DE20112525U1

DE20112525U1 - Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine

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Publication number: DE20112525U1
Application number: DE20112525U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2001-07-28
Filing date: 2001-07-28
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2011-07-29

Description

.*.'·. . I I .* . : &Ggr; : Telefon (02 02)2 59 06-0

Dipi.-ing. Harald Ostriga* ^email: ™^il@osw-p^at-^de

Dipl.-ing. Bernd Sonnet*

Dipl.-ing. Jochen-Peter Wirths "^{ausanschrift:} _&Lgr;

^r ° Stresemannstr. 6-8

* Zugelassen beim Europäischen Patentamt 42275 Wuppertal-Barmen

Oslriga. Sonnei & Wirths ■ Postfach 20 16 53 ■ D-422 16 Wuppertal

W/he

Anmelder: Prof.-Dr. Ing. Erich Schürmann

&iacgr;&ogr; Wittenberg 1

48324 Sendenhorst

Bezeichnung

der Erfindung: Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine

Die Erfindung betrifft ein Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine mit einer axial wie auch rotierend in einem Gehäuse angetriebenen, als Kolben/Schnecke ausgebildeten Spritzvorrichtung, die mit einer Rückstromsperre versehen ist, wobei die Spritzvorrichtung während des Transportes des Kunststoffgranulats der Plastifizierung dient und während des Einpressens der Kunststoffschmelze durch eine Düse in eine Spritzgießform als Kolben fungiert, und einer Vorrichtung zum Mischen und Dosieren der Kunststoffschmelze sowie von Zusatzstoffen, wie Farbmittel, Schäummittel, Gleitmittel od.dgl.

Aus dem druckschriftlich nicht belegbaren Stand der Technik sind z.B.

Spritzaggregate für Spritzgießmaschinen bekannt, bei denen die Zusatzstoffe bereits vor der Schnecke unter das Kunststoffgranulat gemischt werden.

Auch ist es bekannt, konventionelle Kolbenschneckenspritzgießaggregate mit separaten Dosier- und Mischvorrichtungen zu versehen. Diese Systeme haben jedoch erhebliche Probleme mit der dauerhaften Abdichtung der Wellen-

Postbank

USl-IdNr.

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und Kolbendurchführung, da hier Fügeflächen mit Relativbewegungen gegen Schmelzaustritte gedichtet werden müssen.

Ausgehend von dem zuletzt genannten Stand der Technik besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein neues Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine mit einer axial wie auch rotierend in einem Gehäuse angetriebenen als Kolben/Schnecke ausgebildeten Spritzvorrichtung zu schaffen, in die eine separate Dosier- und Mischvorrichtung für eine Zusatzstoffdosierung integriert wird, ohne dass bewegliche Teile nach außen

&iacgr;&ogr; gegen Schmelzaustritte gedichtet werden müssen. Des weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, den Aufbau zu vereinfachen und die Baugröße der Vorrichtung insgesamt zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere des Kennzeichenteils, wonach zwischen der Rückstromsperre der Schnecke und dem Kolben ein Distanzelement angeordnet ist, dessen Länge wenigstens dem Hub des Spritzaggregats entspricht und das wenigstens einen Strömungskanal aufweist, durch den in jeder Stellung eine strömungstechnische Verbindung mit einem zunächst radial nach außen und dem parallel zum Bewegungs- und Führungsbereich des Kolbens bis in einen Bereich zwischen Düse und Kolben sich erstreckenden, weiteren Strömungskanal sichergestellt ist, und dass der Strömungskanal durch die benachbart zum Bewegungs- und Führungsbereich des Kolbens angeordnete Misch- und Dosiervorrichtung verläuft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. So müssen einerseits keine beweglichen Teile nach außen gegen Schmelzaustritte abgedichtet werden, wodurch sich der konstruktive Aufwand verringert. Auch ergibt sich durch die koaxiale Bauweise der Misch- und Dosiervorrichtung ein geradliniger Kraftfluss bei gleichzeitig verringerter Baugröße.

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Auf vorteilhafte Weise kann die Misch- und Dosiervorrichtung den Kolben

zumindest teilweise kreisringförmig umgreifen, wobei es in diesem Zusammenhang grundsätzlich möglich ist, dass die Misch- und Dosiervorrichtung bezüglich ihrer Rotationsbewegung mit der Spritzvorrichtung bewegungsverbunden ist.

Bei letztgenannter Lösung entfällt auf vorteilhafte Weise ein zusätzlicher Antrieb für die Misch- und Dosiervorrichtung, so dass die Vorrichtung insgesamt einfacher aufgebaut ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Misch- und Dosiervorrichtung aus Mischelementen, die an einem drehbaren, mit dem Kolben rotationsverbundenen Rohr und am Innendurchmesser des Gehäuses angeordnet sind, sowie mindestens einer Zusatzstoffeinspeisung gebildet. Hierbei ist die Misch- und Dosiervorrichtung sehr nahe an der Bewegungsbahn des Kolbens, jedoch getrennt von dieser angeordnet, was sich positiv auf die Baugröße auswirkt, wobei um den Bewegungsraum des Kolbens herum der Strömungskanal für die Schmelze durch die Misch- und Dosiervorrichtung hindurch verläuft.

Bei einer derartigen Misch- und Dosiervorrichtung können die

Mischelemente beispielsweise unterschiedliche, gegenüberliegende Oberflächengestaltungen, insbesondere Verzahnungen aufweisen, durch die eine intensive Durchmischung der Schmelze mit den in der Misch- und Dosiervorrichtung zugegebenen Zusatzstoffen erreicht wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Distanzelement aus einer durchgehend verjüngten Welle gebildet, wobei der die Welle umgebende kreisringförmige Strömungsquerschnitt vollständig zum Transport der Schmelze von der Schnecke hin zur Misch- und Dosiervorrichtung zur Verfügung steht. Hierbei kann auf sehr einfache Weise der notwendige Bewegungsspielraum von Kolben und Schnecke geschaffen werden, ohne dass

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- unabhängig von der Stellung der Spritzvorrichtung - eine Unterbrechung des Strömungskanals für die Schmelze erfolgt.

Letztlich ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung so ausgestaltet, dass dem Bewegungsraum des Kolbens ein zusätzliches, zwischen Düsenbauteil und Gehäusebauteil angeordnetes Zwischenbauteil vorgeordnet wird, welches in x-Richtung einen erweiterten Sammelraum für die Schmelze darstellt, wobei der Kolben düsenseitig mit einer verjüngten Welle versehen ist, die dem Ausstoß der Schmelze dient.

Auch diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das &ldquor;First in - first out-Prinzip" gewährleistet ist, da die Schmelzenbestandteile, die zuerst in den Sammelraum eintreten, letztlich auch als erstes durch die Düse in die Spritzgießform eingespritzt werden.

Ebenso wäre es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung denkbar, dass das Distanzelement aus einer verjüngten Welle gebildet wird, deren Querschnitt sich ausgehend von der Schnecke zum Kolben hin leicht konisch verringert, wobei in geringem Abstand vom Bewegungsbereich des Kolbens im Gehäuse ein den kreisringförmigen Querschnitt verringernder Blendenring angeordnet ist und wobei die Welle mit wenigstens einer in Axialrichtung verlaufenden Durchgangsbohrung versehen ist, die einen aus der Schnecke herausführenden Strömungskanal mit einer kolbenseitigen, ringförmigen Einschnürung der Welle verbindet, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung und dem kreisringförmigen Strömungsquerschnitt herstellt.

Diese spezielle Lösung hat den Vorteil, dass auch bei vorgerückter Stellung der Kolben-/Schneckenanordnung (Spritzvorrichtung) in dem der Schmelze zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt keine Strömungstoträume entstehen, so dass das sogenannte &ldquor;First in - first out-Prinzip" auch hier gewährleistet ist.

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Letztlich betrifft die Erfindung auch eine Ausführungsform, bei der dem

Bewegungsraum des Kolbens ein zusätzliches, eine Düse aufweisendes Gehäusebauteil vorgeordnet wird, welches einen erweiterten Sammelraum für die Schmelze darstellt, wobei der Kolben düsenseitig mit einer verjüngten Welle versehen ist, die dem Ausstoß der Schmelze dient.

Auch hier ist letztendlich auf vorteilhafte Weise der Grundsatz des &ldquor;First in - first out" gewährleistet, da die Schmelzenbestandteile, die zuerst aus dem durch die Misch- und Dosiervorrichtung laufenden Strömungskanal in den Bereich vor den Kolben eintreten, beim späteren Ausstoß der Schmelze als erstes in die Spritzgießform eintreten, wobei in der jeweiligen zeitlichen Abfolge die nachfolgend aufgeschmolzenen Schmelzenbestandteile folgen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Spritzaggregats nach dem Ausstoß der Schmelze,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß Fig. 1 während des Auffüllens des vor dem Kolben angeordneten Sammelraumes für die Schmelze,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß den Fig. 1 und 2 mit gefülltem Sammelraum für die Schmelze,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Spritzaggregats nach dem Ausstoß der Schmelze,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß Fig. 4 während der Auffüllung des Sammelraums für die Schmelze,

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Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß den Fig. 4 und 5 mit gefülltem Sammelraum für die Schmelze,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Spritzaggregats mit vorgeordnetem Gehäusebauteil,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß Fig. 7 während der Auffüllung des Sammelraums für die Schmelze und

&iacgr;&ogr; Fig. 9 einen Längsschnitt durch das Spritzaggregat gemäß den Fig. 7 und

8 mit gefülltem Sammelraum für die Schmelze.

In den Zeichnungen wird ein Sphtzaggregat einer Spritzgießmaschine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Das Spritzaggregat 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches aus den Bauteilen 12 bis 16 gebildet wird.

In den Bauteilen 12 und 13 ist ein kreiszylindrischer Führungskanal 17 angeordnet, in dem eine Schnecke 18 einer Spritzvorrichtung S drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist. Die Schnecke 18 ist auf nicht dargestellte Weise an ihrem freien Ende mit einer Schubeinrichtung versehen. Am anderen Ende der Schnecke 18 ist eine Rückstromsperre 19 und daran anschließend eine verjüngte Welle 20 sowie ein Kolben 21 angeordnet. Der Kolben 21 ist längsverschieblich in einem sich mitdrehenden Rohr 22 angeordnet, an dessen Außenumfangsfläche wechselnde kreisringartige Mischelemente 23 einer Mische und Dosiervorrichtung 24 angeordnet sind. Den Mischelementen 23 beabstandet gegenüberliegend sind weitere Mischelemente 25 am Bauteil 15 des Gehäuses 11 so befestigt, dass sich zwischen den Mischelementen 23 und 25 ein umlaufender kreisringförmiger Strömungskanal 26 ausbildet. Die Einheit aus Kolben 21, Rohr 22 sowie Mischelementen 23 ist mit der verjüngten Welle sowie

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der Schnecke 18 fest bzw. formschlüssig verbunden und über Ringlager 27 innerhalb des Gehäuses 11 drehbar gelagert.

Letztlich weist die Misch- und Dosiervorrichtung 24 noch Vorrichtungen zur Zusatzstoffeinspeisung 28 auf, die innerhalb des Bauteils 15 angeordnet sind und deren Auslauf in den Strömungskanal 26 der Misch- und Dosiervorrichtung 24 münden.

Der Strömungskanal 26 der Misch- und Dosiervorrichtung 24 ist über

&iacgr;&ogr; radiale Strömungskanalbereiche 29 und 30 einerseits mit einem vor dem Kolben liegenden Sammelraum 31 für die Schmelze und andererseits über dem Strömungskanalbereich 30 mit einem die verjüngte Welle 20 umgebenden, ringraumartigen Strömungskanal 32 verbunden.

Letztlich weist das Bauteil 16 des Gehäuses 11 eine Düsenbohrung 33 auf, durch die die im Sammelraum 31 befindliche Schmelze in eine nicht dargestellte, dem Bauteil 16 vorgeordnete Spritzgießform eingespritzt werden kann.

In der Fig. 1 ist die Stellung des Spritzaggregats 10 bzw. der Spritzvorrichtung S unmittelbar nach dem Einspritzvorgang dargestellt. Man erkennt, dass die Spritzvorrichtung S um einen maximalen Hub H in Richtung &khgr; bis vor die Düsenbohrung 33 vorgeschoben worden ist (s. Vergleich der Fig. 1 und 3). Dadurch wurde die Schmelze nahezu vollständig aus dem Sammelraum 31 in die nicht dargestellte Spritzgießform gedrückt. Nach dem die Schnecke 18 die Rotationsbewegungen wieder begonnen hat, wird zunehmend Material in der Schnecke 18 plastifiziert und dann über die Rückstromsperre 19 hinaus in den ringraumartigen Strömungskanal 32 und weiter über die Strömungskanalbereiche 30, 26 und 29 in den Sammelraum 31 für die Schmelze transportiert. Da die Misch- und Dosiervorrichtung 24 mit dem Kolben-/ Schneckenantrieb (Antrieb der Spritzvorrichtung S) rotationsverbunden ist, erfolgt während der Durchförderung der Schmelze bei gleichzeitiger Zuführung

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von Zusatzstoffen eine vollständige Durchmischung der Schmelze vor dem Eintritt der letzten in den Sammelraum 31.

Dadurch, dass zunehmend Schmelze in den Sammelraum 31 transportiert wird, ergibt sich gleichzeitig eine rückwärtige Bewegung der Spritzvorrichtung S bestehend aus dem Kolben 21 der verjüngten Welle 20 sowie der Schnecke 18 in y-Richtung. Dieser Vorgang ist erst dann abgeschlossen, wenn der Sammelraum 31 gefüllt ist und der Kolben 21 bei seiner Bewegung in y-Richtung an eine Schulter 34 stößt. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem wiederum die nicht dargestellte Schubvorrichtung die Spritzvorrichtung S in x-Richtung bewegt, wobei während des Einspritzvorgangs die Rückstromsperre 19 ein Zurückströmen der Schmelze in die Schnecke 18 verhindert.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform des Spritzaggregats 10 dargestellt. Die Veränderungen beziehen sich im Wesentlichen nur auf das zwischen dem Kolben 20 und der Schnecke 18 angeordnete Distanzelement, welches in diesem Fall ebenfalls in Form einer verjüngten, jedoch von der Rückstromsperre 19 hin zum Kolben 21 leicht konisch zusammenlaufenden Welle 35 gebildet wird. Diese Welle 35 weist eine mittige Durchgangsbohrung 36 auf, die im Bereich der Rückstromsperre 19 beginnt und am kolbenseitigen Ende der Welle 35 in einer ringförmigen Einschnürung 37 der Welle 35 endet, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung 36 und einem ringraumartigen Strömungskanal 38 herstellt.

Darüber hinaus ist in geringem Abstand vom Bewegungsbereich des Kolbens 21 im Gehäusebauteil 13 ein den Strömungsquerschnitt des ringraumartigen Strömungskanals 32 verringernder Blendenring 39 angeordnet. Zwischen diesem Blendenring 39 und einer Oberfläche der Welle 35 ergibt sich bei Bewegung der Spritzvorrichtung S bei gefülltem Sammelraum 31 (Endstellung in y-Richtung, s. Fig. 6) ein maximaler Spalt s_max und nach der Entleerung des Sammelraums 31 (Endstellung in x-Richtung, s. Fig. A) ein minimaler Spalt s_min.

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Diese spezielle Anordnung verhindert in jeder Stellung der Spritzvorrichtung S Strömungstoträume dadurch, dass mit zunehmender Bewegung der Spritzvorrichtung S in x-Richtung der Strömungswiderstand des ringraumartigen Strömungskanals 32 aufgrund der kontinuierlichen Verringerung des Spaltes s sich vergrößert, so dass der an sich längere Strömungsweg durch die Durchgangsbohrung 36, die ringförmige Einschnürung 37 sowie der Rückweg (in y-Richtung) durch den ringraumartigen Strömungskanal 32 hin zum Strömungskanal 30 immer noch einen ähnlichen Strömungswiderstand aufweist wie der vorgenannte kürzere Strömungsweg. Hierdurch wird erreicht, dass tatsächlich die Schmelze, die zuerst die Rückstromsperre 19 verlässt, auch als erstes den Strömungskanal 30 passiert und letztlich den Sammelraum 31 erreicht, so dass sie auch als erstes durch die Düsenbohrung in die Spritzgießform eingepresst wird (First in -first out-Prinzip).

Die einzelnen Stellungen dieses vorherbeschriebenen Spritzaggregats 10 sind in den Fig. 4 bis 6 dargestellt.

Letztlich ist in den Fig. 7 bis 9 eine weitere Ausführungsform eines Spritzaggregats 10 dargestellt, bei der zwischen dem eine Düsenbohrung 33 aufweisenden Bauteil 16 und dem Bauteil 15 des Gehäuses ein Zwischenbauteil

40 angeordnet ist, mit dem eine wesentliche Verlängerung des Sammelraumes 31 in x-Richtung erfolgt.

Darüber hinaus ist der Kolben 21 mit einem wellenartigen Ausstoßelement

41 versehen, welches einen geringeren Durchmesser als der Kolben 21 aufweist und so ein Ringraum 42 als Strömungsquerschnitt für die Schmelze verbleibt. Nach dem Ausstoßen der Schmelze aus dem Sammelraum 31 (s. Fig. 7) wird ebenso wie bei den anderen Ausführungsformen die Spritzvorrichtung S wieder in Bewegung gesetzt, so dass eine rotierende Bewegung der Spritzvorrichtung S beginnt. Zugleich wird Schmelze durch die diversen vorgenannten Strömungskanäle 32, 30, 26 und 29 bis in den Ringraum 42 und dann in den

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Sammelraum 31 zwischen Düsenbohrung 33 und einem freien Ende 43 der Welle 41 transportiert. Zugleich wird aufgrund der zunehmenden Ansammlung von Schmelze im Sammelraum 31 wiederum die gesamte Spritzvorrichtung S kontinuierlich nach hinten in y-Richtung bewegt bis dass die in Fig. 9 dargestellte Endstellung in y-Richtung erreicht wird. Auch bei diesem Spritzaggregat 10 mit vorgebautem Zwischenbauteil ist das vorgenannte &ldquor;First in - first out"-Prinzip auf vorteilhafte Weise gewährleistet.

Claims

1. Spritzaggregat einer Spritzgießmaschine mit einer axial wie auch rotierend in einem Gehäuse angetriebenen, als Kolben/ Schnecke ausgebildeten Spritzvorrichtung, die mit einer Rückstromsperre versehen ist, wobei die Spritzvorrichtung während des Transportes des Kunststoffgranulats der Plastifizierung dient und während des Einpressens der Kunststoffschmelze durch eine Düse in eine Spritzgießform als Kolben fungiert, und einer Vorrichtung zum Mischen und Dosieren der Kunststoffschmelze sowie von Zusatzstoffen, wie Farbmittel, Schäummittel, Gleitmittel od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückstromsperre (19) der Schnecke (18) und dem Kolben (21) ein Distanzelement (20, 35) angeordnet ist, dessen Länge wenigstens dem Hub (H) der Spritzvorrichtung (S) entspricht und der wenigstens einen Strömungskanal (32, 38) aufweist, durch den in jeder Stellung eine strömungstechnische Verbindung mit einem radial zunächst nach außen und dann parallel zum Bewegungs- und Führungsbereich des Kolbens (21) bis in einen Bereich zwischen Düse (33) und Kolben (21) sich erstreckenden, weiteren Strömungskanal (30/26/29) sichergestellt ist, und dass der Strömungskanal (26) durch die benachbart zum Bewegungs- und Führungsbereich des Kolbens (21) angeordnete Misch- und Dosiereinrichtung (24) verläuft.

2. Spritzaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Dosiereinrichtung (24) den Kolben (21) zumindest teilweise kreisringförmig umgreift.

3. Spritzaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Dosiereinrichtung (24) bezüglich ihrer Rotationsbewegungen mit der Spritzvorrichtung (S) bewegungsverbunden ist.

4. Spritzaggregat nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Dosiereinrichtung (24) aus Mischelementen (23, 25), die an einem drehbaren, mit dem Kolben (21) rotationsverbundenen Rohr (22) und am Innendurchmesser des Gehäuses (11) angeordnet sind sowie mindestens einer Zusatzstoffeinspeisung (18) gebildet wird.

5. Spritzaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (23, 25) unterschiedliche, gegenüberliegende Oberflächen-Gestaltungen, insbesondere Verzahnungen, aufweisen.

6. Spritzaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement aus einer durchgehend verjüngten Welle (20) gebildet wird und dass der die Welle (20) umgebende kreisringförmige Strömungsquerschnitt (32) vollständig dem Transport der Schmelze von der Schnecke (18) hin zur Misch- und Dosiereinrichtung (24) zur Verfügung steht.

7. Spritzaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Distanzelement aus einer verjüngten Welle (35) gebildet wird, deren Querschnitt sich ausgehend von der Schnecke (18) zum Kolben (21) hin leicht konisch verringert, dass im geringen Abstand vom Bewegungsbereich des Kolbens (21) im Gehäuse (11) ein den kreisringförmigen Querschnitt (38) verringernder Blendenring (39) angeordnet ist und dass die Welle (35) mit wenigstens einer in Axialrichtung verlaufenden Durchgangsbohrung (36) versehen ist, die einen aus der Schnecke (18) herausführenden Strömungskanal mit einer kolbenseitigen, ringförmigen Einschnürung (37) der Welle (35) verbindet, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung (36) und dem kreisringförmigen Strömungsquerschnitt (38) herstellt.

8. Spritzaggregat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bewegungsraum des Kolbens (21) ein zusätzliches, zwischen Düsenbauteil (16) und Gehäusebauteil (15) angeordnetes Zwischenbauteil vorgeordnet wird, welches einen in x-Richtung erweiterten Sammelraum (31) für die Schmelze darstellt und dass der Kalben (21) düsenseitig mit einer verjüngten Welle (41) versehen ist, die dem Ausstoß der Schmelze dient.