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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech sowie auf eine Verwendung eines solchen Leichtbauteils.
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Gattungsgemäße Leichtbauteile sind beispielsweise aus der
DE 101 53 712 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt durch ausdrücklichen Verweis in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Dort ist ein Leichtbauteil beschrieben, das einfach herzustellen ist und über ein weites Einsatzfeld eine hohe, strukturelle Leistungsfähigkeit aufweist. Die
DE 101 53 712 A1 offenbart hierbei ein dünnwandiges Stahlblech, das lokal mit einer Verstärkungsstruktur aus Leichtmetall verbunden ist. Lokal bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Stahlblech nur dort verstärkt ist, wo im eingebauten Zustand des Leichtbauteils hohe Belastungen auftreten. Durch den Begriff "Verstärkungsstruktur" wird dort sowie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zum Ausdruck gebracht, dass auch in einem verstärkten Bereich des Blechs noch freie Flächen vorhanden sind. Die Verstärkungsstruktur kann beispielsweise rippen- oder wabenförmig ausgebildet sein und führt zu einer erheblichen Materialeinsparung und somit zu einem geringeren Gewicht des Leichtbauteils. Vorteilhaft umfasst die Verstärkungsstruktur mehrere Rippen, die im Wesentlichen senkrecht zum Blech angeordnet sind. Die Verstärkungsstruktur kann hierbei stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Blech verbunden sein. Insbesondere ist das Blech hierzu zumindest teilweise mit der Verstärkungsstruktur an-, um und/oder eingegossenen. Das Blech selbst kann vorteilhaft eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen.
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Die Herstellung eines solchen Leichtbauteils erfolgt mittels einer Gießvorrichtung mit Dauerform. Hierzu wird das Blech zunächst in die geöffnete mehrteilige Dauerform eingelegt, die vor dem Gießen mit vorgegebener Schließkraft bzw. Zuhaltekraft in einer dem Fachmann bekannten Weise mit vorgegebener Schließkraft bzw. Zuhaltekraft geschlossen wird. Nach dem zumindest teilweisen An-, Um- und/oder Eingießen des Blechs wird die Dauerform wieder geöffnet und das fertige Leichtbauteil entnommen.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich auf den vorgenannten freien Flächen der Verstärkungsstruktur trotz hoher Schließkraft bzw. Zuhaltekraft unerwünschte Flitter bilden können. Unter Flitter wird hierbei erstarrtes Gießmetall in Form dünner Plättchen bzw. Grate auf der Oberfläche des Blechs verstanden. Die Flitterbildung ist unansehnlich und erfordert üblicherweise sehr aufwendige Nachbearbeitungsmaßnahmen sowohl des Leichtbauteils als auch der Dauerform.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein im Wesentlichen flitterfreies Leichtbauteil zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gießvorrichtung zur Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen können sich aus den Unteransprüchen ergeben.
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Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung zur Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech umfasst eine Dauerform, in die das Blech vor dem Gießen einlegbar ist, wobei zumindest ein Bereich der Dauerform nach dem Schließen derselben, aber vor dem Gießen an zumindest einer Stelle durch geeignete Mittel mit Kraft beaufschlagbar ist, derart, dass die Dauerform vorzugsweise in diesem Bereich mit zumindest einem vorgegebenen Teil ihrer zum Blech weisenden Innenseite dicht mit dem Blech in Kontakt bringbar ist.
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Durch diese Dichtheit zwischen dem vorgegebenen Teil der zum Blech weisenden Innenseite des mit Kraft beaufschlagten Bereichs der Dauerform und dem Blech wird ein nachteiliges Hintergießen der Blechoberfläche verhindert und die Flitterbildung merklich reduziert bzw. im Wesentlichen gestoppt.
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Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass ein Blech hinsichtlich seiner Dicke bzw. Stärke gewisse Fertigungstoleranzen aufweist, die durch eine zusätzlich zur Schließkraft bzw. Zuhaltekraft der Dauerform örtlich in einem vorgegebenen Bereich der Dauerform eingebrachte Kraft ausgeglichen werden können. Dabei ist der Ausgleich bevorzugt in dem Bereich des Blechs erforderlich, der mit der Verstärkungsstruktur versehen werden soll. Die zusätzliche ein- bzw. aufgebrachte Kraft führt dazu, dass der Kontakt zwischen Blech und dem vorgegebenen Teil der vorzugsweise in diesem Bereich zum Blech weisenden Innenseite der Dauerform dicht ist.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der Bereich durch einen verschiebbaren Einsatz der Dauerform gebildet ist, der nach dem Schließen der Dauerform, aber vor dem Gießen der Verstärkungsstruktur durch geeignete Mittel mit Kraft beaufschlagbar und dadurch in Richtung Blech verschiebbar ist, derart, dass der Einsatz mit zumindest einem vorgegebenen Teil seiner zum Blech weisenden Innenseite mit dem Blech dicht in Kontakt bringbar ist. Der Einsatz ist Teil der Dauerform.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die geeigneten Mittel eine in Wirkverbindung mit dem Bereich der Dauerform stehende mechanische, pneumatische oder hydraulisch betätigbare Schiebeeinrichtung aufweisen.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn wenigstens ein Stück der Innenseite des Bereichs die Außenkontur der Leichtmetallverstärkungsstruktur zumindest teilweise formt.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn die geeigneten Mittel eine fest auf der Außenseite des Bereichs angeordnete oder ausgebildete schiefe Ebene aufweisen, die in Wirkverbindung mit einer bzw. der Betätigungseinrichtung steht, derart, dass die schiefe Ebene bei einem geradlinigen Vortrieb der Betätigungseinrichtung mit Kraft beaufschlagbar und der Bereich damit in Richtung Blech verschiebbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass mit relativ geringem Kraftaufwand ein geradliniger Vortrieb der Betätigungseinrichtung in eine abgewinkelte, vorzugsweise um 90° abgewinkelte Verschiebungsbewegung auf den Bereich überführt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Platzbedarf für eine in Schließrichtung der Dauerform ausgerichtete Betätigungseinrichtung nicht ausreicht, um den genannten Bereich der Dauerform mit Kraft zu beaufschlagen.
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Es kann hierbei von besonderem Vorteil sein, wenn die Betätigungseinrichtung eine schiefe Ebene aufweist, welche auf die schiefe Ebene des Bereichs bringbar ist und mit dieser in Wirkverbindung steht, derart, dass die schiefe Ebene des Bereichs bei einem geradlinigen Vortrieb der schiefen Ebene der Betätigungseinrichtung mit Kraft beaufschlagbar und der Bereich damit in Richtung Blech verschiebbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass mit relativ geringem Kraftaufwand ein geradliniger Vortrieb der Betätigungseinrichtung in eine abgewinkelte, vorzugsweise um 90° abgewinkelte Verschiebungsbewegung auf den Bereich überführt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Platzbedarf für eine in Schließrichtung der Dauerform ausgerichtete Betätigungseinrichtung nicht ausreicht, um den genannten Bereich der Dauerform mit Kraft zu beaufschlagen.
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Es kann von Vorteil sein, wenn zumindest eine schiefe Ebene eine Gleitfläche aufweist.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die Gießvorrichtung eine Druckgussvorrichtung ist.
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Beim Druckgießverfahren wird eine Metallschmelze in Druckgießmaschinen unter hohem Druck mit großer Geschwindigkeit in eine mehrteilige, üblicherweise zweiteilige Dauerform, die auch als Gießwerkzeug oder Formwerkzeug bezeichnet wird, gepresst, aus der dann das erfindungsgemäße Leichtbauteil nach dem Erstarren der Verstärkungsstruktur entnommen werden kann bzw. vorteilhaft ausgeworfen wird. Die Maschinen zur Durchführung des Druckgießverfahrens können vorteilhaft vollautomatisiert sein und ermöglichen eine sehr rationelle Herstellung von maßgenauen Verstärkungsstrukturen mit hohen Ansprüchen an eine glatte, saubere Oberfläche. Druckgießmaschinen haben erfindungsgemäß die Aufgabe, die Dauerform aufzunehmen, diese nach Einlegen eines Blechs zu schließen, zu füllen, zu öffnen und das erfindungsgemäße Leichtbauteil auszuwerfen. In den dabei verwendeten Dauerformen, die wegen der auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen üblicherweise aus warmfesten Werkstoffen, vorzugsweise aus hochfesten Warmarbeitsstählen bestehen, können Metalle mit einer ausreichend niedrigen Schmelztemperatur verarbeitet werden, vorzugsweise Aluminium, Magnesium und ähnliche Metalle sowie Legierungen aus diesen Metallen.
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Unter Druckguss werden im Zusammenhang mit dieser Erfindung auch alle Verfahren verstanden, bei denen unter erhöhtem Druck zumindest flüssiges, breiiges oder pastenförmiges Gießmetall in eine Dauerform gegossen wird. Darunter fallen der Druckguss, das Squeeze Casting, das Thixocasting, das Thixomolding oder vergleichbare Verfahren.
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Der Hohlraum der Dauerform bildet die dreidimensionale Geometrie der zu gießenden Verstärkungsstruktur ab. Die Dauerform ist hierbei so gestaltet, dass das erstarrte Leichtbauteil ohne Schwierigkeiten aus der Dauerform entformt werden kann. Deshalb besteht die Dauerform üblicherweise aus einer festen Formhälfte und einer beweglichen Formhälfte. Im gießbereiten Zustand bzw. in Gießstellung sind beide Formhälften der Dauerform geschlossen. Sie werden durch die Schließkraft oder Zuhaltekraft der Druckgießmaschine während des Gießvorgangs zugehalten.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine Bereich der Dauerform auf der beweglichen Seite einer aus einer festen und beweglichen Formhälfte bestehenden Dauerform angeordnet ist.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die Betätigungseinrichtung einen Hydraulikzylinder aufweist, dessen Kolbenstange in direkter oder indirekter Wirkverbindung mit dem Bereich der Dauerform steht, derart, dass bei geradliniger Verschiebung der Kolbenstange eine um 90° abgewinkelte Verschiebungsbewegung auf den Bereich ausgeübt wird.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn das Gießmetall aus Aluminium, Magnesium, Zink oder Legierungen mit einem oder mehreren dieser Metalle besteht.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn das Blech ein Leichtmetall-, vorzugsweise Aluminiumblech, oder Stahlblech ist.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn das Blech eine Dicke von weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1 mm aufweist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur, vorzugsweise mittels Druckguss, zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech für die Automobilindustrie, vorzugsweise zur Herstellung eines Strukturgussteils oder Karosseriebauteils, insbesondere einer A-, B-, C- oder D-Säule, eines Dachquerträgers, eines Instrumententafelträgers, einer Sitzstruktur, eines Fahrwerksträgers, eines Stoßfängerquerträgers oder eines unteren Windlaufrahmens.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech, vorzugsweise unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- i. Einlegen des Blechs in eine geöffnete Dauerform
- ii. Schließen der Dauerform mit vorgegebener Schließkraft bzw. Zuhaltekraft
- iii. Beaufschlagen zumindest eines Bereichs der geschlossenen Dauerform an zumindest einer Stelle mit Kraft, derart, dass die Dauerform in diesem Bereich mit zumindest einem vorgegebenen Teil ihrer zum Blech weisenden Innenseite dicht mit dem Blech in Kontakt gebracht bzw. dicht auf das Blech gepresst wird.
- iv. zumindest teilweises An-, Um- und/oder Eingießen des Blechs
- v. Zurücknehmen der auf den Bereich wirkenden Kraft
- vi. Öffnen der Dauerform
- vii. Entnehmen des Leichtbauteils.
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Durch die genannte Dichtheit zwischen dem vorgegebenen Teil der zum Blech weisenden Innenseite des mit Kraft beaufschlagten Bereichs der Dauerform und dem Blech wird ein nachteiliges Hintergießen der Blechoberfläche verhindert und die Flitterbildung merklich reduziert bzw. im Wesentlichen gestoppt.
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Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass ein Blech hinsichtlich seiner Dicke bzw. Stärke gewisse Fertigungstoleranzen aufweist, die durch eine zusätzlich zur Schließkraft bzw. Zuhaltekraft der Dauerform örtlich in einem vorgegebenen Bereich der Dauerform eingebrachte Kraft ausgeglichen werden können. Dabei ist der Ausgleich bevorzugt in dem Bereich des Blechs erforderlich, der mit der Verstärkungsstruktur versehen werden soll. Die zusätzliche ein- bzw. aufgebrachte Kraft führt dazu, dass der Kontakt zwischen Blech und dem vorgegebenen Teil der in diesem Bereich zum Blech weisenden Innenseite der Dauerform dicht ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
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1 einen schematischen Ausschnitt einer geschlossenen Dauerform mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Bereich, der noch nicht mit Kraft beaufschlagt ist und
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2 einen schematischen Ausschnitt der geschlossenen Dauerform gemäß 1 mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Bereich, der mit Kraft beaufschlagt ist.
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Der in der Zeichnung schematisch im Schnitt gezeigte erfindungsgemäße Bereich 10 ist Teil einer hier nicht weiter dargestellten Dauerform einer Gießvorrichtung. In der Zeichnung sind die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmale dargestellt und erläutert. In den Figuren verwendete gleiche Bezugsziffern bezeichnen hierbei immer auch gleiche Teile.
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Eine Dauerform bzw. Gießform mit erfindungsgemäß ausgebildetem Bereich 10 lässt sich beispielsweise für die flitterfreie Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur, vorzugsweise mittels Druckguss, zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech 12 für die Automobilindustrie verwenden, vorzugsweise zur Herstellung eines Strukturgussteils oder Karosseriebauteils, insbesondere einer A-, B-, C- oder D-Säule, eines Dachquerträgers, eines Instrumententafelträgers, einer Sitzstruktur, eines Fahrwerksträgers, eines Stoßfängerquerträgers oder eines unteren Windlaufrahmens.
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Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung zur Herstellung eines Leichtbauteils aus einem mit einer Leichtmetallverstärkungsstruktur zumindest teilweise an-, um- und/oder eingegossenen Blech, beispielsweise eben eines solchen Dachquerträgers, umfasst eine hier nur teilweise dargestellte Dauerform, welche aus einer feststehenden Formhälfte 14 und eine beweglichen Formhälfte 16 besteht.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt weist die geschlossene Dauerform bereits ein darin eingelegtes Blech 12 auf.
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Der in den 1 und 2 dargestellte Bereich 10 der beweglichen Formhälfte 16 der Dauerform wird erfindungsgemäß nach dem Schließen der Dauerform, aber vor dem Gießen der Verstärkungsstruktur an vorliegend einer Stelle durch geeignete Mittel mit Kraft 18 beaufschlagt, derart, dass die Dauerform in diesem Bereich 10 mit zumindest einem vorgegebenen Teil 20 ihrer zum Blech 12 weisenden Innenseite dicht mit dem Blech 12 in Kontakt gebracht bzw. gepresst.
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1 zeigt hierbei den Bereich 10 vor dem Verschieben, und 2 zeigt den Bereich nach dem Verschieben. In 2 zeigt die Linie 34 die verschobene Innenseite 20 des Bereichs 10 an, wobei der ursprüngliche Abstand zwischen Innenseite 20 und Blech 12 zum besseren Vergleich markiert gelassen wurde.
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Es ist auch gut zu erkennen, dass ein Bereich der Innenseite des Bereichs 10 die Außenkontur 22 der zu gießenden Leichtmetallverstärkungsstruktur mit formt.
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Der Bereich 10 kann vorteilhaft auch durch einen verschiebbaren Einsatz bzw. durch ein verschiebbares Segment der Dauerform gebildet sein, welcher bzw. welches nach dem Schließen der Dauerform, aber vor dem Gießen der Verstärkungsstruktur durch geeignete Mittel mit Kraft beaufschlagbar und dadurch in Richtung Blech 10 verschiebbar ist, derart, dass der Einsatz bzw. das Segment mit zumindest einem vorgegebenen Bereich 20 seiner zum Blech 12 weisenden Innenseite mit dem Blech 12 dicht in Kontakt bringbar ist.
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Die geeigneten Mittel stehen in Wirkverbindung mit dem Bereich 10 der Dauerform und weisen vorteilhaft eine mechanische, pneumatische oder hydraulisch betätigbare Schiebeeinrichtung auf.
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Vorteilhaft kann das geeignete Mittel eine vorzugsweise ortsfest auf der Außenseite 24 des Bereichs ausgebildete schiefe Ebene 26 aufweisen, die in Wirkverbindung mit einer vorteilhaft hydraulisch betätigbaren Schiebeeinrichtung 28, die in den 1 und 2 nur schematisch angedeutet ist, steht, wobei die Schiebeeinrichtung 28 vorteilhaft ebenfalls eine schiefe Ebene 30 aufweist, welche auf die schiefe Ebene 26 des Bereichs 10 bringbar ist und mit dieser 26 dann in Wirkverbindung steht, derart, dass die schiefe Ebene 26 des Bereichs 10 bei einem geradlinigem, vorliegend mit einem Pfeil 32 gekennzeichneten Vortrieb der schiefen Ebene 30 der Betätigungseinrichtung 28 mit Kraft beaufschlagbar und der Bereich 10 damit in Richtung Blech 12 verschiebbar ist.
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Vorteilhaft kann die Betätigungseinrichtung einen hier nicht dargestellten Hydraulikzylinder aufweisen, dessen mit Bezugsziffer 28 angedeutete Kolbenstange in direkter oder indirekter Wirkverbindung mit dem Bereich 10 der Dauerform steht, derart, dass bei geradliniger Verschiebung der Kolbenstange eine um 90° abgewinkelte Verschiebungsbewegung auf den Bereich 10 ausgeübt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- mit Kraft beaufschlagbarer Bereich der Dauerform
- 12
- Blech
- 14
- feststehende Formhälfte
- 16
- bewegbare Formhälfte
- 18
- Kraft
- 20
- Teil auf der Innenseite des Bereichs
- 22
- Außenkontur der zu gießenden Leichtmetallverstärkungsstruktur
- 24
- Außenseite des mit Kraft beaufschlagbaren Bereichs der Dauerform
- 26
- schiefe Ebene
- 28
- Schiebeeinrichtung
- 30
- schiefe Ebene
- 32
- Vortriebsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10153712 A1 [0002, 0003]
