bzw. in einen
zylindrischen Innenbereich der Düse
ein und trennt einen Kanal, über
welchen der Kunststoff zur Spritzgussform geführt wird, von der Spritzgussform ab.
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Am
Ende eines Spritzprozesses, d. h. wenn der Spritzling durch Abkühlen oder
Vernetzen ausgehärtet
ist, wird der Spritzling üblicherweise
aus der Spritzgussform dadurch ausgebracht, dass der Spritzling
durch einen in das Innere der Spritzgussform eingeführten Auswerfer
aus der Spritzgussform gedrückt
wird.
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Da
bei Spritzlingen, die bei besonderen Anwendungen, wie beispielsweise
einem Verschlusskolben eines Ventils, im Bereich von Führungsflächen sowie
einer Dichtfläche
eine hohe Oberflächengüte aufweisen
müssen,
ist es unerwünscht,
dass sowohl der Angusspunkt als auch der Angriffspunkt des Auswerfers
am Spritzling in einem dieser Bereiche angeordnet ist. Insbesondere
bei kleinen Bauteilabmessungen ist mit derzeit bekannten Spritzgusswerkzeugen
eine Herstellung von Spritzlingen mit hohen Fertigungsvorgaben bezüglich der
Oberflächengüte ohne
mechanische Nachbearbeitung nur mit hohem apparativem Aufwand durchführbar.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgusswerkzeug
sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Spritzgusswerkzeuges zur
Verfügung
zu stellen, mittels welchem Spritzlinge mit kleinen Bauteilabmessungen
mit hoher Maßhaltigkeit
und hoher Oberflächengüte ohne eine
aufwändige
Nachbearbeitung sowie mit geringem apparativem Aufwand herstellbar
sind.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Spritzgusswerkzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches
1 und einem Verfahren zum Betreiben eines Spritzgusswerkzeuges gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 5 gelöst.
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Mit
dem erfindungsgemäß ausgeführten Spritzgusswerkzeug
sind Spritzlinge mit einer hohen Maßhaltigkeit sowie zumindest
bereichsweise mit einer hohen Oberflächengüte ausführbar, da die Verschlussnadel
den Auswerfer bildet und der Auswerfer zum Auswerfen des Spritzgussteils
aus der Spritzform durch die Düse
in das Innere der Spritzgussform einführbar ist.
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Damit
besteht die Möglichkeit,
einen Auswerfer selbst bei geringen Bauteilabmessungen des Spritzlings
im Bereich des Angusspunktes des Spritzlings angreifen zu lassen,
womit Bereiche des Spritzlings, welche beim Auswerfen durch den
Auswerfer beschädigt
werden würden,
ohne auswerferseitige Berührung
aus der Spritzform ausbringbar sind.
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Das
bedeutet, dass Flächen,
welche für
die Funktionsweise des Spritzlings eine hohe Maßhaltigkeit sowie eine hohe
Oberflächengüte aufweisen müssen, weder
durch den Angusspunkt noch eine auswerferseitige Betätigung in
ihrer Güte
beeinträchtigt
werden, so dass in diesen Bereichen eine Nachbearbeitung nach dem
eigentlichen Spritzgussprozess nicht erforderlich ist. Dadurch werden
die Herstellkosten von Spritzlingen vorteilhafterweise im Vergleich
zu aus der Praxis bekannten Systemen reduziert.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstandes nach Erfindung schematisch vereinfacht dargestellt
und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
erste Phase eines Spritzgussprozesses mit dem erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeug;
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2 das
Spritzgusswerkzeug aus 1 während einer zweiten Phase des
Spritzgussprozesses;
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3 eine
dritte Phase des Spritzgussprozesses, wobei die Verschlussnadel
zum Auswerfen des Spritzlings in die Spritzgussform eingeführt ist; und
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4 eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeuges
während der
dritten Phase des Spritzgussprozesses.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Bezug
nehmend auf 1 ist ein Teil eines Spritzgusswerkzeuges 1 stark
schematisiert dargestellt, welches mit einem zu einer von wenigstens
einer oberen Werkzeughälfte
und wenigstens einer unteren Werkzeughälfte 3 begrenzten
Spritzgussform 4 führenden
Kanal 5 zum Zuführen
und Ein spritzen von Kunststoff in die Spritzgussform 4 ausgebildet
ist.
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Des
Weiteren ist das Spritzgusswerkzeug 1 mit einer in dem
Kanal 5 in Längsrichtung
bewegbaren Verschlussnadel 6 ausgebildet, mittels der eine Düse 7,
die einen gegenüber
dem Kanal 5 mit geringerem Durchmesser ausgeführten Übergangsbereich
zwischen dem Kanal 5 und der Spritzgussform 4 darstellt,
in der in 2 dargestellten Art und Weise verschließbar ist.
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Die
beiden Werkzeughälften 2 und 3 sind derart
zueinander beweglich ausgeführt,
dass ein Spritzgussteil 9 in geöffnetem Zustand der Spritzgussform 4 in
der in 3 bzw. 4 dargestellten Art und Weise
mit einem Auswerfer 8 zum Auswerfen des Spritzgussteils 9 aus
der Spritzgussform 4 bringbar ist.
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Weiter
Bezug nehmend auf 1 ist die Verschlussnadel 6,
die vorzugsweise aus Hartmetall gebildet ist, während einer ersten Phase des
erfindungsgemäßen Verfahrens
von der Düse 7 abgehoben,
so dass der in dem als Heißkanal
ausgeführten Kanal 5 in
plastifizierter Form vorliegende Kunststoff in die Spritzgussform 4 unter
Druck eingespritzt wird. In dieser ersten Phase des Spritzgussprozesses
sind die beiden Werkzeughälften 2 und 3 fest
gegeneinander gedrückt,
so dass die Spritzgussform 4 geschlossen ist.
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Nachdem
die Spritzgussform 4 in der gewünschten Art und Weise mit dem
Kunststoff bzw. der Formmasse befüllt ist, wird die Verschlussnadel mit
ihrem der Düse 7 zugewandten Ende
in die Düse 7 derart
eingeführt,
dass die Spritzgussform 4 im Bereich der Düse 7 von
dem Kanal 5 getrennt ist.
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Durch
das Einführen
der Verschlussnadel 6 in die Düse 7 wird der in der
Düse 7 befindliche Kunststoff
von der Verschlussnadel 6 entweder zurück in den Kanal 5 oder
weiter in die Spritzgussform 4 verdrängt, wobei der in der Spritzgussform 4 befindliche
Kunststoff und der zusätzlich
von der Verschlussnadel 6 aus der Düse 7 in die Spritzgussform 4 verdrängte Kunststoff
von der Verschlussnadel 6 in Abhängigkeit des Hubes der Verschlussnadel 6 in
der Spritzgussform 4 verdichtet wird. Dadurch wird eine gute
und homogene Verteilung des Kunststoffes in der Spritzgussform 4,
insbesondere im Bereich der unteren Werkzeughälfte 3, in deren Bereich
die Spritzgussform 4 mit geringeren Durchmesserbereichen
als in der oberen Werkzeughälfte 2 ausgeführt ist,
erreicht.
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In
der in 2 dargestellten Position der Verschlussnadel kühlt der
im Kanal 5 aufgeheizte Kunststoff im Bereich der beiden
Werkzeughälften 2 und 3 bzw.
in der Spritzgussform ab und härtet
aus. Nach einer vordefinierten Zeit wird die untere Werkzeughälfte 3 von
der oberen Werkzeughälfte 2 abgehoben,
wobei das Spritzgussteil 9 aus der unteren Werkzeughälfte 3 gleitet
und nur noch in der oberen Werkzeughälfte 2 des Spritzgusswerkzeuges 1 angeordnet
ist.
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Zum
Auswerfen des Spritzgussteiles 9 aus dem Spritzgusswerkzeug 1 bzw.
aus dem von der oberen Werkzeughälfte 2 begrenzten
Teil der Spritzgussform 4 wird die Verschlussnadel 6 mit
ihrem in der Düse 7 angeordneten
Ende in die Spritz gussform 4 eingeführt, so dass das Spritzgussteil 9 aus
der oberen Werkzeughälfte 2 ausgeschoben
wird.
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Dabei
greift die Verschlussnadel 6, welche bei dem in 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
des Spritzgusswerkzeuges gleichzeitig den Auswerfer 8 des
Spritzgusswerkzeuges 1 darstellt, in einem Bereich des
Spritzgussteils 9 an dem Spritzgussteil an, in dem auch
der Angusspunkt angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Spritzgussteil 9 beim
Auswerfen aus dem Spritzgusswerkzeug 1 von dem Auswerfer 8 in
einem Bereich betätigt
wird, der fertigungsbedingt mit einer geringen Maßhaltigkeit sowie
mit einer geringen Oberflächengüte ausgeführt ist.
Zusätzlich
ist der Angusspunkt des Spritzgussteiles 9 in einem Bereich
des Spritzgussteiles angeordnet, der bei einem späteren bestimmungsgemäßen Einsatz
des Spritzgussteiles 9 keine besondere Anforderung an eine
Oberflächengüte sowie
an eine Maßhaltigkeit
erfüllen
muss, so dass vorteilhafterweise auf eine aufwändige Nachbearbeitung des Spritzgussteiles
verzichtet werden kann, was zu einer Verringerung der Herstellkosten
des Spritzgussteiles 9 führt.
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Die
Verschlussnadel 6 ist bei dem in 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
des Spritzgusswerkzeuges 1 im Bereich ihres der Düse zugewandten
Endes in axialer Erstreckung der Verschlussnadel 6 bereichsweise
mit einem Außendurchmesser
ausgeführt,
der mit einem Innendurchmesser der Düse 7 derart korrespondiert,
dass die Düse 7 mit
dem der Düse 7 zugewandten
Ende der Verschlussnadel 6 während des Spritzgussprozesses
verschlossen ist und dass das der Düse 7 zugewandte Ende
der Verschlussnadel 6 in der in Fi gur 3 dargestellten Art
und Weise durch die Düse 7 in
den Innenraum der Spritzgussform 4 führbar ist. Das bedeutet, dass
zwischen der Innenfläche
der Düse 7 und
der Außenfläche der
Verschlussnadel 6 in Längsrichtung
der Verschlussnadel 6 wenigstens bereichsweise ein derartig
schmaler Ringspalt vorliegt, der eine Abdichtung zwischen der Spritzgussform 4 und
dem Kanal 5 gewährleistet.
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Bei
der in 4 dargestellten Ausführungsform des Spritzgusswerkzeuges 1 ist
der Auswerfer 8 koaxial in der Verschlussnadel 6 angeordnet
und darin längsbeweglich
geführt,
so dass das Spritzgussteil 9 während der dritten Phase des
Spritzgussprozesses über
den in das Innere der Spritzgussform 4 eingeführten Auswerfer 8 aus
der oberen Werkzeughälfte 2 geführt wird.
Zusätzlich
besteht bei diesem Ausführungsbeispiel
bei geschlossener Düse 7 die Möglichkeit,
den in den Spritzgussform 4 vorhandenen Kunststoff über die
Verschlussnadel 6 und/oder über den Auswerfer 8 zu
verdichten.
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Bei
dieser letztgenannten Ausführungsform des
Spritzgusswerkzeuges 1 besteht die Möglichkeit, die Verschlussnadel
6 im Dichtbereich mit einem wenigstens annähernd kegelförmigen oder
kugelförmigen
Dichtsitz auszuführen,
der mit einer kugelförmigen
oder kegelförmigen
Dichtfläche
der Düse 7 zusammenwirkt,
da die Verschlussnadel 6 selbst zum Auswerfen des Spritzgussteiles 9 aus
der Spritzgussform nicht durch die Düse geführt werden muss.
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Da
die letztgenannte Ausgestaltung der Abdichtung zwischen der Verschlussnadel 6 und
der Düse 7 aufgrund
von tempera turbedingten Längenänderungen
der Verschlussnadel unter Umständen zu
einer Reduzierung der Lebensdauer der Verschlussnadel und auch der
Düse führen kann,
kann die Verschlussnadel 6 in ihrem Dichtbereich, d. h.
im Bereich ihres der Düse
zugewandten Endes mit einem Durchmesser ausgeführt sein, wie er in der Beschreibung
zu 1 bis 3 näher beschrieben worden ist,
da mit einer derartigen Ausgestaltung der Verschlussnadel temperaturbedingte
Verspannungen im geschlossenen Zustand der Düse 7 auf einfache
Art und Weise vermieden werden.
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Selbstverständlich liegt
es im Ermessen des Fachmannes, den Hub der Verschlussnadel 6 in
Abhängigkeit
der Betriebstemperatur des Spritzgusswerkzeuges 1 adaptiv
anzupassen oder über
in einem Steuergerät
abgelegte vordefinierte und in Abhängigkeit temperaturabhängiger Kennwerte
abzuändern,
um die temperaturbedingten Verspannung im Spritzgusswerkzeug 1,
d. h. zwischen der Verschlussnadel 6 und der Düse 7,
zu vermeiden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeug
sowie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben eines derartigen Spritzgusswerkzeuges, das eine Direktanbindung
mittels einer Heißkanaldüse mit integriertem
Auswerferweg aufweist, besteht die Möglichkeit, Bauteile mit kleinen Abmessungen,
wie beispielsweise Kunststoffspritzstößel, zentral anzuspritzen und
ein Spritzgusswerkzeug ohne eine aufwändige Auswerfermimik zur Verfügung stellen
zu können
und zusätzlich
den Herstellprozess mit geringen Stoffkosten durchführen zu können.
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Die
niedrigen Stoffkosten resultieren aus der Gestaltung des Spritzgusswerkzeuges
mit dem Heißkanalsystem,
da damit der Anteil des Granulatabfalls gering gehalten wird. Zusätzlich werden
auch die Werkzeug- und Peripheriegerätekosten gegenüber herkömmlichen
Anlagen verringert, da auf so genannte Pickersysteme, die zum Abtrennen
von Angusspickern vom Spritzling verwendet werden, verzichtet werden
kann.
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Grundsätzlich sind
das erfindungsgemäße Spritzgusswerkzeug
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben des Spritzgusswerkzeuges bei allen Kunststoffspritzgussanwendungen
einsetzbar und nicht nur auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
sowie auf die Herstellung eines Kunststoffspritzstößels, der
als Ventilschließglied
eines Steuerventils eingesetzt wird, beschränkt.