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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug und ein Spritzgussverfahren für ein Bauteil einer Fluidleitung mit einer Düsenseitenform, einer Auswerferseitenform, und einem Einsatz, wobei das Spritzgusswerkzeug zwischen der Düsenseitenform und der Auswerferseitenform entlang einer ersten Achse trennbar ist und der Einsatz in eine Düsenseitenaussparung und/oder eine Auswerferseitenaussparung zwischen Düsenseitenform und Auswerferseitenform einsetzbar ist.
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Der Spritzguss ist ein weit verbreitetes Verfahren, mit dem insbesondere Kunststoffteile gefertigt werden. Hierbei sind zwei Formen eines Spritzgusswerkzeugs verbunden, die in deren Inneren ein Negativabbild des zu erstellenden Formteils einschließen. Über eine Düse und eine Öffnung in dem Werkzeug wird Material eingeleitet bzw. eingepresst. Nach dem Abschluss des Gussvorgangs wird das Werkzeug geöffnet, um das dann erstarrte Formteil zu entnehmen.
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Die Herstellung des Werkzeugs ist aufwändig und kostenintensiv, da dieses regelmäßig aus Metall gefertigt ist und für lediglich ein bestimmtes Formteil einsetzbar ist, das Verfahren kann somit insbesondere für kleine Serien unwirtschaftlich sein.
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Aus diesem Grund ist bekannt, Einsätze in Spritzgusswerkzeugen vorzusehen, wobei zumindest ein Teil des Negativs des Formteiles durch den Einsatz ausgebildet ist. Abwandlungen der Formteile bzw. von Elementen der Formteile können sodann durch Ersetzen des Einsatzes anstelle des gesamten Werkzeugs erreicht werden. Allerdings muss auch in diesem Fall ein gesonderter Einsatz für jedes zu fertigende Formteil konstruiert und gefertigt werden.
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DE 100 64 268 A1 offenbart ein Werkzeug zum Gießen eines Formteils für die Herstellung einer Turbinenschaufel mit mehreren Werkzeugblöcken, die in einer vorgegebenen Weise formschlüssig zusammengesetzt einen Hohlraum für das Formteil bilden, in den über einen oder mehrere Zugangsöffnungen fließfähiges Material einbringbar ist. Zumindest einer der Werkzeugblöcke nimmt einen dreh- oder schiebbaren Einschub oder Einsatz auf, der mit einer Fläche an den Hohlraum angrenzt und in unterschiedliche Positionen und/oder Orientierungen gegenüber dem Werkzeugblock fixierbar ist, so dass in den unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen des Einschubs oder Einsatzes) unterschiedliche Hohlraumgeometrien gebildet werden. Das Werkzeug ermöglicht eine nachträgliche Änderung der Geometrie des Formteils, insbesondere des Anstellwinkels, ohne hierfür neue Werkzeugblöcke fertigen zu müssen.
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Unter diesen Voraussetzungen war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spritzgusswerkzeug in Hinblick auf eine gesteigerte Einsetzbarkeit und niedrigere Fertigungskosten für Kleinserien von Formteilen zu verbessern.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem eingangs genannten Spritzgusswerkzeug dadurch gelöst, dass der Einsatz in mindestens zwei diskret rotationssymmetrischen Stellungen zwischen Düsenseitenform und Auswerferseitenform einsetzbar ist.
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Das erfindungsgemäße Spritzgusswerkzeug ermöglicht somit, dass in allen der möglichen Stellungen des Einsatzes jeweils ein Formteil spritzbar ist und somit mehrere Formteile mit einem einzigen Spritzgusswerkzeug und einem einzigen Einsatz hergestellt werden können, indem der Einsatz in verschiedenen Stellungen eingesetzt wird. Insbesondere ist es somit möglich, Anschlussteile eines Bauteils einer Fluidleitung, vorzugsweise einer Lüftungsleitung, für verschiedene Anschlüsse vorzusehen.
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Vorzugsweise ist der Einsatz passgenau und formschlüssig in die jeweiligen Aussparungen einsetzbar.
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In einer Ausführungsform ist der Einsatz derart ausgestaltet, dass er durch Rotation zwischen den jeweiligen Stellungen überführbar ist. Insbesondere kann der Einsatz hierfür eine oder mehrere diskrete Rotationssymmetrien aufweisen. Die Überführung von einer Stellung in eine andere Stellung wird vorzugsweise an dem Einsatz in einem nichteingesetzten Zustand vorgenommen. Diese vorteilhafte Ausgestaltung des Einsatzes ermöglicht eine einfache Abwandlung des letztendlichen Formstückes durch den Einsatz in der jeweiligen Stellung.
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In einer Ausführungsform ist der Einsatz durch Rotation bezüglich einer ersten Achse zwischen den jeweiligen Stellungen überführbar, wobei ein Rotationswinkel des Einsatzes zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung 180 Grad beträgt.
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In einer Ausführungsform umfasst der Einsatz wenigstens eine Markierung zur Bestimmung der Stellung des Einsatzes.
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In einer Ausführungsform weist der Einsatz eine Düsenseiteneinsatzform und davon trennbar eine Auswerferseiteneinsatzform auf, wobei der Einsatz in einer ersten Stellung mit der Auswerferseiteneinsatzform in der Auswerferseitenaussparung und mit dem Düsenseiteneinsatzform in der Düsenseitenaussparung eingesetzt ist und wobei der Einsatz in einer zweiten Stellung mit der Auswerferseiteneinsatzform in der Düsenseitenaussparung und mit der Düsenseiteneinsatzform in der Auswerferseitenaussparung eingesetzt ist.
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In einer Ausführungsform weist der Einsatz eine Aussparung zur Aufnahme eines Schiebers auf, wobei eine Schubrichtung des Schiebers parallel zu einer ersten Achse ist. Vorzugsweise entspricht die erste Achse einer Rotationsachse des Einsatzes, die erste Achse kann aber in anderen Ausführungsformen auch parallel zu der Rotationsachse des Einsatzes oder auch geneigt dazu sein.
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In einer Ausführungsform ist die Schubrichtung des Schiebers in der ersten Stellung gleich der Schubrichtung des Schiebers in der zweiten Stellung des Einsatzes. Somit kann vorteilhafterweise die gleiche Werkzeugansteuerung zum Einführen und Ausführen des Schiebers in den bzw. aus dem Einsatz in der ersten Stellung und in der zweiten Stellung des Werkzeuges realisiert werden. Damit kann ein Anpassungsaufwand aufgrund der Umstellung des Einsatzes minimiert werden.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß weiter durch ein Spritzgussverfahren für ein Spritzgusswerkzeug mit einer Düsenseitenform, einer Auswerferseitenform, und einem Einsatz, umfassend die folgenden Schritte gelöst: i) Einsetzen eines Einsatzes in einer ersten Stellung zwischen Düsenseitenform und Auswerferseitenform eines Spritzgusswerkzeuges, ii) Spritzgießen eines ersten Formteiles, iii) Umsetzen des Einsatzes in eine zweite Stellung, die diskret rotationssymmetrisch zu der ersten Stellung und von der ersten Stellung verschieden ist, zwischen Düsenseitenform und Auswerferseitenform des Spritzgusswerkzeuges, und iv) Spritzgießen eines zweiten Formteiles, wobei das zweite Formteil von dem ersten Formteil verschieden ist.
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Hierbei ist der Einsatz vorzugsweise teilweise oder vollständig in Aussparungen der jeweiligen Düsenseitenform und Auswerferseitenform einsetzbar.
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Das erfindungsgemäße Spritzgußverfahren ermöglicht es, durch einfaches Umstellen des Einsatzes von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung, vorzugsweise durch Rotation des Einsatzes um eine erste Achse, zwei verschiedene Formteile mit dem gleichen Werkzeug herzustellen, wobei lediglich ein und der selbe Einsatz von der ersten in die zweite Stellung zu bringen ist. In anderen Ausführungsformen sind auch mehr als zwei Stellungen und somit mehr als zwei Formteile aus dem gleichen Spritzgusswerkzeug herstellbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen werden im Folgenden mit Verweis auf die beiliegenden Figuren beschrieben, wobei:
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1a eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Spritzgusswerkzeug in einer ersten Stellung eines Einsatzes zeigt,
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1b eine Schnittansicht durch das in 1a gezeigte Spritzgusswerkzeug in einer zweiten Stellung des Einsatzes zeigt,
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2a ein Beispiel eines Formteils zeigt, das durch das in 1a gezeigte Spritzgusswerkzeug in der ersten Stellung des Einsatzes geformt ist,
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2b ein Beispiel eines Formteils zeigt, das durch das in 1b gezeigte Spritzgusswerkzeug in der zweiten Stellung des Einsatzes geformt ist,
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3a und 3b Schnitte durch das in 2a bzw. 2b gezeigte Formteil mit einer ersten Schiebergeometrie zeigen, und
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4a und 4b Schnitte durch das in 2a bzw. 2b gezeigte Formteil mit einer zweiten Schiebergeometrie zeigen.
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1a zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Spritzgusswerkzeug 1 in einer ersten Stellung eines Einsatzes 22, 24. Die Zeichnung zeigt eine Düsenseite 2 und eine davon durch eine Trennebene 3 getrennte Auswerferseite 4. Auf der Düsenseite 2 weist das Spritzgusswerkzeug 1 eine Düsenseitenform 12 auf, der in der Figur etwa in der Mitte gezeigt eine Düsenseitenaussparung 13 aufweist. In die Düsenseitenaussparung 13 ist ein Teil eines Einsatzes 22, 24 einsetzbar. In 1a ist hier exemplarisch ein Düsenseiteneinsatz 22 in die Düsenseitenaussparung 13 eingesetzt gezeigt.
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Auf der Auswerferseite 4 weist das Spritzgusswerkzeug 1 eine Auswerferseitenform 14 auf, der in der 1a etwa in der Mitte gezeigt eine Auswerferseitenaussparung 15 aufweist. Die Auswerferseitenaussparung 15 schließt in diesem Beispiel an der Werkzeugtrennung 3 passend an die Düsenseitenaussparung 13 an. In die Auswerferseitenaussparung 15 ist auch ein Teil des Einsatzes 22, 24 einsetzbar, wobei hier ein Auswerferseiteneinsatz 24 beispielhaft eingesetzt gezeigt ist.
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Zusammengenommen, wenn das Spritzgusswerkzeug 1 geschlossen ist, bilden die Auswerferseitenaussparung 15 und die Düsenseitenaussparung 13 eine hexagonale Form, die punktsymmetrisch bezüglich einem Punkt auf der Trennebene 3 bzw. zweizählig drehsymmetrisch bezüglich einer Achse senkrecht zu der Schnittebene ist. Natürlich sind auch andere Formen, die dreh- oder punktsymmetrisch sind in anderen Beispielen vorteilhaft einsetzbar und auch andere Symmetriezentren, wie beispielsweise von der Trennebene 3 verschieden, sind denkbar.
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In diesem Beispiel weisen die Auswerferseitenaussparung 15 und die Düsenseitenaussparung 13, und damit auch vorteilhafterweise der Auswerferseiteneinsatz 24 und der Düsenseiteneinsatz 22, die gleiche Form auf. Hier kann der Auswerferseiteneinsatz 24 mit dem Düsenseiteneinsatz 22 dadurch in Deckung gebracht werden, dass er bezüglich einer Achse der Trennebene, die senkrecht auf der Schnittebene der 1a steht, um 180 Grad gedreht wird. Dies stellt lediglich ein Beispiel einer solchen Anordnung dar, und andere Drehachsen, Drehungen, Verlagerungen etc. sind denkbar. Auch müssen die jeweiligen Aussparungen bzw. die jeweiligen Einsätze einander nicht vollständig entsprechen. In anderen Beispielen ist es ausreichend, dass die Einsätze in mehr als einem eingesetzten Zustand, wenn das Spritzgusswerkzeug geschlossen ist, das Formstück definieren.
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Zur leichteren Identifizierung des Auswerferseiteneinsatzes 24 und des Düsenseiteneinsatzes 22 können Markierungen 24a bzw. 22a auf den jeweiligen Einsätzen 22, 24 vorgesehen werden. Hierdurch wird eine Wahrscheinlichkeit eines ungewollten Einsetzens der jeweiligen Einsätze in die falsche Aussparung verringert.
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Zwischen Düsenseiteneinsatz 22 und Auswerferseiteneinsatz 24 ist ein Hohlraum 10 gebildet, der die Form des zu gießenden Formteiles definiert.
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Ferner ist in der Schnittansicht ein Schieber 30 gezeigt, der senkrecht zu der Schnittebene in das Werkzeug eingeführt und daraus herausgeführt werden kann. Der Schieber 30, der zu einer einfacheren Positionierung eine Markierung 30a aufweist, ist in dem in 1a gezeigten Beispiel auf seiner Oberseite gekrümmt, während er auf seiner Unterseite im Wesentlichen plan ist. Der Schieber 30 kann dazu dienen, einen Hohlraum, wie beispielsweise einen Rohreinlass, in dem spritzzugießenden Formteil herzustellen. Nach dem Erstarren des Formteils und vor oder nach dem Öffnen des Werkzeugs 1 entlang der Trennebene 3 wird der Schieber 30 senkrecht zu der Ebene der Schnittansicht aus dem Formteil heraus geführt.
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1b zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Spritzgusswerkzeuges, das in 1a gezeigt ist, bei dem sich der Einsatz 22, 24 in einer zweiten Stellung befindet. Insbesondere befindet sich der Düsenseiteneinsatz 22 in die Auswerferseitenaussparung 15 eingesetzt und der Auswerferseiteneinsatz 24 in die Düsenseitenaussparung 13 eingesetzt. Bezüglich der oben erwähnten Drehachse senkrecht zu der in der Figur gezeigten Schnittebene befinden sich der Düsenseiteneinsatz 22 und der Auswerferseiteneinsatz 24 somit um 180 Grad gedreht eingesetzt. Dies kann auch an den Markierungen 22a und 24a gesehen werden, die sich spiegelverkehrt zu den Positionen der Markierungen 22a bzw. 24a in 1a befinden. Der Schieber 30 ist entsprechend um 180 Grad gedreht, so dass sich die gekrümmte Seite nun in der Zeichnung unten befindet. In diesem Beispiel ist die Schubachse des Schiebers 30 gleich der Schubachse des Schiebers 30 in der ersten Stellung, wie sie in 1a gezeigt ist.
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In diesem Beispiel ist der Einsatz 22, 24 aus einem Düsenseiteneinsatz 22 und einem Auswerferseiteneinsatz 24 gebildet. In anderen Beispielen kann der Einsatz 22, 24 aber auch aus mehr als den zwei Teilen gebildet sein und verschiedene Formteile durch Einsetzen der mehr als zwei Teile des Einsatzes 22, 24 in verschiedenen Stellungen erreicht werden. Beispielsweise können zwei Teile des Einsatzes 22, 24 auf der Düsenseite vorgesehen sein, denen ein Teil auf der Auswerferseite gegenübersteht und die verschiedenen Stellungen des Einsatzes 22, 24 können durch unterschiedliche Anordnungen der zwei Einsatzteile auf der Düsenseite erreicht werden.
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2a zeigt ein Beispiel eines Formteils 100, das durch das erfindungsgemäße Spritzgusswerkzeug 1 in der in 1a gezeigten ersten Stellung des Einsatzes 22, 24 geformt ist. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Formteil 100 um ein Verbindungsstück einer Lüftungsleitung. 2b zeigt ein Beispiel eines Formteils 200, das durch das erfindungsgemäße Spritzgusswerkzeug 1 in der in 1b gezeigten zweiten Stellung des Einsatzes 22, 24 geformt ist. Das Formteil 200 ist ebenfalls ein Verbindungsstück einer Lüftungsleitung, das einen anderen Anschluss ermöglicht. Ein Basisabschnitt 110 des Formteils 100 entspricht einem Basisabschnitt 210 des Formteils 200. Die Basisabschnitte entstehen aus einem Abschnitt des Werkzeugs, an dem kein Einsatz zwischen Düsenseitenform 12 und Auswerferseitenform 14 eingesetzt wird.
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Ein Einsatzabschnitt 120, 220 ist zwischen dem Formteil 100 und dem Formteil 200 verschieden. Insbesondere entsteht der Einsatzabschnitt 120 durch das Spritzgusswerkzeug 1 und den Einsatz 22, 24 in der in 1a gezeigten ersten Stellung und der Einsatzabschnitt 220 durch Rotation des Einsatzes 22, 24 in die in 1b gezeigte Stellung. Eine Schieberrichtung 33 des Schiebers 30 ist in den beiden Formteilen 100 und 200 identisch, der Schieber 30 selbst ist, wie auch aus 1a und 1b ersichtlich, allerdings der Geometrie des Einsatzes 22, 24 angepasst und gedreht. Die jeweiligen Einsatzabschnitte 120, 220 definieren somit unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten der Formteile 100, 200, im Beispiel um 180 Grad gedreht.
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In einem Beispiel werden die Basisabschnitte 110, 210 der beiden Formteile 100, 200 gleich angeschlossen, beispielsweise in einem Fußboden oder in einer Decke eines Raumes. Dann sind an den unterschiedlichen Einsatzabschnitten 120, 220 unterschiedliche Vorrichtungen, beispielsweise Lüftungsgeräte oder ein Lüftungskanal, anschließbar. Alternativ können genauso die Basisabschnitte 110, 210 derart montiert werden, dass die jeweiligen Einsatzabschnitte 120, 220 gleich ausgerichtet werden. Beispielsweise kann hierfür das Formteil 100 mit dem Basisabschnitt 110 in der Decke und das Formteil 200 mit dem Basisabschnitt 210 in dem Fußboden montiert werden. Dann kann das Lüftungsgerät oder der weitere Lüftungskanal unabhängig von einer Montage in der Decke oder in dem Fußboden einfach angeschlossen werden.
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3a und 3b zeigen Schnitte durch das in 2a bzw. 2b gezeigte Formteil in einer ersten Schiebergeometrie. Der Schieber 30 und ein weiterer Schieber 40, der senkrecht zu dem Schieber 30 entlang einer Richtung 43 eingeführt wird, sind in dem Formteil 100 gezeigt. Zur Einfachheit der Darstellung ist der Rest des Spritzgusswerkzeuges 1, der sich außerhalb des Formteils befindet nicht gezeigt.
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Der Schieber 30 und der Schieber 40 füllen den Raum im Inneren des Formteils 100 aus, so dass nach einem Entfernen der Schieber 30, 40 ein Hohlraum entsteht. Der Schieber 30 ist bis zu einer Anschlagsfläche 36 eingeführt und grenzt mit einer Fläche 34 an den Schieber 40. Eine der Fläche 34 gegenüberliegende Fläche 38 grenzt an das Formteil 100 an. In 3b ist der Schieber 30 um 180 Grad gegenüber dem in 3a gezeigten Zustand gedreht. Die Schieberrichtungen 33 und 43 entsprechen den in 3a gezeigten Schieberrichtungen. Eine Kontaktfläche der Schieber 30 und 40 ist nun die Fläche 38 des Schiebers 30, da dieser um 180 Grad um die Schieberachse 33 gedreht ist.
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4a und 4b entsprechen den in 3a und 3b gezeigten Schnittansichten, wobei ein zweites Beispiel einer Schiebergeometrie mit einem ersten Schieber 300 und einem zweiten Schieber 400 gezeigt ist. Der Raum 410, der in der ersten Schiebergeometrie von dem Schieber 30 ausgefüllt wurde, wird nun von dem Schieber 400 ausgefüllt. Im Gegenteil zu dem Beispiel der ersten Schiebergeometrie ist der erste Schieber 300 nun in beiden Stellungen des Einsatzes 22, 24, also sowohl in 4a als auch in 4b, über eine Kontaktfläche 360 in Kontakt mit dem Schieber 400. Weitere Flächen 340 und 380 des ersten Schiebers 300 definieren in diesem Beispiel ausschließlich das Formteil 100 bzw. 200 und sind in beiden Stellungen des Einsatzes nicht in Kontakt mit dem zweiten Schieber 400. In diesem Beispiel kann bevorzugt werden, den zweiten Schieber 400 vor dem ersten Schieber 300 einzuführen, um eine Anschlagsfläche für den Schieber 300 zu bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spritzgusswerkzeug
- 2
- Düsenseite
- 3
- Trennebene
- 4
- Auswerferseite
- 10
- Hohlraum
- 12
- Düsenseitenform
- 13
- Düsenseitenaussparung
- 14
- Auswerferseitenform
- 15
- Auswerferseitenaussparung
- 22
- Düsenseiteneinsatz
- 22a
- Markierungen
- 24
- Auswerferseiteneinsatz
- 24a
- Markierungen
- 30
- Schieber
- 30a
- Markierung
- 33
- Schieberachse
- 34
- Fläche
- 36
- Anschlagsfläche
- 38
- Fläche
- 40
- Schieber
- 43
- Schieberrichtung
- 100
- Formteil
- 110
- Basisabschnitt
- 120
- Einsatzabschnitt
- 200
- Formteil
- 210
- Basisabschnitt
- 220
- Einsatzabschnitt
- 300
- Schieber
- 340
- Fläche
- 360
- Kontaktfläche
- 380
- Fläche
- 400
- Schieber
- 410
- Raum
