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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlpinole für ein Gusswerkzeug. Außerdem betrifft die Erfindung ein Gusswerkzeug umfassend eine Kühlpinole. Das Gusswerkzeug dient insbesondere zum Herstellen von Fahrwerkskomponenten wie Radträger, Hilfsrahmen und Schwenklager.
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Aus dem Stand der Technik sind Kühlpinolen bekannt. Solche Kühlpinolen werden in Gusswerkzeugen eingesetzt, um eine Schmelze zu kühlen und um eine Ausnehmung innerhalb des Gusserzeugnisses herzustellen. Dabei weisen Kühlpinolen Bereiche auf, die mit der Schmelze unmittelbar in Kontakt stehen müssen. Diese Bereiche werden gekühlt und dienen somit zum Kühlen der Schmelze. Somit ist die Kühlpinole fluiddicht auszubilden, weswegen im Stand der Technik Kühlpinolen stets einstückig ausgebildet sind. Ist die Kühlpinole verschlissen, was durch wiederholten Kontakt mit der Schmelze zwangsläufig geschieht, so ist die gesamte Kühlpinole auszutauschen. Dies bedeutet, dass eine vollständig neue Kühlpinole gefertigt werden muss, was mit einem erheblichen Kostenaufwand sowie Zeitaufwand einhergeht.
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Des Weiteren sind Kühlpinolen sehr unflexibel aufgebaut. So ist durch die einteilige Fertigung keine flexible Materialauswahl ermöglicht. Somit ist stets ein Kompromiss bei der Auslegung der Kühlpinolen zu finden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlpinole bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und Montage langlebig und flexibel konfigurierbar ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Die Aufgabe wird somit gelöst durch eine Kühlpinole für ein Gusswerkzeug umfassend ein Basiselement und ein Wechselelement. Das Wechselelement dient zur Definition einer Kontur einer Kühlpinole. Insbesondere ist das Wechselelement derjenige Teil der Kühlpinole, der mit einer Schmelze innerhalb des Gusswerkzeugs in Kontakt gelangt. Das Basiselement ist nicht zum Kontakt mit der Schmelze vorgesehen. Das Basiselement dient lediglich zur Kühlung des Wechselelements. Das Wechselelement ist mit dem Basiselement über ein Schraubsystem trennbar formschlüssig verbunden. Somit sind sämtliche Komponenten, die zur Kühlung benötigt werden, in dem Basiselement angeordnet. Ist das Wechselelement aufgrund zu häufigen Kontakts mit der Schmelze verschlissen, so kann das Wechselelement einfach und aufwandsarm ausgetauscht werden, indem das Schraubsystem gelöst wird und das Wechselelement von dem Basiselement getrennt wird. Um eine Kühlpinole über einen langen Zeitraum in dem Gusswerkzeug zu verwenden, ist somit stets lediglich das Wechselelement auszutauschen. Es muss nicht die gesamte Kühlpinole neu gefertigt werden, wenn Verschleiß auftritt. Vielmehr erfolgt ein Verschleiß ausschließlich an dem Wechselelement, sodass nach dem Wechsel des Wechselelements wieder eine neuwertige Kühlpinole zur Verfügung steht. Gleichzeitig sind durch das reine Fertigen des Wechselelements Aufwand und Kosten zur Herstellung einer neuwertigen Kühlpinole reduziert. Schließlich ist bevorzugt ermöglicht, dass das Wechselelement aus einem anderen Material als das Basiselement ausgestaltet sein kann. Somit kann die Kühlpinole flexibel ausgelegt werden, um an konkrete Anwendungsfälle optimal angepasst zu sein.
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Die Kühlpinole ist somit zweiteilig ausgebildet. Durch das Schraubsystem ist dennoch eine formschlüssige Verbindung vorhanden, die insbesondere fluiddicht ist. Somit ist sichergestellt, dass ein Kühlmittel, das durch das Basiselement zum Kühlen des Wechselelements bereitgestellt ist, aus der Kühlpinole nicht austreten kann. Dazu umfasst das Schraubsystem besonders vorteilhaft eine Überwurfmutter, über die ein Stutzen des Basiselements an ein Gegenelement des Wechselelements gepresst wird. Der Stutzen ist insbesondere in einer Fluidleitung angebracht, innerhalb derer das Kühlmittel zwischen Wechselelement und Basiselement transportiert werden kann. Durch das Anpressen des Stutzens an das Gegenelement erfolgt eine Abdichtung. Besagte Abdichtung wird vorteilhafterweise durch einen Abdichtring optimiert. Das Gegenelement weist vorteilhafterweise ein Gewinde auf, auf das die Überwurfmutter aufschraubbar ist. Eine ähnliche Verbindungstechnik ist aus dem Bereich der Rohrleitungstechnik bekannt. Auch hier werden unterschiedliche fluidführende Rohre mit ähnlichen Schraubsystemen formschlüssig verbunden.
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Das Wechselelement weist vorteilhafterweise einen Formkörper zur Definition der Kontur der Kühlpinole auf. Der Formkörper ist somit derjenige Körper, der, zumindest teilweise, mit der Schmelze innerhalb des Gusswerkzeugs in Kontakt gelangt. Das Gegenelement des Schraubsystems ist bevorzugt einstückig mit dem Formkörper ausgebildet. Alternativ kann das Gegenelement auch stoffschlüssig mit dem Formkörper verbunden sein. Eine solche stoffschlüssige Verbindung ist vorteilhafterweise durch einen Schweißvorgang realisiert. Somit ist wiederum sichergestellt, dass keinerlei Fluid aus dem Wechselelement austreten kann. Gegenelement und Formkörper sind somit fluiddicht miteinander verbunden. Durch das stoffschlüssige Verbinden ist wiederum ermöglicht, dass Formkörper und Gegenelement aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können. Da nur der Formkörper in Kontakt mit der Schmelze gelangt, ist es vorteilhaft, wenn dieser aus einem anderen Material gefertigt ist, als das Gegenelement, das lediglich zum Verbinden von Basiselement und Wechselelement dient.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Wechselelement hohl ausgebildet ist. Ein Kühlmittelförderrohr des Basiselements erstreckt sich durch das Schraubsystem hindurch in das Wechselelement. Auf diese Weise ist ein Kühlmittel von dem Basiselement in das Wechselelement überführbar. Besonders vorteilhaft endet das Kühlmittelförderrohr an einer Spitze des Wechselelements, das bedeutet, an einem Punkt, der am weitesten von dem Basiselement entfernt ist. Somit ist ein sicheres und zuverlässiges Kühlen des Wechselelements erreicht. Ein Rückfluss des Kühlmittels findet insbesondere außerhalb des Kühlmittelförderrohrs statt, das bedeutet zwischen der Außenwand des Kühlmittelförderrohrs und der Innenwand des hohlen Wechselelements. Besonders vorteilhaft ist der zuvor beschriebene Formkörper hohl ausgebildet. Das Gegenelement weist eine rohrförmige Struktur auf, sodass durch besagte rohrförmige Struktur einerseits das Kühlmittelförderrohr hindurch reicht, andererseits zwischen der Innenseite des Gegenelements und der Außenseite des Kühlmittelförderrohrs Raum für rückfließendes Fluid verbleibt.
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Besonders vorteilhaft ist das Wechselelement fluiddicht mit dem Basiselement verbunden. Dabei ist vorgesehen, dass ausschließlich das Basiselement Anschlüsse zum Zuführen und Abführen eines Kühlmittels aufweist. Das Basiselement ist somit dasjenige Element, das zum Bereitstellen der Kühlleistung vorgesehen ist. Das Wechselelement muss somit lediglich den Kontakt mit der Schmelze sicherstellen und kann einfach und aufwandsarm ausgetauscht werden. Eine Fertigung des Basiselements ist somit aufwendiger als eine Fertigung des Wechselelements, wodurch die Fertigung der gesamten Kühlpinole vereinfacht ist. Schließlich ist das Wechselelement mehrfach zu fertigen und auszutauschen, während das Basiselement nur ein einziges Mal gefertigt werden muss und über die gesamte Lebensdauer der Kühlpinole verwendet wird. Das Wechselelement hingegen wird über die gesamte Lebensdauer der Kühlpinole mehrfach ausgetauscht, insbesondere dann, wenn dieses verschlissen ist.
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Das Wechselelement weist vorteilhafterweise eine Spitze auf. Die Spitze umfasst einen Kühlkanal zum Führen des aus dem Kühlmittelförderrohrs austretenden Kühlmittels. Insbesondere ist vorgesehen, dass besagter Kühlkanal spiralförmig und/oder wendelförmig ausgebildet ist. Somit ist ein sicheres und zuverlässiges Kühlen der Spitze des Wechselelements erreicht. Unter Spitze ist insbesondere, wie zuvor bereits beschrieben, ein Bereich mit maximalem Abstand zu dem Basiselement zu sehen. Vorteilhafterweise ist die Spitze aus einem anderen Material und/oder durch ein anderes Fertigungsverfahren hergestellt als das restliche Wechselelement. Besonders bevorzugt ist die Spitze durch einen 3D-Druck hergestellt. Unter 3D-Druck ist im Rahmen dieser Erfindung ein schichtweises Fertigungsverfahren zu verstehen. Durch dieses schichtweise Fertigungsverfahren wird die Spitze durch eine Vielzahl von aufeinander aufgetragenen Schichten gefertigt. Dadurch ist das Einbringen des Kühlkanals einfach und aufwandsarm ermöglicht. Durch die Materialauswahl lässt sich ein optimales Gestalten der Kühlpinole erreichen. Insbesondere ist durch eine passende Materialauswahl eine optimale Kühlung der Schmelze erreichbar, wodurch Gussteile sicher und zuverlässig fertigbar sind.
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Das Wechselelement ist alternativ oder zusätzlich vorteilhafterweise vollständig als 3D-DruckElement ausgebildet. Wie zuvor bereits beschrieben, ist das Wechselelement somit vorteilhafterweise durch ein schichtweises Fertigungsverfahren hergestellt. Dadurch lassen sich bevorzugt Kühlkanäle in das Wechselelement einbringen, um ein optimales Führen des Kühlmittels zu ermöglichen. Auch kann eine Materialauswahl zum Fertigen des Wechselelements flexibel erfolgen, um das Wechselelement optimal an vorgesehene Einsätze der Kühlpinole anzupassen.
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Besonders vorteilhaft ist das Wechselelement zumindest teilweise aus Wolfram gefertigt. Insbesondere ist derjenige Teil des Wechselelements, der in unmittelbaren Kontakt mit der Schmelze gelangt, aus Wolfram gefertigt. Durch das Fertigen aus Wolfram ist das Wechselelement sehr temperaturbeständig und somit optimal an den Einsatz in dem Gusswerkzeug angepasst. Ein Verschleiß des Wechselelements ist dadurch minimiert. Gleichzeitig ist eine optimale Kühlung der Schmelze erreicht, da das Basiselement eine Kühlleistung durch das aus Wolfram gefertigte Wechselelement optimal an die Schmelze übertragen kann.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Gusswerkzeug. Das Gusswerkzeug ist insbesondere ein Druckgusswerkzeug oder ein Kokillengusswerkzeug. Das Gusswerkzeug umfasst eine Kühlpinole, wie zuvor beschrieben. Somit ist das Gusswerkzeug kostengünstig zu betreiben, da bei Verschleiß der Kühlpinole lediglich das Wechselelement ausgetauscht werden muss. Es ist nicht die gesamte Kühlpinole selbst zu tauschen.
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Besonders vorteilhaft ragt die Kühlpinole durch ein Schalenelement des Gusswerkzeugs in eine Kavität. Besagte Kavität ist von dem Schalenelement umgeben, um so eine Form für ein Gusserzeugnis bereitzustellen. An dem Schalenelement ist die Kühlpinole befestigt. Dabei ist vorgesehen, dass innerhalb der Kavität lediglich das Wechselelement, insbesondere lediglich der Formkörper des Wechselelements vorhanden ist. Somit gelangt lediglich das Wechselelement, insbesondere lediglich der Formkörper des Wechselelements, in Kontakt mit der Schmelze innerhalb der Kavität. Auf diese Weise ist erreicht, dass Verschleiß lediglich an dem Wechselelement auftritt, nicht jedoch an dem Basiselement.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Abbildung einer Kühlpinole gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Abbildung des Schraubsystems der Kühlpinole gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 eine schematische Abbildung des Wechselelements der Kühlpinole gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 eine schematische Abbildung eines Wechselelements einer Kühlpinole gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 5 eine schematische Abbildung eines Wechselelements einer Kühlpinole gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 6 eine schematische Abbildung eines Gusswerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt schematisch eine Kühlpinole 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kühlpinole 1 umfasst ein Basiselement 3 und ein Wechselelement 4. Das Basiselement 3 dient zum Bereitstellen einer Kühlleistung, während das Wechselelement 4 eine Außenkontur der Kühlpinole 1 definiert und zum direkten Kontakt mit einer Schmelze innerhalb eines Gusswerkzeugs 2 (vgl. 6) vorgesehen ist.
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Das Basiselement 3 weist Anschlüsse 12 zum Zuführen und Abführen von Kühlmittel auf. Weiterhin umfasst das Basiselement 3 ein Kühlmittelförderrohr 11. Das Kühlmittelförderrohr 11 ist dazu vorgesehen, das Kühlmittel in das Wechselelement 4 einzubringen. Das Wechselelement 4 ist dazu hohl ausgebildet, sodass sich das Kühlmittelförderrohr 11 innerhalb des Wechselelements 4 erstrecken kann. Eine Rückführung des Kühlmittels erfolgt insbesondere außerhalb des Kühlmittelförderrohrs 11. Dazu ist eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Basiselement 3 und dem Wechselelement 4 erforderlich. Diese Verbindung wird durch ein Schraubsystem 5 erreicht.
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Das Schraubsystem 5 umfasst eine Überwurfmutter 6. Die Überwurfmutter 6 drückt einen Stutzen 7 des Basiselements 3 an ein Gegenelement 8 des Wechselelements 4. Das Gegenelement 8 weist dazu ein Gewinde 9 auf, auf das die Überwurfmutter 6 aufschraubbar ist. In 2 ist der verschraubte Zustand des Schraubsystems gezeigt.
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Um eine Fluiddichtigkeit zu gewährleisten, weist das Schraubsystem 5 bevorzugt einen Dichtring (nicht gezeigt) auf. Dieser Dichtring ist bevorzugt zwischen dem Stutzen 7 und dem Gegenelement 8 angeordnet und stellt somit Fluiddichtigkeit sicher.
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Der Stutzen 7 ist insbesondere an einem Verbindungsrohr 17 angebracht. Innerhalb des Verbindungsrohrs 17 verläuft einerseits das Kühlmittelförderrohr 11, andererseits ist zwischen einer Außenwand des Kühlmittelförderrohrs 11 und des Verbindungsrohrs 17 Raum für rückfließendes Fluid. Somit kann das Kühlmittel durch das Kühlmittelförderrohr 11 in das Wechselelement 4 eingebracht werden und außerhalb des Kühlmittelförderrohrs 11 zurück zu dem Basiselement 3 fließen, um durch einen der Anschlüsse 12 abgeführt zu werden.
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Bei dem Schraubsystem 5 kann es sich insbesondere um eine Kombination einzelner genormter Teile handeln. So kann beispielsweise eine Überwurfmutter gemäß DIN 3870/ISO 8434-1 verwendet werden. Bei dem Stutzen handelt es sich insbesondere um ein Normteil gemäß DIN 2391. Das Gegenelement 8 ist vorteilhafterweise ein Anschlussstück gemäß DIN 2353/ISO 8434-1.
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3 zeigt schematisch das Wechselelement 4 der Kühlpinole 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei umfasst das Wechselelement 4 das Gegenelement 8 und den Formkörper 10. Das Gegenelement 8 und der Formkörper 10 sind separate Elemente, die durch ein formschlüssiges Verbindungsverfahren miteinander verbunden sind. Insbesondere sind Gegenelement 8 und Formkörper 10 miteinander verschweißt. Somit ist Fluiddichtigkeit zwischen Gegenelement 8 und Formkörper 10 gewährleistet.
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Der Formkörper 10 weist außerdem eine Spitze 13 auf. Es ist vorgesehen, dass das Kühlmittelförderrohr 11 bis in die Spitze 13 des Formkörpers 10 reicht, um so eine sichere und zuverlässige Kühlung des gesamten Formkörpers 10, insbesondere auch der Spitze 13, sicherzustellen.
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Der Formkörper 10 ist vorteilhafterweise aus Wolfram gefertigt. Dadurch wird eine bessere Verschleißbeständigkeit erreicht. Bei dem Gegenelement 8 kann es sich insbesondere um herkömmlichen Arbeitsstahl handeln. Das Gegenelement 8 ist vorteilhafterweise nicht für den Kontakt mit der Schmelze innerhalb des Gusswerkzeugs 2 vorgesehen und muss daher nicht gegen erhöhten Verschleiß ausgelegt werden.
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4 zeigt ein Wechselelement 4 einer Kühlpinole 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei entspricht das Wechselelement 4 im Wesentlichen dem in 3 gezeigten Wechselelement 4, lediglich die Spitze 13 ist unterschiedlich. So ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Spitze 13 durch einen 3D-Druck hergestellt ist. Die Spitze 13 weist außerdem einen Kühlkanal 14 auf, der sich wendelförmig erstreckt. Somit ist sichergestellt, dass das Kühlmittel, das durch das Kühlmittelförderrohr 11 zu der Spitze 13 geleitet wird, durch den Kühlkanal 14 die Spitze 13 optimal kühlt.
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5 zeigt ein Wechselelement 4 einer Kühlpinole 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei ist das Wechselelement 4 vollständig durch einen 3D-Druck hergestellt. Dabei ist die Spitze 13 analog zu dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut, dies bedeutet, dass ein wendelförmiger Kühlkanal 14 vorhanden ist, um die Spitze 13 optimal zu kühlen.
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Die einzelnen Wechselelemente 4, wie in 3 bis 5 gezeigt, lassen sich vorteilhafterweise alle auf dasselbe Basiselement 3 aufbringen. So weisen sämtliche Wechselelemente 4 ein gleichartiges Gegenelement 8 auf, sodass die Überwurfmutter 6 stets mit besagtem Gegenelement 8 verschraubbar ist. Auf diese Weise ist erreichbar, dass mit dem denselben Basiselement 3 eine große Vielzahl von unterschiedlichen Wechselelementen 4 verwendet werden können. Das Wechselelement 4 kann somit optimal an einen vorgesehenen Anwendungsfall der Kühlpinole 1 angepasst werden.
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6 zeigt schematisch ein Gusswerkzeug 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gusswerkzeug 2 weist vorteilhafterweise eine nicht gezeigte Kokille auf, über die eine Schmelze in eine Kavität 16, die durch ein Schalenelement 15 umgeben ist, eingeführt werden kann. In die Kavität 16 ragt eine Kühlpinole 1 ein. Die Kühlpinole 1 ist insbesondere eine Kühlpinole 1 wie zuvor beschrieben.
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Es ist vorgesehen, dass lediglich das Wechselelement 4, insbesondere lediglich der Formkörper 10, innerhalb der Kavität 6 angeordnet sind. Sämtliche sonstigen Bereiche der Kühlpinole 1 befinden sich außerhalb der Kavität 16. Somit ist insbesondere lediglich das Wechselelement 4, insbesondere lediglich der Formkörper 10, einem erhöhten Verschleiß durch den Kontakt mit der Schmelze ausgesetzt. Da das Wechselelement 4 einfach und aufwandsarm gefertigt und ausgewechselt werden kann, ist kein Austausch der gesamten Kühlpinole 1 notwendig. Vielmehr ist ein kostengünstiges und aufwandsarmes Wechseln des Verschleißteils, das bedeutet, des Wechselelements, ermöglicht. Somit ist die Kühlpinole 1 über ihre gesamte Lebensdauer sehr kostengünstig und aufwandsarm zu betreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlpinole
- 2
- Gusswerkzeug
- 3
- Basiselement
- 4
- Wechselelement
- 5
- Schraubsystem
- 6
- Überwurfmutter
- 7
- Stutzen
- 8
- Gegenelement
- 9
- Gewinde
- 10
- Formkörper
- 11
- Kühlmittelförderrohr
- 12
- Anschlüsse
- 13
- Spitze
- 14
- Kühlkanal
- 15
- Schalenelement
- 16
- Kavität
- 17
- Verbindungsrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 3870/ISO 8434-1 [0022]
- DIN 2391 [0022]
- DIN 2353/ISO 8434-1 [0022]
