DE2200275A1

DE2200275A1 - Baustein und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2200275A1
Application number: DE19722200275
Authority: DE
Inventors: Alan Dawn
Original assignee: ES Perry Ltd
Current assignee: ES Perry Ltd
Priority date: 1971-01-07
Filing date: 1972-01-04
Publication date: 1972-07-27
Also published as: HK7779A; FR2120708A5; JPS5318930B1; JPS53743A; IT940536B; GB1376301A

Description

HANS-JOACHIM KANTNER ' ■

, _lin 6 FRANKFURT AM MAIN, DEN ,}, !. . «.

DIPLOM-INQENIEUR oeoro-voiqt-strassei/

(UNMITTELBAR NAHE MESSEQELÄNDE UND UNIVERSITÄT)

PATENTANWALT DIPL.-INQ. H.-J. KANTNER. * TELEPHON: (0611) -774S04

FRANKFURT AM MAIN. QEORq-VOIQT-STRASSE 17 TELEQBAMM: KANTNERPATENTE FRANKFURTMAIN

Neue Adresse; new address:

6079 SPRENDLINGEN/HESSEN

Hegelstrasse 49/51

TELC-'riCM: (Oö!03)-82283

Firma

E,S. Perry Limited

Qsmiroid Works

Gosport, Hampshire, England

Baustein und Verfahren su

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Die Erfindung bQaieht sich allgemein auf Lehr- und Lernhilfe», Sarbi@tungseinrichtiing©n umd Zusanraienßets-Spiölseug© für Kinder und betrifft im besonderen Bausteineinlieiten, die durch eiae Zapfen-Aufnahme-Verbindung miteinander verbunden und aneinander gehalten werden können, sowie gemäß einem weiteren übergeordneten Erfindungsgedanken ein Verfahren zur Herstellung solcher Bausteine.

Die Verwendung von Bausteinen als Lehr- und Lernhilfe ist bereits seit langer Zeit bekannt. Auch viele Spielzeug-Baukästen besitzen solche Bausteine.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Einfachheit, wandelbarkeit insbesondere hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten und strukturellen Stabilität in einem Baustein zu vereinigen. Dabei soll durch Einführen einer Zapfen-Loch-Verbindungs-Anordnung mit speziell wertvollen Merkmalen eine Anzahl gleichartiger Bausteine oder Einheiten als baukastenartiges Spielzeug für das Formen komplexer Konturen und als Hilfsmittel beim Lehren verwandt werden können, und zwar unter anderem beim Lesen, Zählen, der Geometrie oder Topologie usw., wobei die Anwendungsgebiete lediglich durch den Einfallsreichtum des Benutzers begrenzt sind.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Baustein in Form eines massiven quaderförmigen Körpers mit einer ebenen Oberfläche ausgebildet ist, eine von dessen anderer]Oberflächen einen Zapfen oder Vorsprung rechtwinkliger Querschnittskontur und dessen übrige Oberflächen Jeweils eine Ausnehmung solcher Querschnittsund Tiefenabmessungen aufweisen, daß von jeweils einer solchen Ausnehmung der Zapfen oder Vorsprung eines gleichartigen anderen Bausteins aufnehmbar ist, wobei der Zapfen oder Vorsprung und die Ausnehmungen jeweils so geformt sind, daß ein durch Übermaß bedingter Sitz gebildet wird, wenn zwei gleichartige Bausteine miteinander verbunden werden.

Ein solcher durch Übermaß bedingter Sitz wird am besten erzielt durch kleine Unterschiede in den Dimensionen von Steckaufnahmen und Zapfen, wodurch der Zapfen eines Bausteins sich hinter den Kanten mit den Randbereichen der Steckaufnahme eines anderen Bausteine verklemmen wird, nachdem während der Einführung des Zapfens in die

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Steckaufnahme eine elastische Verformung aufgetreten ist. Solehe Unterschiedlichkeiten der Dimensionen können durch das im folgenden noch zu "beschreibende, mit Spritzgußtechnik arbeitende Verfahrea gemäß dem weiteren übergeordneten Erfindungsgedanken erzielt werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Zapfen eine quadratische Querschnittskontur aufweisen. Weiterhin hat es eich als zu bevorzugen herausgestellt, wenn die Kanten des Zapfens» welche sich senkrecht zu der Oberfläche erstrecken, von welcher der Zapfen selbst sich wegerstreckt, abgerundet sind, wodurch ein Durchströmkanal für das Entweichen von Luft aus dem Steckaufnahmenraum geschaffen wird, welche aus diesem durch das Einführen des Zapfens eines anderen gleichartigen Bausteins nach der Erfindung ausgetrieben wird. Die Ecken der Steckaufnahme können gleichfalls Abrundungen aufweisen, vorausgesetzt natürlich, daß die Hadien kleiner sind als die am zugeordneten Zapfen.

Häufig ist es vorteilhaft, wenn die parallel zu den jeweiligen Stirnflächen von Zapfen und/oder Ausnehmungen bzw. Steckauf nahmen für die Zapfen verlaufenden Kanten derselben abgerundet sind, und zwar beispielsweise mit einem Radius von 0,23 mm, um die Tendenz zu verringern, daß durch den Zapfen die für ihn bestimmte Steckaufnahme oder umgekehrt durch die Steckaufnähme der Zapfen beschädigt oder zerstört werden könnte, wenn das Einführen des Zapfens eines Bausteins in eine Steckaufnahme eines gleichartigen Bausteins ohne genaue Ausrichtung beider zueinander versucht wird. Eine solche ungenaue Ausrichtung kann oft dann der Fall sein, wenn Bausteine nach der Erfindung von jungen Kindern benutzt werden.

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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungeform weist der Baustein die Form eines Würfels auf, und zwar dabei gemäß weiterer zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung mit einer Kantenlange in der QrSBe einer spezifischen Längeneinheit, wie beispielsweise 1 cm, um eine Aesoziation zwischen der Länge eines oder mehrerer linear aneinandergereihter Bausteine und einer Standard-Längeneinheit zu vermitteln. Auf diese Weise kann man durch Kombinieren von Bausteinen die Konzepte von Länge, Fläche oder Volumen lehren·

Weiterhin ist es häufig vorteilhaft, einen Baustein mit einem Standardgewicht, beispielsweise einem Gewicht von 1 Pond, su haben, und der massive Baustein nach der Erfindung erleichtert dies· Wenn entsprechende Einheitskantenlänge eines würfelförmigen Bausteins nach der Erfindung mit einem entsprechenden Einheitsgewicht kombiniert werden, nämlich beispielsweise eine Koxtenlänge von 1 cm mit einem Einheitegewicht von 1 Pond, dann kann man auf diese Weise mit einem solchen Baustein erfindungsgemäß auch den Begriff des spezifischen Gewichtes bzw. der Hasse oder der spezifischen Hasse darstellen.

Weiterhin hat es sioh als vorteilhaft erwiesen, wenn der Zapfen und/oder die Ausnehmungen Jeweils praktisch würfelförmige Oberfläohenkontur aufweisen.

In weiterer Fortbildung der Erfindung kann mindeetene eine Oberfläche des Bausteins nach der Erfindung farbig ausgebildet sein, oder aber es kann der Baustein auf mindestens einer seiner Oberflächen die Barstellung Jeweisp. mindestens eines Buchstabens, einer Zahl und/oder eines anderen Symbols aufweisen, welche durch Bemalung oder Prägen oder erhabenes Heraustreten an einer oder

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Wenn eine Anzahl Bausteine nach der Erfindung farbig sind, können sie zur Herstellung von Mosaiken benutst werden, und beim Lehren einfacher Geometrie und Arithmetik können sie zum Erläutern des Begriffes Fläche Verwendung finden, da das Kind eine vorbestinmte Pläohenkontur mit den miteinander verbundenen bzw. verblockten Pläoheneleaenten ausfüllen und diese dann auszahlen kann, um das Pläoheninhaltsmaß der vorgegebenen Randkontur zu finden·

Es wird bevorzugt, daß der Baustein nach der Erfindung aus einem federnden Kunststoffmaterial hergestellt wird, und es wurde gefunden, daß zu diesem Zwecke höohst geeignet Materialien wie beispielsweise Akrylnitrilbutadiinstyrol, das im Handel unter dem Namen "OTCX)LAC T" erhältliche Material der Firma Marbon Chemicals odex? ähnliche Kunststoffe sind.

Die Herstellung zufriedenstellender Einheiten nach der Erfindung ist nicht einfach. Es wurde beispielsweise gefunden, daS, obgleich ausreichende Durchtritteöffnungen für den Auslaß von Luft vorgesehen waren, der Zapfen die Tendenz hat, unter der Wirkung der Auswurfneigung von Zapfen und Steckaufnahme, welche für den Spritzgieß- Vorgang erforderlich ist und zu einem Mindestmaß immer vorhanden sein muß, ausgestoßen zu werden. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu überwinden, ist die Verwendung eines federnden Materials wie beispielsweise Polyäthylen, und dadurch eine großflächige Verbindung sich hintergreifender Teile zwischen Zapfen und Steokaufnähme zu schaffen. Dies führt jedoch unglücklicherweise zu Beschädigungen des Zapfens und/oder der Steckaufnahme, und zwar dies bereits nach, sehr kurzer Zeit, was dann sehr schlechte Sitze beider Teile aneinander

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und eine Ausstoßen des Zapfens zur Folge hat.

Dieses Problem konnte gemäß dem zweiten übergeordneten Erfindungegedanken_t welcher eich auf ein Verfahren zur Herstellung der Bausteine nach der Erfindung besieht, behoben werden· Das Verfahren gemäß diesem Erfindungsgedanken kennzeichnet sich dadurch, daß zur Herstellung von Bausteinen der bereits beschriebenen Art die quaderförmigen Blockkörper im Spritzgußverfahren aus einem steif federnden Material in einer Form mit gerade der zur Erleichterung der Entnahme des Formlinge erforderlichen minimalen Auswurfneigung geformt werden, daß dabei die Form auf einer Temperatur unterhalb etwa 4,45⁰O (4O⁰F) gehalten wird, daß der Blockkörper aus der Form ausgestoßen wird, wenn jeweils der Block so auereichend abgekühlt ist, daß sieh auf seiner Oberfläche «ine starre Haut gebildet hat, und daß der ausgestoßene Block weiterhin einer Kühlwirkung in einem kalten Wasserbad ausgesetzt wird.

Es hat sich als zu bevorzugen herausgestellt, wenn die Form durch auf einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt gehaltenes Wasser gekühlt wird. Als für die Durchführung des beschriebenen Verfahrene besonders geeignetes Material wurde Akrylnitrilbutadinstyrol (ABS) gefunden.

Die Form wird mit Vorzug aus einem harten Material wie beispielsweise Stahl der der englischen Norm B.S.S. EN30B entsprechenden Qualität, gebildet, welches einer Luft-Härtungs-Vorbehandlung bis zu einer Härte von etwa ^O Rockwell unterworfen und einsatz-gehärtet worden ist, um eine Oberflächenhärte von etwa 60 Hockwell insbesondere an den miteinander zusammenwirkenden Oberflächen der beiden Formhälften zu erzielen. In dieses Falle sind

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diejenigen Formteile, welche Höhlungen aufweisen, mit Vorzug mittels Funkenerosion herausgearbeitet.

Dieses Verfahren hat die überraschende Wirkung, daß die Zapfen die Tendenz haben, sich in Querschnittsriohtung nahe ihrem Fuß auszudehnen, wenn der Block abkühlt und sich verfestigt. Dies wiederum hat den weiteren überraschenden Effekt, daß auf diese Weise das Problem des Herausstoßens bzw. Herausspringens des Zapfens überwunden wird, indem gefunden wurde, daß der Zapfen Jeweils zufriedenstellend innerhalb der zugeordneten Steckaufnahme gehalten wurde, und zwar dies ohne Jede Notwendigkeit, daß ein zu großes Übermaß und Materialien mit besseren Federungseigenschaften verwandt werden müßten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Bausteins und einer Herstellungsform, mittels derer das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwirklicht wird, welche Jeweils in den Zeichnungen dargestellt «ind, rein beispielsweise näher beschrieben. Dabei zeigern

Figur 1 eine Draufsicht auf einen Baustein nach der Erfindung,

Figur 2 eine Seitenansicht des Bausteins gemäß Figur 1 aus Richtung des Pfeiles D gemäß Figur 1,

Figur 5 eine Seitenansicht des Bausteins gemäß Figur 1 in Richtung des Pfeiles A gemäß Figur 1,

Figur 4 eine Untereicht unter den Baustein gemäß Figur 1,

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Figur 5 einen Schnitt durch den Baustein gemäß Figur 1 länge Linie X-X gemäß Figur 1, und

Figur 6 eine echematische Teildarstellung eines Schnittes durch einen Apparat zum Spritzgießen der Bausteinblöcke gemäß Figur 1 bis 5·

In den Figuren 1 bis 5 ist eine typische Bausteineinheit nach der Erfindung gezeigt, welche einen massiven Würfel 10 mit einer ebenen Oberfläche bzw· Stirnfläche 12 aufweist. Von den übrigen Oberflächen weist eine einen Zapfen 14 quadratischer Querschnittskonfiguration auf, welcher von der Basisfläche hervorsteht, während alle anderen Würfeloberflächen Steckaufnahmen 16 quadratischer Querschnittskonfiguration und solcher Dimensionierung aufweisen, daß diese Steckaufnahmen jeweils einen durch Übermaß bedingten Sitz für den Zapfen 14- bilden.

Sie Kanten 18 des Zapfens und die Ecken bzw. Kanten 19 der Steclcaufnahmen sind ^©t ®tls abgerundete wobei die Radien der Kanten 18 größer als Sie der Ecken bzw. Kanten 19 sind, wodurch, wenn ein Zapfen in eine Steckaufnahme eines anderen Bausteins nach der Erfindung eingeführt wird, ein Durchtrittsraum freigelassen wird, welcher das Entweichen der Luft ermöglicht. Die Kanten 21 weisen gleichfalls Abrundungen auf.

Sie in Figur 6 dargestellte Form, welche zwei Formstücke zur Ausführung bzw. Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zeigt, weist zwei voneinander trennbare Hälften 20 und 22 auf, von denen JeAe aus einem einzigen Stück beispielsweise Nickel-Chrom-Stahl und zwar vorzugsweise der den britischen Stahlnormen B.S.S. ENJOB

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entsprechenden Qualität, gebildet ist, welches einer Luft-Härtungs-Vorbehandlung bis zu einer Härte von zwischen etwa 48 und etwa 52 Rockwell unterworfen und einsatzgeh&rtet worden ist, um eine Oberflächenhärte von zwischen etwa 58 und etwa 64 Rockwell insbesondere an den miteinander zusammenwirkenden Oberflächen 24 und 26 der Formhälften 20 bzw· 22 zu erreichen.

Zwei kubische Ausnehmungen 28 sind in der unteren Forohälftc 22 durch Funkenerosion eingearbeitet. Jede Ausnehmung 28 weist die minimale Auswurfneigung (Auswerferneigung) auf, welche erforderlich ist, um eine Entnahme des Formlinge zu erleichtern.

Von drei Seiten ragen in die Ausnehmung 28 rückziehbare Stifte 30 (von denen lediglich zwei pro Ausnehmung 28 gezeigt sind) und von der Bodenfläche her ein ortsfest gehaltener Stift 32 hinein. Der Zentralbereich eines jeden Stiftes 28 oder 30, welcher in die Ausnehmung 28 hineinragt, ist in bezug auf seine Ouerechnittskonfigurafcion quadratisch mit elnom minimalen Kanteuradius ausgebildet und an das Ende des im übrigen runden Stiftes durch Schleifen angearbeitet.

Die ortsfest gehaltenen Stifte 32 sind Jeweils von einer gleitend auf ihnen verschiebbaren Hülse 34 umgeben. Die H(IlOU 1st in die Ausnehmung 28 hineineohiebbar, um den FormLIng auszuwerfen, nachdem die obere Formhälfte 20 entfernt worden ist.

Die obere Formhälfte 20 ist mittels Funkenerosion so bearbeitet, daß sie iwei Ausnehmungen. 36 quadratischen Querschnittes und solcher Dimensionen aufweist, daß an den Formling ein Zapfen angeformt wird, welcher mit

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Schiebesitz ia eine der Aufnahmeausnehmungen paßt, die durch die einen epiadmtiseliea Querschnitt aufweisenden Zentralbereieh© der Stifte 3O₉ 32 g®bildet sind.

Die Fora wird durefe. Wasser gekülblt, welches in den Durchströmöffnungea 38 sirfalliert«,

Bei Gebrauch wird fael&em geseMolzenes ©der pasteusee Akiylnitrirbutadi&st^s»®! ia di© geseialoseeae Form eingespritzt«. (Es wurde als besonders geeignet das von der Firma Karben Chemicals unter der Bezeichnung "OYCOLAO grade Tⁿ vertrieben© Material Ibefimden) _β Das in den Strömungskanälen 33 zirkulierende Wasser wird unterhalb etv;a 4,45⁰O (40⁰F) und mit Verzug nahe dem Gefriepunkt gehalten, um die Form so ausreichend au Minien, daß sich schnell eine starke Haut auf dem Formling bildet. Die obere Fonnhälfte wird ä©n& entfernt, die Stifte 30 werden herausgezogen, und di© Sehiebehföls© 34 wird ausgefahren, um die Formlinge auszustoßen, welche in kaltes Wasser fallen, um ihre eigene Verfestigung nunmehr fortzuführen· Natürlich muß unter Produktionsverhältnissen dieses Kaltwasser von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, um es an die Umgebungstemperatur anzupassen.

Zusätzlich zu den oben als bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschriebenen würfelförmigen Bausteinen können auch bestimmte andere Formgebungen innerhalb des Rahmens der Erfindung gebildet werden, und zwar dies vornehmlich zum Zwecke der Verwendung als Verbindungsstücke zwischen den beschriebenen kubusartigen Formungen. So kann beispielsweise ein (Teil, welches in seiner Draufsicht quadratisch, jedoch in seiner Seitenansicht dreieckig ausgebildet ist, Verwendung bei der Verbindung von

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Würfeln unter Winkeln "bezüglich einander Verwendung finden, welche eine andere Größe als 90° besitzen. Weiterhin kann eine Bodenplatte gebildet werden, welche eine Vielzahl von Steckaufnahmen aufweist, die geeignet sind, die Zapfen von Würfeln festzulegen, oder aber eine Vielzahl von quadratischen Zapfen für die Festlegung von Zapfen und Aufnahmeloch aneinander aufweist·

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Claims

Patentansprüche

1.) Baustein, dadurch gekennzeichnet» daß er in form eines massiven guaderförmigen Körpers (10) mit einer ebenen Oberflächt (12) ausgebildet ist, eine von dessen anderen Oberflächen einen Zapfen oder Voreprung (14) rechtwink-* liger Querschnittakontur und dessen übrige Oberflächen Jeweils eine Ausnehmung (16) solcher Quersohnitts- und liefenabmessungen aufweisen, daß von jeweils einer solchen Ausnehmung (16) der Zapfen oder Voreprung (14) eines gleichartigen anderen Bausteins aufnehmbar ist, wobei der Zapfen oder Voreprung (14) und die Ausnehmungen (16) Jeweils so geformt sind, daß ein durch Übermaß bedingter Sitz gebildet wird, wenn zwei gleichartige Bausteine miteinander verbunden werden.

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2.) Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (14·) eine quadratische Querschnittskontur aufweist.

3.) Baustein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet_t daß die Kanten (18) des Zapfens (14), welche sich senkrecht zu der Oberfläche erstrecken, von welcher der Zapfen (14) selbst sich wegerstreckt, abgerundet sind.

4.) Baustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet« daß jede Ausnehmung (16) praktisch quadratische Querschnittskontur aufweist und daß die Kanten (18) des Zapfens (14), welche sich senkrecht zu der Oberfläche erstrecken, von welcher der Zapfen (14) selbst sich wegerstreckt, mit einem größeren Radius abgerundet sind als die zugeordneten Kanten (19) der Ausnehmung (16), in welche dieser Zapfen (14) einführbar ist.

5·) Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zu den jeweiligen Stirnflächen von Zapfen (14) und/oder Ausnehmungen (16) verlaufenden Kanten (21) derselben abgerundet sind.

6.) Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Gewicht von 1 Pond.

7.) Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der quaderförmige Körper (10) ein Würfel ist.

8·) Baustein nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenlänge des Würfels 1 cm beträgt.

9·) Baustein nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gtktnnssiohnst. daß der Zapfen (14) und/oder die Ausnehmungen (16) Jtweilβ praktisch würfelförmige Oberflächenkontur aufweisen.

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10.) Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine seiner Oberflächen farbig ausgebildet ist.

11.) Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« daß er auf mindestens einer seiner Oberflächen die Darstellung jeweils mindestens eines Buchstabens, einer Zahl und/oder eines anderen Symbols aufweist.

12·) Baustein nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung durch Bemalung oder Fragen oder erhabenes Heraustreten erzielt ist.

13·) Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet! daß er aus federndem Kunststoffmaterial gebildet ist.

14.) Baustein nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial Akrylnitrilbutadienstyrol ist.

15.) Baustein nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial eine Pigmentierung zur Erzielung einer gewünschten Farbwirkung aufweist.

16.) Verfahren zur Herstellung von Bausteinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet_t daß die quaderförmigen Blockkörper (10) im Spritzgußverfahren aus einem steif federnden Material in einer Form (20,-22) mit gerade der zur Erleichterung der Entnahme des Formlings erforderlichen minimalen Auswurfneigung geformt werden, daß dabei die JForm (20, 21) auf einer Temperatur unterhalb etwa 4,4-5⁰C (40⁰P) gehalten wird, daß der Blockkörper (10) aus der Form (20, 21) ausgestoßen wird, wenn jeweils der Block (10) so ausreichend

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abgekühlt let, daß sich auf seiner Oberfläche eine starre Haut gebildet hat, und daß der ausgestoßene Block (10) weiterhin einer Kühl.wirkung in einem kalten Wasserbad ausgesetzt wird.

17.) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (20, 21) durch auf einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt gehaltenes Wasser gekühlt wird.

18.) Verfahren nach Anspruoh 16 oder 17« dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (20, 21) mit durch Funkenerosion ausgearbeiteten Ausnehmungen (29 bzw· 36) für das Formen der Blockkörpereinheiten (10) verwandt wird ..

Patentanwalt

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