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Die Erfindung betrifft ein Strangziehwerkzeug nach Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen im Strangziehverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen ist aus dem Stand der Technik das Strangziehverfahren bekannt. Strangziehverfahren werden auch als Pultrusionsverfahren bezeichnet. Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise beim Strangziehen von faserverstärkten Bauteilen ergibt sich aus 1. So zeigt 1, dass in einem ersten Schritt 10 eines Strangziehverfahrens auf Spulen 11 bereitgehaltene Fasern 12, z. B. Glas- oder Kohlestofffasern, von den Spulen 11 abgezogen und in einem nachfolgenden Schritt 13 mit einem Imprägnierwerkstoff 14, z. B. Harz, imprägniert werden. Auf diese Art und Weise imprägnierte Fasern 15 werden in einem nachfolgenden Schritt 16 mit einem Vorformwerkzeug 17 vorausgerichtet und so dann in einem nachfolgenden Schritt 18 mithilfe eines Strangziehwerkzeugs 19 endgeformt, nämlich unter Aushärten des Imprägnierwerkstoffs. Hierzu ist das Strangziehwerkzeug 19 als beheiztes Strangziehwerkzeug 19 ausgeführt, welches gemäß 1 zwei Zonen aufweist, nämlich eine erste Zone, in welcher eine Temperatur T1 herrscht, und eine zweite Zone, in welcher eine Temperatur T2 herrscht. In der ersten Zone, in welcher die Temperatur T1 herrscht, werden die imprägnierten und vorausgerichteten Fasern endgeformt und in der zweiten Zone, in welcher die Temperatur T2 herrscht, wird dann der Imprägnierwerkstoff der endgeformten Fasern ausgehärtet. Ein so hergestelltes Profil 21 wird gemäß dem Schritt 20 mithilfe einer Zugeinrichtung 22 durch die Bearbeitungsstationen der vorhergehenden Verfahrensschritte 10, 13, 16 und 18 gezogen und einem Schneidwerkzeug 23 zugeführt, um in einem nachfolgenden Schritt 24 vom stranggezogenen Profil 21 durch Schneiden Segmente 25 abzutrennen.
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Das Strangziehwerkzeug 19, welches dem Endformen der vorgeformten Fasern und der Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs dient, verfügt zumindest über eine Außenform, die eine Außenkontur eines strangzuziehendes Profils bestimmt, und dann, wenn ein Hohlprofil durch Strangziehen hergestellt werden soll, zusätzlich über eine Kernform, die dann eine Innenkontur des strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Strangziehverfahren kann ein Profil bzw. Hohlprofil gefertigt werden, welches entweder über die gesamte Länge des jeweiligen Profils bzw. in Strangziehrichtung ungekrümmt oder über die gesamte Länge des jeweiligen Profils bzw. in Strangziehrichtung gleichförmig gekrümmt ist. Bislang ist es nicht möglich, über die Länge der Profile und demnach in Strangziehrichtung derselben unterschiedlich gekrümmte bzw. partiell gekrümmte Profile herzustellen.
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Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Strangziehwerkzeug zu schaffen. Des Weiteren liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Strangziehverfahren zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Strangziehwerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei sich gegenüberliegende Seitenwände der Außenform derart verstellbar, dass ein in zumindest einer Ebene unterschiedlich und/oder partiell gekrümmtes Profil durch Strangziehen herstellbar ist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Strangziehwerkzeugs ist es möglich, in Strangziehrichtung eines Profils gesehen unterschiedlich und/oder partiell gekrümmte Profile durch Strangziehen herzustellen. Dies ist mit aus dem Stand der Technik bekannten Strangziehwerkzeugen sowie Strangziehverfahren bislang nicht möglich, sodass demnach die Erfindung die Möglichkeit bietet, völlig neuartig konturierte Profile durch Strangziehen herzustellen.
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Vorzugsweise weisen mindestens zwei sich gegenüberliegende Seitenwände der Außenform jeweils eine Anzahl N Segmente auf, wobei das 1-te Segment jeder Seitenwand in Zugrichtung des Profils gesehen jeweils das hinterste bzw. erste Segment und das N-te Segment in Zugrichtung des Profils gesehen jeweils das vorderste bzw. letzte Segment ist, und wobei die Segmente zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ti und ti + 1, zwischen denen die sich gegenüberliegenden Seitenwände der Außenform ihre Konturierung jeweils einmal ändern, derart verstellbar sind, dass zum späteren dieser aufeinanderfolgenden Zeitpunkte, nämlich zum Zeitpunkt ti + 1, das (n + 1)-te Segment jeder der beiden sich gegenüberliegenden Seitenwände die Kontur des n-ten Segments zum früheren dieser aufeinanderfolgenden Zeitpunkte, nämlich zum Zeitpunkt ti, der jeweiligen Seitenwand aufweist, wobei n zwischen 1 und N – 1 beträgt, sodass die Kontur des stangzuziehenden Profils in Zugrichtung des Profils durch die Außenform durchläuft.
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Die oben beschriebene Vorgehensweise, in welcher die Kontur des strangzuziehenden Profils in Zugrichtung desselben gesehen durch die Außenform des Strangziehwerkzeugs durchläuft, erlaubt eine besonders vorteilhafte Fertigung von in Strangziehrichtung unterschiedlich und/oder partiell gekrümmter Profile.
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Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Segmente der jeweiligen Seitenwände ortsfest ausgeführt, wobei jedem Segment eine Verstelleinrichtung zugeordnet ist, mit Hilfe derer die Kontur der Segmente und damit der sich gegenüberliegenden Seitenwände verstellbar ist. Wenn die Segmente der jeweiligen Seitenwände ortsfest ausgeführt sind und jedem Segment eine Verstelleinrichtung zugeordnet ist, mithilfe derer die Kontur der Segmente und damit die Kontur der gegenüberliegenden Seitenwände verstellt werden kann, ist eine vollautomatisierte Prozessführung für ein Strangziehverfahren möglich. Verstelleinrichtungen zur Verstellung der segmentierten Seitenwände können vollautomatisch angesteuert werden.
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Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kontur der Segmente der jeweiligen Seitenwände unveränderlich, wobei die Segmente mit Hilfe einer Transporteinrichtung in Zugrichtung des Profils verlagerbar sind und damit die Kontur der sich gegenüberliegenden Seitewände verstellbar ist. Dann, wenn die Segmente der Seitenwände in ihrer Kontur unveränderlich sind und die Segmente mithilfe einer Transporteinrichtung in Zugrichtung des Profils verlagerbar sind, kann auf für jedes Segment individuelle Verstelleinrichtungen verzichtet werden, wodurch dann ein einfacherer Aufbau eines Strangziehwerkzeugs bereitgestellt werden kann.
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Vorzugsweise ist in der die Außenkontur des stangzuziehenden Profils definierenden Außenform bei Herstellung eines Hohlprofils eine die Innenkontur des Hohlprofis definierende Kernform positioniert, welche in ihrer Kontur analog bzw. gleichförmig zur Außenform verstellbar ist. Wenn das erfindungsgemäße Strangwerkzeug neben der Außenform auch die Kernform umfasst, welche analog zur Außenform verstellbar ist, können in Strangziehrichtung gesehen unterschiedlich und/oder partiell gekrümmte Hohlprofile durch Strangziehen hergestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Bauteilen im Strangziehverfahren ist in Anspruch 10 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1: die aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehensweise zum Herstellen von faserverstärkten Bauteilen im Strangziehverfahren;
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2: eine schematisierte Seitenansicht einer Außenform eines beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise verwendeten, erfindungsgemäßen Strangziehwerkzeugs nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3: eine schematisierte Draufsicht auf die Außenform des Strangziehwerkzeugs der 2;
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4: die Außenform der 2, 3 zusammen mit einer Kernform in einer Ansicht anlog zu 3; und
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5: eine schematisierte Draufsicht einer Außenform eines Strangziehwerkzeugs nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Erfindung betrifft das Herstellen von faserverstärkten Bauteilen mithilfe eines Strangziehverfahrens, welches auch als Pultrusionsverfahren bezeichnet wird, und dessen prinzipieller Ablauf, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurde, aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein spezielles Strangziehverfahren und Strangziehwerkzeug, welches beim Strangziehen dem Endformen von vorausgerichteten, mit einem Imprägnierwerkstoff imprägnierten Fasern unter Aushärten des Imprägnierwerkstoffs dient, nämlich um in Strangziehrichtung bzw. Zugrichtung des herzustellenden Profils gesehen unterschiedlich und/oder partiell gekrümmte Profile herzustellen.
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Ein Strangziehwerkzeug, welches im Schritt 18 des prinzipiellen Ablaufs der 1 zum Endformen von vorausgerichteten Fasern unter Aushärtung des Imprägnierwerkstoffs derselben zum Einsatz kommt, verfügt zumindest über eine Außenform 26, welche die Außenkontur eines herzustellenden Profils bestimmt.
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So verfügt im Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 die Außenform 26 über vier Seitenwände 27, 28, 29 und 30, wobei mindestens zwei der sich gegenüberliegenden Seitenwände, nämlich im Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 die sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28, der Außenform 26 derart verstellbar sind, dass in Strangziehrichtung eines herzustellenden Profils gesehen ein in einer Ebene unterschiedlich und/oder partiell gekrümmtes Profil durch Strangziehen hergestellt werden kann. So sind, wie bereits erwähnt, die beiden sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 verstellbar.
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Dann, wenn im Unterschied zum gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich die sich gegenüberliegenden Seitenwände 29 und 30 verstellbar sind, kann ein in zwei Ebenen unterschiedlich und/oder partiell gekrümmtes Profil durch Strangziehen hergestellt werden.
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Die verstellbaren, sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 sind jeweils segmentiert, wobei jede dieser Seitenwände 27, 28 jeweils eine Anzahl N Segmente aufweist.
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Das erste Segment jeder dieser Seitenwände 27 und 28 ist in Zugrichtung des strangzuziehenden Profils gesehen jeweils das hinterste bzw. erste Segment und das N-te Segment jedes dieser beiden Seitenwände 27 und 28 ist in Zugrichtung des strangzuziehenden Profils gesehen jeweils das vorderste bzw. letzte Segment.
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Die Segmente 1 bis N der verstellbaren, sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 der Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19 sind derart verstellbar, dass die Kontur des strangzuziehenden Profils in Zugrichtung desselben gesehen durch die Außenform 26 durchläuft.
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In aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, zwischen denen die sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 ihre Konturierung jeweils einmal ändern, sind die Segmente der Seitenwände 27 und 28 derart verstellbar, dass zum späteren dieser aufeinanderfolgenden Zeitpunkte das (n + 1)-te Segment jeder der sich beiden gegenüberliegenden, verstellbaren Seitenwände 27 und 28 die Kontur des n-ten Segments zum früheren dieser aufeinanderfolgenden Zeitpunkte der jeweiligen Seitenwand 27 und 28 aufweist, wobei n zwischen 1 und N – 1 beträgt.
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Wird exemplarisch davon ausgegangen, dass zu den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t1, t2 und t3 die Seitenwände 27 und 28 ihre Kontur ändern, also zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 sowie zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Seitenwände 27 und 28 ihre Konturierung jeweils einmal ändern, so verfügt zum Zeitpunkt t2 das Segment n jeder der Seitenwände 27 und 28 die Konturierung, die zum Zeitpunkt t1 das Segment n – 1 aufweiste. Zum Zeitpunkt t3 nimmt dann das Segment n + 1 die Kontur des Segments n ein, die dasselbe zum Zeitpunkt t2 ausweist.
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Auf diese Art und Weise kann gewährleistet werden, dass in Zugrichtung des strangzuziehenden Profils gesehen die gewünschte Kontur desselben durch die Außenform 26 der Strangziehwerkzeugs 19 durchläuft.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 wird dieses Durchlaufen der Kontur des strangzuziehenden Profils durch die Außenform 19 dadurch gewährleistet, dass die Segmente 1 bis N jeder der verstellbaren Seitenwände 27 und 28 ortsfest aufgeführt sind, wobei jedem Segment 1 bis N jeder dieser Seitenwände 27 und 28 jeweils eine Verstelleinrichtung 31 zugeordnet ist, mithilfe derer die Konturierung der ortsfesten Segmente der Seitenwände 27 und 28 verstellt bzw. verändert werden kann.
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Dabei sind, wie 3 entnommen werden kann, die Segmente 1 bis N der verstellbaren Seitenwände 27 und 28 an einer Innenkontur, welche die Außenkontur des strangzuziehenden Profils bestimmt, mit einem Dichtungsmaterial 32 abgedichtet bzw. ausgekleidet, um die Qualität der strangzuziehenden Profile zu steigern. Die einzelnen Segmente können aus einer Metallplatte oder Kunststoffplatte gefertigt sein. Als Dichtungsmaterial zur Auskleidung der Segmente 1 bis N der verstellbaren Seitenwände 27 und 28 kann zum Beispiel Silikon oder Teflon verwendet werden.
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Dann, wenn wie im Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 gezeigt, die Segmente 1 bis N der verstellbaren Seitenwände 27 und 28 ortsfest ausgeführt sind und dieselben mithilfe der Verstelleinrichtungen 31 in ihrer Konturierung angepasst werden, werden die Verstelleinrichtungen 31 dabei in Zuggeschwindigkeit des strangzuziehenden Profils 21 bzw. in Abzuggeschwindigkeit der Fasern 12 vollautomatisch angesteuert.
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Bei den Verstelleinrichtungen 31 kann es sich zum Beispiel um Stellmotoren, Piezoelemente, Pneumatikzylinder oder Hydraulikzylinder handeln. Die Wahl einer geeigneten Verstelleinrichtung 31 zur Verstellung der ortsfesten, in ihrer Kontur verstellbaren Segmente 1 bis N der sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 obliegt dem hier angesprochenen Fachmann.
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4 zeigt die Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19 der 2 und 3 zusammen mit einer in der Außenform 26 positionierten Kernform 33, die zur Herstellung eines Hohlprofils die Innenkontur des strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt. Dabei ist die Kernform 33 analog zur Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19 verstellbar.
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Die Kernform 33, die bei Herstellung eines Hohlprofils die Innenkontur des strangzuziehenden Hohlprofils bestimmt, verfügt vorzugsweise über eine Hülle 34, die mit einem Medium 35, vorzugsweise einem flüssigen oder gasförmigen Medium wie z. B. Öl, Wasser oder Luft, gefüllt ist.
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Wenn die Hülle 34 mit einem inkompressiblen Medium 35 gefüllt ist, ist bei Verstellung der Außenform 26, nämlich der sich gegenüberliegenden, verstellbaren Seitenwände 27 und 28 derselben, die Kernform 33 automatisch passiv verstellbar. Dann hingegen, wenn die Hülle 34 mit einem kompressiblen Medium 35 gefüllt ist, ist die Kernform 33 bei Verstellung der sich gegenüberliegenden, verstellbaren Seitenwände 27 und 28 der Außenform 26 auch automatisch passiv verstellbar, zum Kompressibilitätsausgleich des kompressiblen Mediums 35 muss jedoch zusätzlich die Kernform 33 auch aktiv verstellt werden, nämlich zum Beispiel dadurch, dass gemäß 4 entgegen zur Zugrichtung des strangzuziehenden Profils über Verstelleinrichtungen 36 an der Kernform 33 gezogen wird. Im Unterschied ist es zum Kompressibilitätsausgleich auch möglich, bei Verstellung der sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 der Außenform 26 die Kernform 33 mehr oder weniger stark mit dem kompressiblen Medium 35 zu befüllen.
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Eine alternative Außenform 26 eines Strangziehwerkzeugs 19 zeigt 5, wobei auch im Ausführungsbeispiel der 5 die Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19 zwei sich gegenüberliegende, verstellbare und segmentierte Seitenwände 27 und 28 aufweist. Jeder der beiden verstellbaren, sich gegenüberliegenden, segmentierten Seitenwände 27 und 28 verfügt dabei wiederum über eine Anzahl N Segmente.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 sind die Segmente der Seitenwände 27 und 28 des Ausführungsbeispiels der 5 nicht ortsfest ausgeführt, sondern vielmehr mithilfe jeweils einer Transporteinrichtung 37, welche die jeweiligen Segmente 1 bis N in Zugrichtung des strangzuziehenden Profils durch die Außenform 26 transportiert, verlagerbar. Die verlagerbaren Segmente 1 bis N der verstellbaren, sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 sind dabei in ihrer Kontur unveränderlich. Die Transporteinrichtungen 37 transportieren die einzelnen Segmente 1 bis N der Seitenwände 27 und 28 wiederum in Zuggeschwindigkeit der Fasern bzw. in Zuggeschwindigkeit des Strangziehprozesses durch die Außenform 26 des Strangziehwerkzeugs 19, wodurch es ebenfalls möglich ist wie im Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 die Kontur des strangzuziehendes Profils durch die Außenform des Strangziehwerkzeugs zu bewegen. Dabei sind in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, zwischen denen die sich gegenüberliegenden Seitenwände 27 und 28 ihre Konturierung jeweils einmal ändern, die Segmente der Seitenwände 27 und 28 wiederum derart verstellbar, dass zum späteren dieser aufeinanderfolgenden Zeitpunkte das (n + 1)-te Segment jeder der sich beiden gegenüberliegenden, verstellbaren Seitenwände 27 und 28 die Kontur des n-ten Segments zum früheren dieser aufeinanderfolgenden Zeitpunkte der jeweiligen Seitenwand 27 und 28 aufweist.
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Die einzelnen, in ihrer Kontur unveränderlichen Segmente 1 bis N des Strangziehwerkzeugs der 5 können an den jeweiligen Transporteinrichtungen 37 fest befestigt sein, oder alternativ am Anfang der Strangziehform zugeführt und am Ende derselben von der Strangziehform entfernt werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 5 kann zusätzlich zur Außenform 26 eine Kernform verwendet werden, um Hohlprofile herzustellen.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung ist es möglich, in Strangziehrichtung unterschiedlich und/oder partiell gekrümmte Profile, insbesondere Hohlprofile, herzustellen. Dies erlaubt die Herstellung beliebig konturierter Profile mithilfe eines Strangziehverfahrens.
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Die Strangziehwerkzeuge sind beheizt und verfügen vorzugsweise über Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen. Dabei können Außenform und/oder Kernform beheizt sein.
