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DE10243683A1 - Piston injection unit for a micro-injection moulding machine, consists of an injection cylinder and a pre-plastification cylinder perpendicular to it - Google Patents

Piston injection unit for a micro-injection moulding machine, consists of an injection cylinder and a pre-plastification cylinder perpendicular to it Download PDF

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DE10243683A1 DE2002143683 DE10243683A DE10243683A1 DE 10243683 A1 DE10243683 A1 DE 10243683A1 DE 2002143683 DE2002143683 DE 2002143683 DE 10243683 A DE10243683 A DE 10243683A DE 10243683 A1 DE10243683 A1 DE 10243683A1
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Abstract

A piston injection unit with a pre-plastification cylinder, for a micro-injection moulding machine for producing micro-mouldings, consists of an injection cylinder and a pre-plastification cylinder which is perpendicular to it. The unit has an injection cylinder (1) containing a cylindrical piston (4). The piston length is such that when it is at the front (S3) of the cylinder, its rear section closes off the channel (7) from the pre-plastifying cylinder (6). When the piston is at its rear location (S1), the channel is clear. The amount of melt (5) that is injected is determined by the position of the piston between points S2 and S3.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenspritzeinheit mit Vorplastifizierzylinder für eine Mikrospritzgießmaschine zur Herstellung von Mikroformteilen.The invention relates to a piston injection unit with pre-plasticizing cylinder for a micro injection molding machine for the production of microform parts.

Unter Mikroformteilen sollen in den nachfolgenden Ausführungen kleine spritzgegossene Kunststoff-Formteile mit Abmessungen von wenigen Millimetern und Schußgewichten in der Größenordnung von 10 mg bis 10 g verstanden werden. Solche Formteile können auch Flächen und Bereiche mit Strukturen im Mikrometerbereich aufweisen. Der Einspritzmechanismus gebräuchlicher und bekannter Spritzgießmaschinen ist im Prinzip ein diskontinuierliches Fördersystem für die Kunststoffschmelze. Der Schmelzefluß wird durch einen translatorisch in einem Plastifizierzylinder bewegbaren Einspritzkolben erzeugt. Die Förderrichtung wird dabei durch ein Rückschlagventil bestimmt, welches abhängig von der Bewegungsrichtung aber unabhängig von der Lage des Kolbens den Schmelzekanal freigibt oder schließt.Under microform parts are said to following explanations small injection molded plastic parts with dimensions of a few millimeters and shot weights on the order of 10 mg to 10 g can be understood. Such molded parts can also surfaces and have areas with structures in the micrometer range. The Injection mechanism more common and well-known injection molding machines is in principle a discontinuous conveyor system for the plastic melt. The melt flow will through a translationally movable in a plasticizing cylinder Injection pistons generated. The direction of funding is done by a check valve determines which one depends on the direction of movement but regardless of the position of the piston releases or closes the melt channel.

Für die meistverbreiteten Schneckenkolben-Spritzgießmaschinen werden Ring- und Kugelrückströmsperren verwendet.For The most common screw piston injection molding machines are ring and Kugelrückströmsperren used.

Eine Besonderheit von Einspritzeinheiten für besonders kleine Einspritzvolumina bzw. Schußgewichte ist, daß das Einspritzen von einer Kolbenspritzeinheit mit Vorplastifizierzylinder ausgeführt wird, d.h., das Einspritzen und das Plastifizieren erfolgen örtlich getrennt, wobei zwischen Vorplastifizierzylinder und Kolbenspritzeinheit ein Verschlußmechanismus angeordnet ist, der ein ungewolltes Zurückfließen der Schmelze in die Vorplastifiziereinheit verhindert.A specialty of injection units for special small injection volumes or shot weights is that the injection is carried out by a piston injection unit with pre-plasticizing cylinder, i.e. the injection and the plasticizing are carried out separately, with between Pre-plasticizing cylinder and piston injection unit a locking mechanism is arranged, the unwanted backflow of the melt into the pre-plasticizing unit prevented.

In den bekannten Ausführungen von Mikro-Einspritzeinheiten wird eine Rückströmsperre oder ein Sperrventil zwischen Vorplastifizierzylinder und Kolbenspritzeinheit plaziert. So wird in Oepen, R. v.: Ein neues Maschinenkonzept für das Spritzgießen von Kleinteilen im Tagungsband zum 17. Kunststofftechnischen Kolloquium Aachen, 1994, Block 6, S. 143 eine Mikrospritzgießmaschine mit Schneckenvorplastifizierung und externer Kolbeneinspritzung beschrieben. Eine feststehende Schnecke plastifiziert das Material und fördert es über eine Kugelrückströmsperre in den Kolbenvorraum.In the known versions Micro-injection units become a non-return valve or a shut-off valve placed between pre-plasticizing cylinder and piston injection unit. In Oepen, R. v .: A new machine concept for the injection molding of Small parts in the conference proceedings for the 17th plastics engineering colloquium Aachen, 1994, Block 6, p. 143 a micro injection molding machine described with screw pre-plastification and external piston injection. A stationary screw plasticizes the material and conveys it over a Kugelrückströmsperre in the piston vestibule.

Im Industrieanzeiger, 1994, H. 16, S. 34-35 wird ebenfalls eine Mikrospritzgießmaschine mit Kolbeneinspritzeinheit und separater Schneckenvorplastifizierung beschrieben. Auch hier ist zwischen diesen beiden Einheiten eine Kugelrückströmsperre angeordnet. Weitere Einspritzeinheiten, die mit Ring- und Kugelrückströmsperren arbeiten, werden in Johannaber, F.; Michaeli, W.: Handbuch Spritzgießen, Verlag Carl Hanser München Wien, 2001, S. 1016-1019 gezeigt.In the Industrieanzeiger, 1994, H. 16, Pp. 34-35 will also be a micro injection molding machine with a piston injection unit and separate screw pre-plastification. Here too a ball check valve is arranged between these two units. Further Injection units that work with ring and ball check valves are used in Johannaber, F .; Michaeli, W .: Injection molding manual, published by Carl Hanser Munich Vienna, 2001, pp. 1016-1019.

Schließlich ist aus dem Maschinenprospekt Mikrosystem von Battenfeld, 2001 eine Kolbenspritzeinheit mit Schneckenvorplastifizierung bekannt, bei der ein Sperrventil zur Verhinderung des Zurückfließens der Schmelze zwischen Kolbenspritzeinheit und Schneckenvorplastifizierung angeordnet ist.After all, there is a microsystem from the machine brochure von Battenfeld, 2001 a piston injection unit with screw pre-plastification known in which a check valve to prevent the backflow of the Melt between the piston injection unit and screw pre-plastification is arranged.

Nachteilig bei allen diesen Lösungen ist, daß Rückströmsperren immer auch ein Strömungshindernis bilden. Bei ihrem Einsatz können "tote Ecken" entstehen, die zu Verweilzeitunterschieden der Schmelze und damit zu thermischen Schädigungen des Materials führen können.The disadvantage of all these solutions is that check valves always an obstacle to flow form. When they are used, "dead corners" can arise Residence time differences in the melt and thus thermal damage to the Material can.

Darüber hinaus erhöhen Rückströmsperren auch den Strömungswiderstand, verursachen eine größere Scherung und sind damit unter Umständen auch für Materialschädigungen verantwortlich. Diese negativen Einflüsse werden beim Spritzgießen von thermisch empfindlichen Thermoplasten wie PVC und Duroplasten besonders deutlich. Zur Verarbeitung dieser Materialien werden Schnecken oft ohne Rückströmsperren eingesetzt, und ein gewisser Schmelzerückfluß wird in Kauf genommen.In addition, non-return valves also increase the flow resistance, cause greater shear and may also be for material damage responsible. These negative influences are thermal when injection molding sensitive thermoplastics such as PVC and thermosets particularly clearly. To process these materials, screws are often without non-return valves used, and a certain melt backflow is accepted.

Da beim Mikrospritzgießen der Schmelzedurchsatz klein und die Scherbeanspruchung in den engen Fließkanälen groß ist, kommen die Nachteile der Rückströmsperren auch hier zum Tragen.Since the micro injection molding Melt throughput small and the shear stress in the narrow Flow channels is large, come the disadvantages of the non-return valve to bear here too.

Sperrventile sind zwar gegenüber Rückströmsperren strömungsgünstiger und können auch günstiger gefertigt werden, aber sie können auch Undichtigkeiten aufweisen. Ein weiteres konstruktives Problem beim Bau von Mikrospritzgießmaschinen entsteht dadurch, daß viele Bauteile, darunter auch die Rückströmsperre bzw. das Sperrventil, miniaturisiert werden müssen. Das bedeutet einen hohen fertigungstechnischen Aufwand bei der Maschinenherstellung, wobei die Gefahr besteht, daß diese filigranen, beweglichen und mechanisch und thermisch belasteten Bauteile dann für einen dauerhaften Einsatz nicht robust genug sind.Check valves are against non-return valves streamlined and can also cheaper can be made, but they can also have leaks. Another constructive problem arises in the construction of micro-injection molding machines in that many Components, including the non-return valve or the check valve, must be miniaturized. That means a high one manufacturing effort in machine manufacturing, wherein there is a risk that this filigree, movable and mechanically and thermally stressed Components then for permanent use is not robust enough.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Kolbenspritzeinheit mit Vorplastifizierzylinder für Mikrospritzgießmaschinen zu schaffen, die ohne Rückströmsperre oder Sperrventil arbeitet, eine optimale strömungstechnische Gestaltung der Überleitung zwischen Vorplastifizierzylinder und Einspritzzylinder besitzt, eine robuste konstruktive Ausführung auch bei kleinsten Abmessungen ermöglicht und mit hoher Präzision arbeitet.The object of the invention is therefore a piston injection unit with pre-plasticizing cylinder for micro injection molding machines to create that without a non-return valve or check valve works, an optimal fluidic design the transition between Pre-plasticizing cylinder and injection cylinder has a robust constructive execution Enables even the smallest dimensions and works with high precision.

Die erfindungsgemäße Kolbenspritzeinheit besteht aus einem Einspritzzylinder mit einer angeformten oder angesetzten Maschinendüse und von außen um den Einspritzzylinder herum angeordneten Heizbändern. Im Einspritzzylinder ist ein langer, stabförmiger, zylindrischer Einspritzkolben angeordnet, der die im Einspritzzylinder befindliche Schmelze beim Einspritzvorgang in die Kavität bzw. die Kavitäten des Spritzgießwerkzeuges hineindrückt. Seitlich zum Einspritzzylinder ist ein Vorplastifizierzylinder angeordnet, der über einen zylindrischen, glatten, ohne Strömungshindernisse aufweisenden Überleitungskanal mit dem Einspritzzylinder direkt verbunden ist. Der Vorplastifizierzylinder kann als Schnecken- oder Kolbenplastifizierzylinder ausgebildet sein und wird von außen ebenfalls durch Heizbänder beheizt.The piston injection unit according to the invention consists of an injection cylinder with a molded or attached machine nozzle and heating bands arranged from the outside around the injection cylinder. A long, rod-shaped, cylindrical injection piston is arranged in the injection cylinder and presses the melt located in the injection cylinder into the cavity or cavities of the injection mold during the injection process. Laterally a pre-plasticizing cylinder is arranged to the injection cylinder, which is connected directly to the injection cylinder via a cylindrical, smooth transfer channel without any flow obstacles. The pre-plasticizing cylinder can be designed as a screw or piston plasticizing cylinder and is also heated from the outside by heating strips.

Die Länge des Einspritzkolbens muß dabei so ausgelegt sein, daß er in der Stellung seiner vorderen Endlage S3 den aus dem Vorplastifizierzylinder in den Einspritzzylinder mündenden Überleitungskanal immer noch mit seinem hinteren Ende überdeckt und damit verschließt.The length of the injection piston must be so be designed that he in the position of its front end position S3 from the pre-plasticizing cylinder transfer duct opening into the injection cylinder still covered with its rear end and closed with it.

Mit dieser vorgeschlagenen Lösung kann auf eine Rückströmsperre zwischen dem Vorplastifizier- und dem Einspritzzylinder verzichtet werden. Der Schmelzerückfluß wird durch die Stellung des Einspritzkolbens verhindert. Die hintere Endlage S1 des Einspritzzylinders ist hinter der Einmündung des Überleitungskanales in den Einspritzzylinder angeordnet.With this proposed solution you can on a non-return valve dispensed between the pre-plasticizing and the injection cylinder become. The melt reflux is through prevents the position of the injection piston. The rear end position S1 of the injection cylinder is behind the junction of the transfer duct into the injection cylinder arranged.

Zum Dosieren wird der Einspritzkolben in die hintere Endlage S1 gezogen und die Schmelze kann ungehindert und schnell aus dem Vorplastifizierzylinder vor den Einspritzkolben in den Einspritzzylinder einströmen. Beim Einspritzen, d. h., bei der Vorlaufbewegung des Einspritzgkolbens, wird der Punkt S2, an dem der Überleitungskanal vom Vorplastifizierzylinder zum Einspritzzylinder durch den Einspritzkolben verschlossen wird, sehr schnell erreicht , so daß ein Schmelzerücklauf aus dem Einspritzzylinder und ein weiterer Schmelzefluß aus dem Vorplastifizierzylinder verhindert wird. Der Wegpunkt S2 ist vor der Einmündung des Überleitungskanales in den Einspritzzylinder angeordnet.The injection piston is used for dosing pulled into the rear end position S1 and the melt can flow freely and quickly out of the pre-plasticizing cylinder in front of the injection pistons flow into the injection cylinder. When injecting, i.e. that is, during the advance movement of the injection piston, becomes the point S2 at which the transition channel from the pre-plasticizing cylinder to the injection cylinder through the injection piston is closed, reached very quickly, so that a melt return from the injection cylinder and another melt flow from the Preplasticizing cylinder is prevented. Waypoint S2 is before the confluence of the transfer channel arranged in the injection cylinder.

Der Weg zwischen den Punkten S1 und S2 ist sehr klein und entspricht dem Durchmesser des Überleitungskanals.The path between points S1 and S2 is very small and corresponds to the diameter of the transfer channel.

Die Punkte S1, S2, S3 sind Wegpunkte, die längs des Einspritzkolbenweges angeordnet sind und sich aus der Konstruktion und dem Verfahrensablauf ergeben.The points S1, S2, S3 are waypoints, the lengthways of the injection piston path are arranged and resulting from the construction and the process flow.

Die Menge der eingespritzten Schmelze wird durch das Einspritzzylindervolumen zwischen den Punkten S2 und S3 bestimmt. Dieses Volumen wird an das notwendige Schußvolumen entsprechend der herzustellenden Formteile angepaßt, in dem der Einspritzzylinder gegebenenfalls ausgewechselt wird, d. h., die Mikrospritzgießmaschine wird mit Einspritzzylindern verschiedener Zylindervolumina ausgerüstet.The amount of melt injected is determined by the injection cylinder volume between points S2 and S3 determined. This volume becomes the necessary shot volume adapted according to the molded parts to be produced, in the if necessary, the injection cylinder is replaced, d. H., the micro injection molding machine is equipped with injection cylinders of different cylinder volumes.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is based on an embodiment are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

1: Kolbenspritzeinheit mit Kolbenvorplastifizierung; Einspritzkolben in vorderer Endlage, Überleitungskanal verschlossen, 1 : Piston injection unit with pre-plastification; Injection piston in the front end position, transfer channel closed,

2: Kolbenspritzeinheit mit Kolbenvorplastifizierung; Einspritzkolben in hinterer Endlage, Überleitungskanal freigegeben. 2 : Piston injection unit with pre-plastification; Injection piston in the rear end position, transfer channel released.

Die Kolbenspritzeinheit für eine Mikrospritzgießmaschine nach 1 besteht aus dem Einspritzzylinder 1 mit der angeformten Maschinendüse 2 und Heizbändern 3, die von außen um den Einspritzzylinder 1 herumgelegt sind. Im Einspritzzylinder 1 ist ein langer, stabförmiger, zylindrischer Einspritzkolben 4 angeordnet, der die im Einspritzzylinder 1 befindliche Schmelze 5 beim Einspritzvorgang in eine nicht weiter dargestellte Kavität des Spritzgießwerkzeuges hineindrückt.The piston injection unit for a micro injection molding machine after 1 consists of the injection cylinder 1 with the molded machine nozzle 2 and heating tapes 3 from the outside around the injection cylinder 1 are lying around. In the injection cylinder 1 is a long, rod-shaped, cylindrical injection piston 4 arranged, which in the injection cylinder 1 located melt 5 during the injection process into a cavity of the injection mold, not shown.

Seitlich und senkrecht zum Einspritzzylinder 1 ist der Vorplastifizierzylinder 6 angeordnet, der über einen zylindrischen Überleitungskanal 7 mit dem Einspritzylinder 1 direkt verbunden ist. Der Vorplastifizierzylinder 6 ist als Kolbenplastifiziereinheit ausgebildet und wird von außen ebenfalls durch Heizbänder 3 beheizt.Laterally and perpendicular to the injection cylinder 1 is the pre-plasticizing cylinder 6 arranged over a cylindrical transfer channel 7 with the injection cylinder 1 is directly connected. The pre-plasticizing cylinder 6 is designed as a piston plasticizing unit and is also from the outside by heating tapes 3 heated.

Die Länge des Einspritzkolbens 4 ist so ausgelegt, daß er in der Stellung der vorderen Endlage S3 den Überleitungskanal 7 mit seinem Ende noch überdeckt und damit verschließt.The length of the injection piston 4 is designed so that it the transition channel in the position of the front end position S3 7 with its end still covered and closed with it.

Zum Dosieren wird der Einspritzkolben 4 in seine hintere Endlage S1 gezogen und die Schmelze 5 kann ungehindert und schnell aus dem Vorplastifizierzylinder 6 vor den Einspritzkolben 4 in den Einspritzzylinder 1 einströmen, 2.The injection piston is used for dosing 4 pulled into its rear end position S1 and the melt 5 can unhindered and quickly from the pre-plasticizing cylinder 6 in front of the injection pistons 4 into the injection cylinder 1 flow, 2 ,

Beim Einspritzen, d. h., bei der Vorlaufbewegung des Einspritzkolbens 4, wird der Punkt S2 sehr schnell erreicht und der Überleitungskanal 7 wird durch den Einspritzkolben überdeckt und verschlossen. Ein Schmelzerücklauf aus dem Einspritzzylinder 1 und ein weiterer Schmelzefluß aus dem Vorplastifizierzylinder 6 werden damit verhindert. Im gewählten Ausführungsbeispiel beträgt der Weg zwischen den Punkten S1 und S2 1 mm und entspricht dem Durchmesser des Überleitungskanals 7.During injection, ie during the advance movement of the injection piston 4 , point S2 is reached very quickly and the transfer channel 7 is covered and closed by the injection piston. A melt return from the injection cylinder 1 and another melt flow from the pre-plasticizing cylinder 6 are prevented. In the selected embodiment, the path between points S1 and S2 is 1 mm and corresponds to the diameter of the transfer channel 7 ,

Die Menge der eingespritzten Schmelze 5 wird durch das Einspritzzylindervolumen zwischen den Punkten S2 und S3 bestimmt.The amount of melt injected 5 is determined by the injection cylinder volume between points S2 and S3.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Kolbenspritzeinheit mit Vorplastifizierzylinder liegen darin, daßThe advantages of the piston injection unit according to the invention with pre-plasticizing cylinder are that

  • – auf eine Rückströmsperre oder ein Sperrventil zwischen dem Einspritzzylinder und dem Vorplastifizierzylinder gänzlich verzichtet werden kann, und- on a non-return valve or a check valve between the injection cylinder and the pre-plasticizing cylinder completely can be dispensed with, and
  • – damit ist die Gestaltung eines glatten von Strömungshindernissen freien Überleitungskanals möglich, so daß längere Verweilzeiten von Schmelzeanteilen oder die thermische Schädigung der Schmelze durch eine erhöhte Scherung im Bereich einer Rückströmsperre oder eines Sperrventils entfallen,- in order to the design of a smooth transition channel free of flow obstacles is possible, so that longer dwell times of melt components or the thermal damage to the melt from increased Shear in the area of a non-return valve or a shut-off valve,
  • – darüber hinaus ist eine robuste und steife Bauart der Kolbenspritzeinheit, auch bei Miniaturisierung der notwendigen Bauteile möglich.- Furthermore is a sturdy and rigid design of the plunger injection unit, too possible with miniaturization of the necessary components.

11
EinspritzzylinderInjection cylinder
22
Maschinendüsemachine nozzle
33
HeizbänderHeating tapes
44
EinspritzkolbenInjection piston
55
Schmelzemelt
66
VorplastifizierzylinderVorplastifizierzylinder
77
ÜberleitungskanalCrossover passage
S3S3
Wegpunkt, vordere Endlagewaypoint front end position
S2S2
Wegpunktwaypoint
S1S1
Wegpunkt, hintere Endlagewaypoint rear end position

Claims (3)

Kolbenspritzeinheit mit Vorplastifizierzylinder für eine Mikrospritzgießmaschine zur Herstellung von Mikroformteilen bestehend aus einem Einspritzzylinder mit angeformter oder angesetzter Maschinendüse, mit einem temperierten Einspritzzylinder und mit einem senkrecht oder im spitzen Winkel zum Einspritzzylinder angeordneten Vorplastifizierzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß im Einspritzzylinder (1) ein langer, stabförmiger, zylindrischer Einspritzkolben (4) angeordnet ist und die Länge des Einspritzkolbens (4) so ausgelegt ist, daß er in der Stellung seiner vorderen Endlage (S3) den aus dem Vorplastifizierzylinder (6) in den Einspritzzylinder (1) mündenden Überleitungskanal (7) mit seinem hinteren Ende überdeckt und verschließt, daß zwischen dem Vorplastifizierzylinder (6) und dem Einspritzzylinder (1) ein Überleitungskanal (7) angeordnet ist und der Überleitungskanal (7) ein glatter, zylindrischer Kanal frei von Strömungshindernissen ist, daß die hintere Endlage (S1) des Einspritzkolbens (4) hinter der Einmündung des Überleitungskanals (7) in den Einspritzzylinder angeordnet ist und der Einspritzkolben (4) in seiner hinteren Endlage (S1) den Überleitungskanal frei gibt und daß die Menge der eingespritzten Schmelze (5) durch das Einspritzzylindervolumen zwischen den Wegpunkten S2 und S3 bestimmt wird.Piston injection unit with pre-plasticizing cylinder for a micro-injection molding machine for the production of micro-molded parts consisting of an injection cylinder with molded or attached machine nozzle, with a temperature-controlled injection cylinder and with a pre-plasticizing cylinder arranged perpendicular or at an acute angle to the injection cylinder, characterized in that in the injection cylinder ( 1 ) a long, rod-shaped, cylindrical injection piston ( 4 ) is arranged and the length of the injection piston ( 4 ) is designed in such a way that in the position of its front end position (S3) it comes from the pre-plasticizing cylinder ( 6 ) in the injection cylinder ( 1 ) opening transition channel ( 7 ) covered with its rear end and closes that between the pre-plasticizing cylinder ( 6 ) and the injection cylinder ( 1 ) a transition channel ( 7 ) is arranged and the transfer channel ( 7 ) a smooth, cylindrical channel free of flow obstacles is that the rear end position (S1) of the injection piston ( 4 ) behind the junction of the transition channel ( 7 ) is arranged in the injection cylinder and the injection piston ( 4 ) in its rear end position (S1) releases the transfer duct and that the amount of melt injected ( 5 ) is determined by the injection cylinder volume between waypoints S2 and S3. Kobenspritzeinheit mit Vorplastifizierzzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorplastifizierzylinder (6) mit Schnecken- oder Kolbenplastifizierung ausgestattet ist.Kobens injection unit with pre-plasticizing cylinder according to claim 1, characterized in that the pre-plasticizing cylinder ( 6 ) is equipped with screw or piston plastification. Kolbenspritzeinheit mit Vorplastifizierung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzzylinder (1) zur Anpassung und Variierung des Schußvolumens auswechselbar ist.Piston injection unit with pre-plastification according to claims 1 to 2, characterized in that the injection cylinder ( 1 ) is interchangeable to adapt and vary the shot volume.
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