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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Formhaut aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Rotationswerkzeug, wobei das Verfahren das Einbringen von thermoplastischem Kunststoff als Granulat und/oder Pulver in eine Hohlform in Form einer Schüttung, das Erwärmen der Hohlform und die Rotation der Hohlform umfasst und wobei die Prozesswärmebeaufschlagung der Hohlform zwecks Plastifizierung des Kunststoffs vor und/oder während der Schüttung des Kunststoffs in die Hohlform erfolgt und wobei wenigstens eine partielle Aufdickung der Formhaut bei der Ausformung erfolgt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Ein Verfahren zur Erzeugung eines Formteils durch sogenanntes Slush Molding bzw. als sogenannte Slush-Haut mit partiellen Aufdickungen der Haut ist, wie vorstehend bereits erwähnt, beispielsweise aus der
DE 199 53 840 A1 bekannt. Insbesondere Formteile bzw. Formhäute zur Verwendung als Innenauskleidungsteile in Kfz werden üblicherweise im sogenannten Slush-Molding-Verfahren hergestellt. Dabei wird pulverförmiges thermoplastisches Material in eine beheizte Hohlform eines Rotationswerkzeugs eingebracht, und zwar üblicherweise mittels eines auf die Hohlform aufgesetzten Pulverkastens. Das pulverförmige Schüttgut wird durch eine Drehbewegung um eine vorgegebene Drehachse aus dem Pulverkasten in die an dem Pulverkasten festgelegte Hohlform geschüttet. Dabei wird das in der Regel im Überschuss in die Hohlform eingebrachte Pulver an der Formwandung der mit Prozesswärme beaufschlagten Hohlform plastifiziert. Die Haut bildet an der Grenzfläche zur Hohlform eine lederartige geschlossene Oberfläche aus. Anschließend wird die Hohlform vom Pulverkasten gelöst, die so fertiggestellte Formhaut kann zwecks Trimmen und Weiterverarbeiten aus der Hohlform entnommen werden. Bei einigen Verfahren ist vorgesehen, die Formhaut noch mit einem schäumfähigen Kunststoff zu hinterschäumen, beispielsweise wenn diese als Abdeckhaut für ein Instrumentenpaneel eines Kfz vorgesehen ist.
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In der Regel wird bei der Herstellung der Formhaut im Slush-Molding-Verfahren die Schichtdicke durch die Verweilzeit des Materials in der Hohlform und durch die über die Hohlform eingebrachte Temperatur sowie über die Verteilung der Schüttung über die Oberfläche der Hohlform bestimmt. Die Schichtdicke wird mehr oder weniger gleichmäßig sein, diese ist allerdings nicht „kalibriert” wie bei der Herstellung in einem Spritzgießwerkzeug.
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Soll die Formhaut beispielsweise als Verkleidungsteil für Kfz vorgesehen sein, hinter welchem Airbags angeordnet werden, ist das Formteil auf dessen der Sichtseite abgewandten Seite mit Sollbruchstellen bzw. Sollbruchlinien zu versehen, die ein Aufbrechen und Austreten des Airbags aus dem Verkleidungsteil in der Einbaulage ermöglichen. Das Aufblasen des Airbags soll das Aufsprengen des Verkleidungsteils an der entsprechenden Stelle bewirken. Aus verschiedenen in der
DE 199 53 840 genannten Gründen ist es beispielsweise im Bereich von in der Formhaut vorzusehenden Sollbruchlinien wünschenswert, Dickstellen im Material vorzusehen. Dies ist u. a. auch deshalb wichtig, weil im Bereich der vorzusehenden Sollbruchlinien ein bestimmtes Verhältnis der geschwächten zur ungeschwächten Wandstärke eingehalten werden muss, ohne dass dies zu Lasten der verbleibenden Restwandstärke geht.
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Das Herstellen von Dickstellen bzw. Aufdickungen ist verfahrensbedingt verhältnismäßig schwierig.
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In der
DE 199 53 840 A1 wird hierzu vorgeschlagen, auf die Oberfläche des heißen Formteils zusätzlich Kunststoff aufzubringen und damit das Formteil gezielt zu verdicken, wobei der Kunststoff so ausgewählt wird, dass er anschmilzt und eine innige Verbindung mit dem Formteil eingeht.
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Bei einer so hergestellten Aufdickung ist es einerseits wichtig, zur Aufdickung einen Kunststoff zu wählen, der im Sinne einer Verschmelzung oder Verschweißung mit der Formhaut kompatibel ist, andererseits ist es wichtig, dass das Formteil bei der Herstellung der Aufdickung noch eine so hohe Temperatur aufweist, dass das Schmelzen des aufgebrachten Kunststoffs eintreten kann.
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Diese Vorgehensweise ist sowohl von der Wahl des Zeitpunkts des Einbringens der Aufdickung als auch apparativ verhältnismäßig aufwendig. Gegebenenfalls ist eine Verlängerung der Heizperiode der Formvorrichtung erforderlich, um sicherzustellen, dass eine spätere Ablösung der aufgebrachten Schicht nicht eintreten kann. Das Verfahren ist auch hinsichtlich der Prozesssicherheit/Qualitätskontrolle schwierig.
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Es ist aus der
DE 10 2004 059 459 A1 beispielsweise bekannt, bei einem Formkörper, der durch Slush Molding hergestellt wird, partielle Aufdickungen dadurch zu erzielen, dass in einigen Bereichen der Hohlform eine gegenüber anderen Bereichen höhere oder geringere Zufuhr von Heizenergie erreicht wird. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, das bei einer über ein Wärmetauschermedium beheizten Hohlform auf deren der Abformseite abgekehrten Seite Heizrohre mit unterschiedlichen Durchmessern und mit unterschiedlichem Abstand zueinander vorgesehen werden. Auf diese Art und Weise kann partiell eine größere Materialmenge plastifiziert werden. Für das in der DE 10 2004 059 459 A1 beschriebene Werkzeug, welches mit einem flüssigen Wärmeträgermedium beheizt wird, stellt diese Variante des Verfahrens eine Möglichkeit zur Herstellung von Aufdickungen dar, diese ist allerdings sehr begrenzt auf andere Heizverfahren und beispielsweise nicht auf das ebenfalls bekannte Luftaufheizverfahren übertragbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem in verhältnismäßig einfacher Art und Weise mit verhältnismäßig einfachen apparativen Aufwand Aufdickungen in der Formhaut gezielt herstellbar sind.
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Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Formhaut aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Rotationswerkzeug, wobei das Verfahren das Einbringen von thermoplastischem Kunststoff als Granulat und/oder Pulver in eine Hohlform in Form einer Schüttung, das Erwärmen der Hohlform und die Rotation der Hohlform umfasst und wobei die Prozesswärmebeaufschlagung der Hohlform zwecks Plastifizierung des Kunststoffs vor und/oder während der Schüttung des Kunststoffs in die Hohlform erfolgt, wobei wenigstens eine partielle Aufdickung der Formhaut bei der Ausformung erfolgt, wobei sich das Verfahren insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Aufdickung durch gezielte Akkumulation der in die Hohlform eingebrachten Schüttung in begrenzten definierten Bereichen der Hohlform erfolgt.
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Diese Variante der Verfahrensweise hat u. a. den Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, beim Aufheizen der Hohlform ein bestimmtes Temperaturprofil zu erzeugen.
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Je nach Stärke der herzustellenden Aufdickungen kann es unter Umständen erforderlich sein, die Heizperiode der Formvorrichtung geringfügig zu verlängern.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist eine Akkumulation des Materials in den zur Aufdickung vorgesehenen Bereichen durch Druckbeaufschlagung der Schüttung in den aufzudickenden Bereichen vorgesehen.
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Eine solche Druckbeaufschlagung kann beispielsweise in vorteilhafter Art und Weise durch Vergrößerung der Schüttungshöhe der Schüttung in den aufzudickenden Bereichen erzielt werden. Durch das höhere Materialangebot und den zusätzlichen Druckanstieg durch das Eigengewicht des Pulvers wird die zu fertigende Haut partiell aufgedickt.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Druckbeaufschlagung mechanisch erfolgt. Dies kann beispielsweise mittels wenigstens eines die Schüttung des Kunststoffs partiell verdichtenden Stempels erfolgen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotation des Rotationswerkzeugs wenigstens einmal zwecks Halten der Schüttung über einen definierten Zeitraum in einer bestimmten Lage unterbrochen wird. Bei der Rotation können ein oder mehrere Stoppunkte oder Haltepunkte vorgesehen sein, in denen ggf. auch zusätzliche Energie z. B. über Infrarotheizstrahler oder dergleichen in das Werkzeug bzw. in die Pulverform eingebracht werden kann.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, umfassend wenigstens ein Rotationswerkzeug mit wenigstens einer Hohlform, Mittel zur Erzeugung einer Schüttung aus granuliertem und/oder pulverförmigen thermoplastischem Kunststoff sowie Mittel zur Einbringen von Prozesswärme in die Hohlform, wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass Mittel zur bereichsweise Akkumulation der Schüttung vorgesehen sind. Zur Akkumulation der Schüttung kann beispielsweise wenigstens ein trichterförmiges Pulverführungselement vorgesehen sein, welches sich in die Kavität der Hohlform erstreckt. Diese trichterförmige Pulverführungselement verjüngt sich zweckmäßigerweise in Richtung auf die Formwandung der Hohlform und öffnet sich in Richtung auf den auf dem Werkzeug vorzusehenden Pulverkasten. Durch diese Gestaltung im Bereich der herzustellenden Aufdickungen wird bei Rotation des Werkzeugs eine größere Pulvermenge in den aufzudickenden Bereichen konzentriert.
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Alternativ oder zusätzlich können Mittel zur bereichsweise mechanischen Verdichtung der Schüttung vorgesehen sein.
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Bei einer besonders bevorzugten Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist als Mittel zur mechanischen Verdichtung der Schüttung wenigstens ein Stempel vorgesehen, welcher bei Betätigung die Schüttung gegen eine Formwand der Hohlform verdichtet. Eine Betätigung des Stempels oder ggf. mehrerer vorzusehender Stempel erfolgt vorzugsweise dann, wenn bei Drehung des Werkzeuges mit aufgesetztem Pulverkasten der Pulverkasten bezogen auf die Gewichtskraftrichtung oben angeordnet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass ausreichend Pulver zwischen Stempel und Werkzeug bzw. zwischen Stempel und Hohlform vorhanden ist.
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Die zuvor erwähnten Unterbrechungen des Rotationsprozesses werden vorzugsweise auf die Betätigung der Stempel oder des Stempels abgestimmt. Beispielsweise kann ein erstes Halten bzw. Unterbrechen des Rotationsprozesses in der Lage erfolgen, in welcher der oder die Stempel zu betätigen sind.
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Der Stempel komprimiert das Pulver und drückt es gegen die Formwandung der Hohlform an. Dadurch wird die Erwärmung des Pulvers im aufzudickenden Bereich lokal begünstigt und es werden größere Wandstärken erzielt.
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Je nach Anzahl der Kavitäten im Werkzeug und je nach Konfiguration der herzustellenden Formhaut kann es erforderlich sein, mehrere Stempel vorzusehen, die nach Bedarf aktiviert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stempel ein trichterförmiges Pulverführungselement durchsetzt. Auf diese Art und Weise werden die Effekte des Akkumulierens und Verdichtens von Pulver vorteilhaft miteinander kombiniert.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen:
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1 bis 3 eine schematische Darstellung des Rotationswerkzeugs gemäß der Erfindung nach einer ersten Verfahrensvariante und
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4 bis 12 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines Rotationswerkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in mehreren Verfahrensphasen nach einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Es wird zunächst Bezug genommen auf die 1 bis 3. Das mit 1 bezeichnete Rotationswerkzeug umfasst eine in diesem angeordnete Hohlform 2, beispielsweise in Form eines sogenannten Galvanos oder einer Nickelschale sowie Mittel zur Prozesswärmebeaufschlagung der Hohlform 2, die hier der Einfachheit halber nicht beschrieben sind.
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Mit 3 ist ein auf das Rotationswerkzeug 1 aufzusetzender Pulverkasten bezeichnet, der ein Pulver 4 aus thermoplastischem Kunststoff beinhaltet. In dem Pulverkasten können in bekannter Art und Weise Mittel zur Zuführung eines oder mehrerer verschiedener Pulver 4 in die Hohlform 2 vorgesehen sein.
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Mit 5 ist ein Zuführtrichter bezeichnet, der gemäß der Erfindung in dem Rotationswerkzeug 1 derart angeordnet ist, dass er in die von der Hohlform 2 definierte Kavität hineinragt, jedoch mit Abstand zu der Formwandung 6 der Hohlform 2 in diese mündet.
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Das Rotationswerkzeug 1 ist mit dem angesetzten Pulverkasten 3 um eine sich in die Zeichnungsebene hineinerstreckende Rotationsachse drehbar. Die Drehbewegung des Rotationswerkzeugs 1 um die Rotationsachse ist mit den in den Figuren eingezeichneten Pfeilen angedeutet, wobei die 1 bis 3 jeweils verschiedene Winkelstellungen der Drehbewegung darstellen.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist vorgesehen, das Pulver 4 bei der Schüttung in die Hohlform 2 bereichsweise zu akkumulieren, und zwar mittels des Zuführtrichters 5, der sich in Richtung auf die Hohlform 2 bzw. auf deren Formwandung 6 verjüngt und der, wie nachstehend noch beschrieben wird, bewirkt, dass im Bereich der Mündung des Zuführtrichters 5 in der Hohlform 2 eine größere Schütthöhe als in anderen Bereichen der Hohlform 2 erzielt wird.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zunächst die Hohlform 2, beispielsweise mittels einer Infrarotheizeinrichtung, aufgeheizt. Alternativ kann die Hohlform 2 durch das bekannte Thermalölverfahren oder auch durch ein Luftaufheizverfahren erwärmt werden. Dabei kann sich das Rotationswerkzeug 1 beispielsweise in der 1 gezeigten Lage befinden. Sodann wird der Pulverkasten 3 mit in diesem befindlichem Pulver 4 an das Rotationswerkzeug angesetzt. Dieser kann beispielsweise einen Verschlussmechanismus und weitere Zuführmittel umfassen, die die Pulverladung bei Einleitung einer Rotationsbewegung freigeben. In einem nächsten Schritt wird das Rotationswerkzeug 1 mit angesetztem Pulverkasten 3 um die Rotationsachse um 360° gedreht, wie dies andeutungsweise durch die Abfolge der 1 bis 3 dargestellt ist. Bei der in 2 dargestellten Stellung des Rotationswerkzeugs 1 gelangt zunächst Pulver 4 in den Zuführtrichter. Bei einer weiteren Drehung in die in 3 dargestellte Überkopfposition des Pulverkastens 3 (180°-Position) wird das Pulver 4 durch den Zuführtrichter 5 über weite Teile der Formwandung 6 verteilt, wobei sich aufgrund der temperierten Formwandung an dieser eine lederartige geschlossene Haut ausbildet.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Pulver 4 ausschließlich durch den Zuführtrichter in die Hohlform 2 gelangt, ebenso kann der Zuführtrichter 5 nur einen Teil der Pulverschüttung aufnehmen, wohingegen ein weiterer Teil der Pulverschüttung außerhalb des Zuführtrichters 5 ungerichtet in die Hohlform 2 gelangt.
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Wie bereits erwähnt, können mehrere Zuführtrichter 5 innerhalb des Rotationswerkzeugs 1 angeordnet sein, um gezielt mehrere Dickstellen in der herzustellenden Formhaut zu erzeugen.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist eine Unterbrechung der Rotationsbewegung in der in 3 dargestellten 180°-Stellung des Rotationswerkzeugs 1 vorgesehen, um die Ausbildung einer Dickstelle oder Aufdickung im Bereich der Mündung des Zuführtrichters 5 in der Hohlform 2 zu ermöglichen. Durch das höhere Materialangebot und den zusätzlichen Druckanstieg durch das Gewicht des Pulvers wird die zu fertigende Formhaut im Bereich der Mündung des Zuführtrichters 5 partiell aufgedickt.
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Die 4 bis 12 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Gleiche Bauteile sind dort mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die 4 bis 12 veranschaulichen verschiedene Winkelstellungen des Rotationswerkzeugs gemäß der Erfindung, welches an Stelle eines oder mehrerer Zuführtrichter 5 mit Stempeln 7 versehen ist. Die Stempel 7 sind innerhalb des Pulverkastens angeordnet und in die Kavität der Hohlform 2 ein- und ausfahrbar ausgebildet. Diese sind gezielt auf die aufzudickenden Bereiche in der Hohlform 2 ausgerichtet. Der Einfachheit halber ist in den 4 bis 12 das Rotationswerkzeug nur unvollständig dargestellt, hier ist lediglich die Hohlform 2 eingezeichnet.
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4 zeigt die Hohlform 2 in der Ausgangslage (Überkopfposition) vor dem Beginn der Rotation.
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5 veranschaulicht den Beginn der Rotation, bei welchem sich das gesamte Rotationswerkzeug im Uhrzeigersinn bereits um etwa 60° um die in der Zeichnungsebene hineinragende Achse gedreht hat. Die Haltepunkte der Drehbewegung sind u. a. in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie bzw. von der Gestaltung der Kavität der Hohlform 2 zu wählen. Die hier erwähnten Winkelangaben und Haltepositionen werden daher hier lediglich beispielsweise genannt.
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Wie dies in den 6 und 7 veranschaulicht ist, wird während der Rotation in etwa in der 110°-Position des Rotationswerkzeugs der erste Stempel von dem Pulverkasten 3 in Richtung der Hohlform 2 ausgefahren, und zwar so, dass sich zwischen dem Stempel 7 und der Formwandung 6 der Hohlform 2 ansammelndes Material verdichtet und gehalten wird. Sodann wird das Werkzeug (8) in die 180°-Stellung rotiert und dort gehalten. Die Haltezeit wird in Abhängigkeit der in die Hohlform 2 eingebrachten Plastifizierungsenergie bestimmt. In der Position wird dann ein zweiter Stempel 7 (siehe 9) ausgefahren. Dieser erzeugt eine zweite Dickstelle in der zu fertigenden Formhaut. Sodann wird die Rotation fortgesetzt bis sich das Werkzeug wieder in der Ausgangsposition (12) befindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationswerkzeug
- 2
- Hohlform
- 3
- Pulverkasten
- 4
- Pulver
- 5
- Zuführtrichter
- 6
- Formwandung
- 7
- Stempel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19953840 A1 [0003, 0007]
- DE 19953840 [0005]
- DE 102004059459 A1 [0010]
