DE102010048501A1 - Verfahren zum Betreiben einer Plastifiziereinrichtung einer Kunststoff verarbeitenden Maschine - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Betreiben einer Plastifiziereinrichtung einer Kunststoff verarbeihine, wobei die Plastifiziereinrichtung eine oder mehrere drehantreibbare Plastifizierschnecken (1) in einem Plastifizierzylinder (2) aufweist. Um nach Stillstandszeiten der Plastifiziereinrichtung das Anfahren zu erleichtern, insbesondere um eine einwandfreie Feststoffförderung im Einzugsbereich der Plastifizierschnecken (1) zu erzielen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Temperatur des Plastifizierzylinders (2) und/oder die Temperatur der Plastifizierschnecken (1) während der Stillstandszeiten in einem vorgebbaren Abschnitt (A) des Plastifizierzylinders bzw. der Plastifizierschnecken gegenüber der Temperatur im Betriebszustand abgesenkt wird und/oder dass bei Stillstandszeiten die Plastifizierschnecken (1) von ihrer hinteren Position (P) im Betriebszustand um eine vorgebbare Wegstrecke (L) weg in eine dahinter liegende Ruheposition (R) aus dem beheizten Bereich des Plastifizierzylinders (2) heraus verfahren werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Plastifiziereinrichtung einer Kunststoff verarbeitenden Maschine, wobei die Plastifiziereinrichtung eine oder mehrere drehantreibbare Plastifizierschnecken in einem Plastifizierzylinder aufweist. Die Erfindung ist insbesondere für Plastifiziereinrichtungen bei Spritzgießmaschinen geeignet, kann aber auch bei Plastiziereinrichtungen von Extrusionsanlagen verwendet werden.
- Bei der Verarbeitung von Kunststoffmaterial in Plastifiziereinrichtungen von Spritzgießmaschinen werden Plastifizierschnecken eingesetzt, die in vielfältigen Variationen aus dem Stand der Technik bekannt sind. Eine solche bekannte Plastifizierschnecke kann beispielweise ein- oder mehrgängig ausgebildet sein; sie kann auch als Barriereschnecke ausgebildet sein. Vielen Plastifizierschnecken gemeinsam ist deren funktionale Aufteilung entlang ihrer Längsachse in eine Einzugszone, eine Kompressionszone und eine Meteringzone. Daher spricht man häufig auch von sogenannten Drei-Zonen-Schnecken. In der Einzugszone wird das zugeführte Kunststoffmaterial in die Schnecke eingezogen und zur Kompressionszone gefördert, wobei das Kunststoffmaterial erhitzt wird und zumindest am Ende der Einzugszone bzw. am Übergang zur Kompressionszone teilweise an- oder aufgeschmolzen ist. Problematisch ist das Verhalten der Einzugszone bei Unterbrechungen des Spritzgießzyklus und beim erneuten Anfahren. Da sich zwischenzeitlich die Schnecke auch im Einzugsbereich auf relativ hohe Temperaturen aufgeheizt hat, können die Granulatkörner des zugeführten Kunststoffmaterials verkleben, was zu einer Verschlechterung des Materialeinzugs führt. Es muss daher immer ein gewisse Zeit abgewartet werden, bis sich das für die Produktion notwendige thermische Gleichgewicht wieder eingestellt hat („Ein Schuss wie der andere?" in Kunststoffe 9/2006, Seiten 129–135). Die vorstehenden Probleme können auch im unterbrechungsfreien Vollautomatikbetrieb bei sehr langen Zykluszeiten auftreten, bei denen also über eine längere Zeit kein Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Plastifiziereinrichtung einer Kunststoff verarbeitenden Maschine anzugeben, insbesondere einer Plastifiziereinrichtung einer Spritzgießmaschine, das sich durch ein verbessertes Verhalten beim Anfahren bzw. beim erneuten Anfahren nach Stillstandszeiten auszeichnet und bei dem in kürzerer Zeit wieder das für den Betriebszustand erforderliche thermische Gleichgewicht erreicht worden ist.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.
- Dadurch, dass bei Stillstandszeiten der Plastifiziereinrichtung, bei denen kein Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist, die Temperatur des Plastifizierzylinders und/oder die Temperatur der Plastifizierschnecken in einem vorgebbaren Abschnitt des Plastifizierzylinders bzw. der Plastifizierschnecken gegenüber der Temperatur im Betriebszustand, in dem Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist, abgesenkt wird, kann beim erneuten Anfahren der Plastifiziereinrichtung schon die „richtige” Temperatur in der Einzugszone der Plastzierschnecke vorliegen bzw. für das erneute Anfahren kann der „richtige” Temperaturwert eingestellt werden. Beim Anfahren der Plastifiziereinrichtung und der dabei vorgesehenen Eingabe des Kunststoffmaterials kommt es daher nicht zum Verkleben des Kunststoffmaterials in der Einzugszone. Insbesondere wenn das Kunststoffmaterial wie üblich in Granulatform vorliegt, führen zu hohe Schneckentemperaturen dazu, dass die Granulatkörner verkleben. Dies verschlechtert den Materialeinzug, Vorzugsweise soll die Temperatur des Plastifizierzylinders in demjenigen Bereich abgesenkt werden, in dem sich im Betriebszustand die Einzugszone der Plastifizierschnecken befindet.
- Alternativ zu der vorgenannten Temperaturabsenkung oder ergänzend dazu kann bei Stillstandszeiten vorgesehen werden, dass die Plastifizierschnecken in dem Plastifizierzylinder von ihrer hinteren Position im Betriebszustand um eine vorgebbare Wegstrecke weg in eine dahinter liegende Ruheposition verfahren werden. Die Plastifizierschnecken werden somit aus dem beheizten Bereich des Plastifizierzylinders weg um ein Stück nach hinten verfahren. Je nachdem, wie weit die Plastifizierschnecken nach hinten verfahren bzw. je nachdem wie weit hinten die Ruheposition vorgesehen wird, liegt ein vorgebbarer Abschnitt der Plastifizierschnecken ausserhalb des beheizten Plastifizierzylinders. Bei üblichen Anordnungen einer Einfüllöffnung für das Kunststoffmaterial liegt dieser Bereich dann mehr oder weniger weit hinter dieser Einfüllöffnung. Vorzugsweise ist die vorggebare Wegstrecke derart bemessen, dass sich die Einzugszone der Plastifizierschnecken ganz oder teilweise hinter der Einfüllöffnung für das zu verabeitende Kunststoffmaterial befindet.
- Um das Anfahren der Plastifizierschnecken nach den Stillstandszeiten zu verbessern, kann weiter vorgesehen werden, dass die Plastifizierschnecken und/oder der Plastifizierzylinder vor dem Anfahren der Plastifiziereinrichtung derart aufgeheizt werden, dass in der Einzugszone der Plastifizierschnecken eine vorgebbare Mindesttemperatur vorliegt, bevor die Plastifiziereinrichtung erneut angefahren wird bzw. bevor die Plastifizierschnecken erneut in Rotation versetzt werden. Dabei kann man diejenige Temperatur einstellen, bei denen sich für die jeweiligen Betriebsbedingungen bzw. für das zu verarbeitende Material am schnellsten wieder das thermische Gleichgewicht einstellt. Analog kann vorgesehen werden, dass die Plastifizierschnecken vor dem Anfahren der Plastifiziereinrichtung aus ihrer Ruheposition heraus nach vorne verfahren werden, insbesondere in eine vordere Nullposition, wie sie beim Starten des Plastifizierens vorliegt, und dass mit dem Anfahren der Plastifiziereinrichtung abgewartet wird, bis in der Einzugszone der Plastifizierschnecken eine vorgebbare Mindesttemperatur erreicht worden ist.
- Gegebenenfalls kann der Plastifzierzylinder einen kühlbaren Abschnitt aufweisen und die Plastifizierschnecken können sich in ihrer Ruheposition in dem kühlbaren Abschnitt des Plastifizierzylinders befinden. Dieser Abschnitt des Plastifizierzylinders kann zumindest zeitweise, vorzugsweise zumindest während der Stillstandszeiten, mittels einer geeigneten Kühleinrichtung gekühlt werden.
- Beim bevorzugten Anwendungsgebiet des Spritzgießens kann die Plastifiziereinrichtung eine dreh- und linearantreibbare Schubschnecke als Plastifizierschnecke aufweisen. In den Stillstandszeiten wird diese Schubschnecke in ihre Ruheposition verfahren und/oder die Temperatur des Plastifizierzylinders in einem vorgebbaren Abschnitt des Plastifizierzylinders wird gegenüber der Temperatur im Betriebszustand abgesenkt. Bei längeren Unterbrechungen des Spritzgießzyklus oder bei extrem langen Zykluszeiten können beide vorgenannten Maßnahmen zusammen vorgesehen werden. Im normalen Betriebszustand kann bei langen Zykluszeiten vorgesehen werden, dass die Schubschnecke in jedem Spritzgießzyklus im Anschluss an die Einspritz- und Nachdruckphase in ihre Ruheposition verfahren wird. Vor dem erneuten Aufdosieren wird die Schubschnecke wieder in ihre vordere Nullposition verfahren.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einer Plastifiziereinrichtung vorgesehen werden, die eine oder mehrere Extruderschnecken aufweist, die im Betriebszustand axial nicht verfahren werden. Dabei kann es sich um eine Schneckenvorplastifizierung einer Spritzgießmaschine handeln, der eine Einspritzeinrichtung nachgeschaltet ist. Es kann sich aber auch um einen Extruder einer an sich bekannten Extrusionsanlage handeln,
- Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher beschrieben werden.
- Die Figur zeigt schematisch eine Plastifiziereinrichtung einer Spritzgießmaschine mit einer Schubschnecke
1 , die dreh- und linearantreibbar in einem Plastifzierzylinder2 aufgenommen ist. Die Antriebe für die Erzeugung von Dreh- und Linearbewegung der Schubschnecke sind für sich genommen bekannt und brauchen daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben zu werden. Über eine Schneckenantriebswelle4 ist die Schubschnecke1 antriebstechnisch zur Übertragung von Dreh- und Linearbewegung mit den Antrieben gekoppelt. Mehrere Heizbänder3.1 –3.3 oder andere Heizeinrichtungen sind an der Aussenseite des Plastifizierzylinders2 angeordnet. In einem hinteren Bereich weist der Plastifizierzylinder2 eine Einfüllöffnung5 auf, auf der ein Einfülltrichter6 für die Zufuhr des zu verarbeitenden Kunststoffmaterials angeordnet ist. Üblicherweise wird das Kunststoffmaterial in Granulatform in den Einfülltrichter6 gegeben. Die Schubschnecke1 verfügt über eine Einzugszone E, eine Kompresssionszone K sowie eine Meterinzone M. Am vorderen Ende der Schnecke1 befindet sich eine Rückströmsperre7 . - Der erfindungsgemäße Betrieb der Plastifiziereinrichtung soll in den nachfolgenden Abschnitten erläutert werden.
- Am Ende eines Spritzgießzyklus, d. h. nach der Einspritz- und Nachdruckphase befindet sich die Schnecke
1 in einer vorderen Nullpunktposition 0. Während der nachfolgenden Dosierphase wird das Kunststoffmaterial von der Schnecke1 eingezogen, aufgeschmolzen und in den Schneckenvorraum8 befördert. Gleichzeitig wird die Schnecke1 unter Aufrechterhaltung eines Staudrucks im Schneckenvorraum8 um einen Dosierweg D zurückbewegt, bis eine gewünschte Masse oder ein gewünschtes Volumen an Kunststoffschmelze in dem Schneckenvorraum8 aufdosiert und eine Einspritzposition S erreicht worden ist. Nachfolgend kann der Einspritzvorgang einschließlich der Nachdruckphase ausgeführt werden, indem die Schubschnecke1 nach vorne verfahren wird. Danach beginnt der Vorgang bzw. der Zyklus von Neuem. Während der Ausführung dieser Spritzgießvorgänge kann von einem Betriebszustand gesprochen werden, in dem sich die Plastifiziereinrichtung befindet. In diesem Betriebszustand wird die Schnecke1 zwischen der vorderen Nullpunktposition 0 und einer hinteren Position S im Betriebszustand hin- und herbewegt. Die Lage der hinteren Position ist abhängig von dem Dosierweg D und damit von der auszudosierenden Masse bzw. dem aufzudosierenden Volumen an Kunststoffschmelze. In diesem Betriebszustand werden die Heizbänder3.1 ,3.2 und3.3 in einer bestimmten Art und Weise betrieben, so dass der Plastifizierzylinder2 und damit die Schnecke1 beheizt werden, wobei sich ein thermisches Gleichgewicht einstellt. In diesem Zustand liegt in der Einzugszone E der Schnecke1 eine Temperatur vor, bei der das Kunststoffmaterial, das beispielsweise in Granulatform zugegeben wird, ohne Probleme eingezogen werden kann. Diese bevorzugte Temperatur soll insbesondere in demjenigen Bereich der Einzugszone E vorliegen, der sich im Betriebszustand unterhalb der Einfüllöffnung5 befindet. Je nach den eingestellten Betriebsbedingungen kann über die axiale Länge der Schnecke1 ein bestimmtes Temperaturprofil vorgegeben werden. - Bei Stillstandszeiten der Schnecke
1 , d. h. in Zeiten, in denen kein Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Heizeinrichtung3.1 –3.3 in der Weise betrieben wird, dass die Temperatur des Plastifizierzylinders2 und/oder die Temperatur der Plastifizierschnecke1 in einem vorgebbaren Abschnitt beispielsweise der Länge A des Plastifizierzylinders bzw. der Plastifizierschnecke gegenüber der Temperatur im Betriebszustand, in dem Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist, abgesenkt wird. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung3.3 vollständig abgeschaltet werden und nur die Heizeinrichtungen3.1 und3.2 werden weiterbetrieben. Denkbar ist ferner, dass die Heizeinrichtung3.3 lediglich mit reduzierter Leistung betrieben wird. Gegebenenfalls kann eine zusätzliche Kühleinrichtung9 , beispielsweise ein von Kühlwasser durchströmtes Leitungssystem, vorgesehen werden. Damit könnte das Absenken der Temperatur auf ein vorgebbares Niveau beschleunigt werden. Je nachdem wie die Temperatur über den hier relevanten Abschnitt A in axialer Richtung abgesenkt wird, kann die Schnecke1 über diesen Abschnitt A im wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen. Es kann aber auch ein bestimmtes axiales Temperaturprofil in diesem Abschnitt A vorgesehen werden. Die Länge des Abschnitts A und dessen Lage hängen von den jeweiligen Gegebenheiten ab. Der Fachmann ist in der Lage, anhand der Betriebsbedingungen und unter Berücksichtigung der konkreten konstruktiven Ausgestaltung der Plastifiziereinrichtung die Länge und die Lage des Abschnitts A so einzustellen, dass nach Beendigung der Stillstandszeit das erneute Anfahren innerhalb kürzester Zeit möglich ist. - Alternativ zu der vorgenannten Absenkung der Temperatur oder zusätzlich zu dieser Maßnahme kann vorgesehen werden, dass die Schnecke
1 um eine bestimmte Wegstrecke L über eine hintere Betriebsposition P hinaus in eine hintere Ruheposition R verfahren wird. Diese Situation ist in der Figur mittels der gestrichelten Linie für den hinteren Schneckenabschnitt und die Rückströmsperre dargestellt. Damit wird ein Abschnitt A' der Schnecke1 entsprechend der Summe aus der Streckenlänge L und dem Dosierhub D aus dem beheizten Bereich des Plastifizieryzlinders2 herausbewegt. Je nach Ausgestaltung der eventuell zusätzlich vorhandenen Kühleinrichtung9 kann der Abschnitt A' auch aktiv gekühlt werden. - Als Stillstandszeiten im Sinne der Erfindung kommen Zeiten in Betracht, bei denen der normale Spritzgießvorgang aufgrund einer Störung oder eines anderen Ereignisses unterbrochen ist. Aber auch bei langen Zykluszeiten kann es zu Stillstandszeiten im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen. Dies kann der Fall sein, wenn beispielsweise für ein Formteil eine relativ lange Kühlzeit erforderlich ist, und der Dosiervorgang nicht unmittelbar im Anschluss an einen Einspritzvorgang gestartet werden soll.
- Bei einem erneuten Start des Spritzgießvorgangs, d. h. wenn am Ende der Stillstandszeit in den normalen Betriebszustand übergegangen werden soll, werden die Temperaturen in dem Plastifizierzylinder
2 und an der Schnecke1 wieder hochgefahren, bis eine bestimmte vorgebbare Mindesttemperatur, vorzugsweise in der Einzugszone, erreicht ist. Die Schnecke1 wird erst in Rotation versetzt, wenn diese Mindesttemperatur erreicht ist. Falls sich die Schnecke1 noch in ihrer hinteren Ruheposition R befindet, wird sie mittels ihres Linearantriebs in ihre vordere Nullpunktposition 0 verfahren, bevor der erste Aufdosiervorgang startet. - Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sichergestellt, dass insbesondere bei längeren Stillstandszeiten der Einzug und der Übergang in die Kompressionszone nicht unnötig aufgeheizt werden und dass beim erneuten Anfahren der Schnecke günstige Reibverhältnisse zwischen dem Granulat des Kunststoffmaterials und der Oberfläche der Schnecke
1 vorliegen. Die Feststoffförderung ist sofort stabil und das Aufdosieren der Schnecke ebenfalls. Im Ergebnis wird somit vom ersten Schuss an eine gute Produktqualität erzielt. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schnecke
- 2
- Zylinder
- 3.1–3.3
- Heizbänder
- 4
- Schneckenantriebswelle
- 5
- Einfüllöffnung
- 6
- Einfülltrichter
- 7
- Rückströmsperre
- 8
- Schneckenvorraum
- 9
- Kühleinrichtungen
- E
- Einzugszone
- K
- Kompressionszone
- M
- Meteringzone
- 0
- Vordere Nullpunktposition
- S
- Einspritzposition
- P
- Hintere Betriebsposition
- R
- Ruheposition
- D
- Dosierweg
- L
- Verschiebeweg für Ruheposition
- A
- Temperierter Abschnitt des Zylinders
- A'
- Verschobener Abschnitt der Schnecke
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Ein Schuss wie der andere?” in Kunststoffe 9/2006, Seiten 129–135 [0002]
Claims (10)
- Verfahren zum Betreiben einer Plastifiziereinrichtung einer Kunststoff verarbeitenden Maschine, wobei die Plastifiziereinrichtung eine oder mehrere drehantreibbare Plastifizierschnecken (
1 ) in einem Plastifizierzylinder (2 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Stillstandszeiten der Plastifiziereinrichtung, bei denen kein Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist, die Temperatur des Plastifizierzylinders (2 ) und/oder die Temperatur der Plastifizierschnecken (1 ) in einem vorgebbaren Abschnitt (A) des Plastifizierzylinders bzw. der Plastifizierschnecken gegenüber der Temperatur im Betriebszustand, in dem Kunststoffmaterial aufzuschmelzen ist, abgesenkt wird und/oder dass bei Stillstandszeiten die Plastifizierschnecken (1 ) in dem Plastifizierzylinder (2 ) von ihrer hinteren Position (P) im Betriebszustand um eine vorgebbare Wegstrecke (L) weg in eine dahinter liegende Ruheposition (R) verfahren werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Plastifizierzylinders (
2 ) in demjenigen Bereich abgesenkt wird, in dem sich im Betriebszustand die Einzugszone (E) der Plastifizierschnecken (1 ) befindet. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorggebare Wegstrecke (L) derart bemessen ist, dass sich die Einzugszone (E) der Plastifizierschnecken (
1 ) ganz oder teilweise hinter der Einfüllöffnung (5 ) für das zu verabeitende Kunststoffmaterial befindet. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecken (
1 ) und/oder der Plastifizierzylinder (2 ) vor dem Anfahren der Plastifiziereinrichtung derart aufgeheizt werden, dass in der Einzugszone (E) der Plastifizierschnecken (1 ) eine vorgebbare Mindesttemperatur vorliegt, bevor die Plastifiziereinrichtung erneut angefahren wird bzw. bevor die Plastifizierschnecken (1 ) erneut in Rotation versetzt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifizierschnecken (
1 ) vor dem Anfahren der Plastifiziereinrichtung aus ihrer Ruheposition (R) heraus nach vorne verfahren werden, insbesondere in eine vordere Nullpunktposition (0), wie sie beim Starten des Plastifizierens vorliegt, und dass mit dem Anfahren der Plastifiziereinrichtung abgewartet wird, bis in der Einzugszone (E) der Plastifizierschnecken (1 ) eine vorgebbare Mindesttemperatur erreicht worden ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Plastifizierschnecken (
1 ) in ihrer Ruheposition (R) in einem kühlbaren Abschnitt des Plastifizierzylinders (2 ) befinden und dieser Abschnitt des Plastifizierzylinders (2 ) zumindest zeitweise, vorzugsweise zumindest während der Stillstandszeiten, mittels einer Kühleinrichtung (9 ) gekühlt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinrichtung eine dreh- und linearantreibbare Schubschnecke (
1 ) als Plastifizierschnecke aufweist und dass die Schubschnecke (1 ) in jedem Spritzgießzyklus im Anschluss an die Einspritz- und Nachdruckphase in ihre Ruheposition (R) verfahren wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinrichtung eine dreh- und linearantreibbare Schubschnecke (
1 ) als Plastifizierschnecke aufweist, dass die Schubschnecke (1 ) in ihre Ruheposition (R) verfahren wird, und dass die Temperatur des Plastifizierzylinders (2 ) in einem vorgebbaren Abschnitt des Plastifizierzylinders (2 ) gegenüber der Temperatur im Betriebszustand abgesenkt wird, wenn der Spritzgießzyklus unterbrochen wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plastifiziereinrichtung eine oder mehrere Extruderschnecken aufweist, die im Betriebszustand axial nicht verfahren werden,
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Plastifiziereinrichtung um eine Schneckenvorplastifiziereinrichtung einer Spritzgießmaschine handelt, der eine Einspritzeinrichtung nachgeschaltet ist.
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"Ein Schuss wie der andere?" in Kunststoffe 9/2006, Seiten 129-135 |
JP 07156235 A_Computerübersetzung. Japan : JPO, 20.06.95. - ISBN ohne * |
JP7156235A_Computerübersetzung. Japan : JPO, 20.06.95. - ISBN ohne |
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