DE2705548A1 - Verfahren zur verstaerkung eines thermogeformten teils und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur verstaerkung eines thermogeformten teils und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2705548A1 DE19772705548 DE2705548A DE2705548A1 DE 2705548 A1 DE2705548 A1 DE 2705548A1 DE 19772705548 DE19772705548 DE 19772705548 DE 2705548 A DE2705548 A DE 2705548A DE 2705548 A1 DE2705548 A1 DE 2705548A1
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Description

/ U b b 4 3
PATENTANWÄLTE
Dipi.-lng. P. WlRTH · Dr. V. SCH M I E. D ■ K O WARZI K Dipl.-lng. G. DANNENBERG - Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL
6FRANKFURT/M-
28/OM GR. ESCHENHEIMER STR. 39
9. Februar 1977 Gu/Rb/Pi.
ALTlJLOR
5, rue du General Foy PARIS 8
Frankreich
Verfahren zur Verstärkung eines tharmogefornton Teils und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren li-ur Verstärkung eines thermogeformten Teils, das im wesentlichen aus einer thermogeformten Schale besteht, und sie betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verstärkung eines Teiles oder Bauteils> das aus einer Platte aus thermoplastischem Har^, v.ie z.B. Polymethacrylat des Methylss gewonnen wird und durch ein geschichtetes Kunstharz verstärkt wird, das mit Glasfasern verseilen und bewehrt ist.
Aus der FH-PS 75 29 312 ist es bekannt, ein aus einer thercaogefomiten Schale bestehendes Teil durch ein geschichtetes Glas/Harz zu verstärken, wobei die Durchführung in "Kontakt·1 d.h. durch Anbringung des Gewebes von Hand und durch Verteilung des Harzes mit dem Pinsel, oder durch gleichzeitige
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oder nicht gleichzeitige Aufbringung der Glasfasern und des Polyesterharzes erfolgt.
Die erste Arbeitsweise ist bei der Durchführung ziemlich langsam und eignet sich schlecht für eine große Serienfabrikation. Die zweite Arbeitsweise erweist sich bei Bauteilen kleiner Abmessungen, insbesondere wenn schwer zugängliche Partien vorhanden sind, als schwierig in der Durchführung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das die Verstärkung eines im wesentlichen aus einer thermogeformten Schale bestehenden Teils mit bewehrtem Harz in industrieller Weise gestattet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verstärkung eines im wesentlichen aus einer therisogeformten Schale bestehenden Teils mit einem geschichteten und bewehrten Harz gelöst, das gekennzeichnet ist durch das Abstützen einer Seite der Schale mittels eines Kissens aus elastisch deformierbarem Material, das diese Seite eng umgibt, das Anbringen einer Gußform in der Nähe der anderen Seite der Schale, mit einer elastisch deformierbaren oder nicht elastisch deformierbaren Arbeitsfläche, die eine zur betreffenden Schalenseite komplementäre Gestalt besitzt und so angeordnet ist, daß zwischen der Gußform und der Schale ein freier Zwischenraum verbleibt, das Einspritzen eines Verstärkungsharzes in den freien Zwischenraum unter Druckanwendung, und das Herausnehmen der verstärkten Schale aus der Form.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Kissen als Druckverteiler zur Abstützung einer Seite oder Fläche der thermogeformten Schale vorgesehen ist, daß eine Gußform mit einer elastisch deform!erbaren oder nicht elastisch deformierbaren Arbeits-
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fläche und mit einer zur anderen Oberfläche der Schale komplementären Form vorgesehen ist, und daß Einrichtungen zum Einspritzen eines Verstärkungsharzes in den freien Zwischenraum zwischen der Gußform und der der Gußform gegenüber angeordneten Oberfläche der Schale vorgesehen sind.
Das erfindungsgeraäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gestatten die industrielle Herstellung von verstärkten, eine thermogeformte Schale enthaltenden Teilen, sie gestatten insbesondere die Verstärkung von Teilen mit kleinen Abmessungen, wobei die unter Druckanwendung erfolgende Einspritzung des Verstärkungsharzes durch die Verwendung eines elastischen Kissens möglich \vird, das die Spannungen und Belastungen in der Schale verteilt und dadurch das Auftreten von Mikrorissen oder die Gefahr von Haarrissen in der Schale vermeidet.
Darüber hinaus ist es bei Verwendung einer elastisch deformierbaren Gußform möglich, auch Teile mit schwer zugänglichen, hinterschnittenen Partien zu verstärken und diese leicht aus der Form zu nehmen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schnittbild durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verstärkung einer thermogeformten Schale;
Fig. 2 ein Schnittbild durch eine Vorrichtung zur Anbringung des deformierbaren Bauteils der männlichen Gußform.
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Die folgende Beschreibung bezieht sich beispielsweise und ohne Beschränkung der erfinderischen Lehre auf die Herstellung eines Sturzhelms für Motorradfahrer. Es handelt sich dabei um ein Teil mit relativ kleinen Abmessungen, das eine verstärkte theraogeformte Schale besitzt, die hinterschnittene Teilbereiche besitzt, deren Verstärkung mittels bekannter Verfahren schwer durchführbar ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung verwendet, die im wesentlichen zwei Hauptbausätze enthält, einen weiblichen Bausatz 2, in dem die thermogeformte Schale des Sturzhelms gelagert wird, und einen männlichen Bausatz oder Stempel 3> der im Inneren einer Schale 1 angeordnet wird, wobei der männliche und der weibliche Bausatz je eine der inneren und der äußeren Oberfläche der Schale komplementäre Form besitzen, und wobei der weibliche Bausatz die äußere Oberfläche der Schale eng umgibt, während der männliche Bausatz einen Zwischenraum if zwischen sich und der inneren Oberfläche der Schale 1 freiläßt.
Die Bausätze bestehen jeweils aus einem festen Element, das ein weiches und elastisch deformierbares Element trägt, welches das feste Element bedeckt.
Der weibliche Bausatz 2 besteht im wesentlichen aus einem festen Träger 5» der eine Mulde mit nach unten aufeinander zu laufenden Seitenwänden bildet und durch ein elastisch deformierbares Element 6 bedeckt ist, das die äußere Oberfläche der Schale 1 eng umgibt, wobei der feste Träger z.B. aus einem geschichteten Polyester und das Element 6 bevorzugt aus einem Polynorbornenkautschuk besteht, der unter der Bezeichnung
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* L ι U 6 ο u e
- y-
"Norsora;;" kommerziell erhältlich ist. Der Träger läßt sich jedoch erfindungsgemäß ebenfalls aus jedem beliebigen anderen festen Material metallischer oder anderer Natur herstellen, und das Element 6 läßt sich uit irgend einer« Elastomer verwirklichen, das einerseits genügend fest ist, um die Schale wirkungsvoll abzustützen, und das gleichermaßen hinreichend elastisch defornierbar ist, um ?>icb der Gestalt der Schale en? anzupassen. Der männliche Bausatz oder Stempel 3 enthält ebenfalls einen festen Träger 7 mit aufeinander zulaufenden Seitenwänden und ist von einer elastisch deformierbaren Hülle 8 bedeckt, die bevorzugt aus einem Silikonharz besteht, das unter dem Namen "Silastene" in Handel erhältlich ist. Der Träger 7 besteht z.B. aus einem geschichteten Polyester. Aus Erleichterungsgründen ist der Träger 7 hohl und enthält einen zentralen Hohlraum 9, in den eine Einspritzöffnung 10 mündet, die durch die den Boden des Hohlraums 9 bildende Hülle 8 hindurchläuft. Der Durchmesser der Einspritzöffnung 10 ist in Richtung der Bohrung leicht konisch ausgebildet, um die bei der Verbindung mit einer zur Zufuhr des Formmaterials (nicht dargestellt) erforderlichen Leitung entstehenden Dichtung zu verbessern.
Der feste Träger 5 des weiblichen Bausatzes 2 enthält ebenfalls eine öffnung 11, um das Ablösen und die Herausnahme des Elementes 6 aus dem Träger zu erleichtern.
Vorgesehen sind ferner Zentrierzapfen 12 und 13, die die Positionierung der Elemente 6 und 8 bezüglich ihrer Träger gestatten, wobei die Zentrierzapfen 12 und 13 in entsprechende Zentrieröffnungen der Träger passen, wobei Zentrieröffnungen und Zentrierzapfen gegeneinander mittels Zentrierschrauben I^ positioniert werden. Die Zentrierschrauben 1^ befinden sich in einer Manschette 15 des festen Trägers 5 und werden von entsprechenden Zentrierbohrungen 16 aufgenommen, die sich in einer Manschette 17 des Trägers 7 befinden. Während der Einspritzung
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des Verstärkungsmaterials sind die beiden festen Träger untereinander mittels klassischer, nicht dargestellter Verbindungsorgane, wie z.3. Schrauben, Verbindungskiemnen etc. verbunden.
Während des Eünspritzens des Forcnmaterials zwischen Stempel 3 und der thermogeformtan Schale 1 wird die thermogeformte Schale 1 relativ hohen Drucken ausgesetzt, die nicht vernachlässigbare Beanspruchungen ausüben. Diese Schale, die bevorzugt aus Polymethacrylat des Methyls besteht, ist ziemlich leicht brüchig und läuft Gefahr, an solchen Stellen zu brechen oder zu reißen, wo sie nicht ausreichend unterstützt und gehalten wird und wo die Beanspruchungen kritisch werden. Es ist daher wichtig, daß die Schale vollkommen und vollständig an allen Stellen abgestützt wird. Dies ist nur dadurch erzielbar, daß der weibliche Bausatz 2 die äußere Oberfläche der Schale, die hinterschnittene Teile besitzt, vollständig und eng umgibt.
Damit der freie Zwischenraum if zwischen dem Stempel 3 und der Schale 1 eine im wesentlichen gleichförmige Dicke besitzt, ist es wichtig, daß die äußere Oberfläche des Stempels eine der inneren Oberfläche der Schale auch bezüglich der hinterschnittenen, nach außen gewölbten Partien 8 komplementäre Form besitzt.
Aus den genannten verschiedenen Gründen besitzt der männliche Bausatz 3 und der weibliche Bausatz 2 erfindungsgemäß elastisch defonaierbare Elemente 6 und 8, die eine vollkommene Anpassung an die Gestalt der thermogeformten Schale 1 ermöglichen, wodurch sich aufgrund ihrer Weichheit und Dehnbarkeit eine gleichförmige Verteilung der Beanspruchungen und eine einfache Herauslösung aus der Form erzielen läßt. Die Gußformeletnente werden auf folgende Weise hergestellt.
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Ü 5 b <· t
Damit das Element 6 sich vollständig an die Schale anpaßt und diese umgibt, "gießt" nan dieses Element 6 unmittelbar auf der äußeren Oberfläche der Schale, in anderen Worten, man bedeckt die äußere Oberfläche eier Schale mit einer Schicht aus "Norsorex", die ausreicht, um die nach außen verlaufenden, hinterschnittenen Partien nindsstens 5 niia dick zu bedeck3n, anschließend wird nach der Erstarrung riinsor Belag wit geschichteten Polyester verstärkt und so der feste Träger 5 ge bildet. Da sich zwischen den beiden Bauelementen keine Verbindung oder Befestigung herstellt, v/erden Zentrierzapfen und entsprechende öffnungen vorgesehen, um das dehnbare Element bezüglich des auf diese V/eise gewonnenen festen Trägers zu positionieren.
Nachdem dieser Bausatz sich verfestigt hat, wird der Innenraum der thermogeformten Schale mit einem Formwachs mit einer Dicke belegt, die derjenigen Dicke der Glas/Harzverstärkung entspricht, mit der die Schale versehen v/erden soll.
Ferner wird aus geschichtetem Polyester der feste Träger 7 des Stempels 3 hergestellt, wobei darauf geachtet v/ird, daß dieser feste Träger 7 keine hinterschnittenen Partien besitzt. In die schalenförmige Anordnung aus dem festen Träger 5, dem Element 6, der mit Fora- oder Eichwachs versehenen Schale 1 gießt man z.B. Silikonharz ein. Anschließend wird der feste Träger 7 des Stempels 3 eingetaucht, um das Silikonharz längs der Seitenwände der Schale bis zum überlaufen durch entsprechende Überlauföffnungen im festen Träger 7 emporsteigen zu lassen, wobei der feste Träger 7 mittels der in entsprechenden Bohrungen 16 laufenden Zentrierschrauben 1i+ positioniert wird, damit er nach dem Auseinandernehmen der Form seine exakte Position wiederfindet. Nach der Polymerisation v/ird die Form auseinander-
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genommen, das Form- oder Eichv/achs entfernt und die Einspritzöffnung 10 und die zur Foraablösung vorgesehene öffnung 11 in die auf diese Weise am festen Träger 5 ausgebildete Hülle 8 eingebracht.
Die auf diese Weise aufgebaute "Gußform" stellt dann eine "Matrix" dar, die aus der therrrsogofornten Schale 1 besteht, die von dem Kissen 6 aus "Norsorex" abgestützt wird, wobei das Kissen 6 durch den festen Träger 5 gehalten wird, die Matrix enthält außerdem einen Stempel 3 aus einem festen Träger 7, der mit einer elastischen Hülle δ bedeckt ist, die während des Verschließens der Gußform zuerst alleine in die Schale 1 eingeführt wurde und dort verlief und anschließend durch Einführung des Trägers 7 in Form gebracht wurde, wozu der Träger in der Hülle angeordnet wurde.
Um die Hülle 8 anzubringen und zu entfernen, wird die in Fig. dargestellte Vorrichtung verwendet, die aus einer Platte 20 besteht, an deren Umfang sich Zentrierbohrungen 21 befinden, die die Zentrierzapfen 13 der Hülle 8 aufnehmen, wobei die Platte 20 von einer zentralen Röhre 22 durchdrungen wird. Ein Ende der Röhre 22 ist durch einen konischen Verschluß 23 geschlossen, der dazu dient, von der Einspritzöffnung 10 der Hülle 8 aufgenommen zu werden, in der Nähe dieses Verschlusses 23 ist eine öffnung 2.1\ im Rohr 22 vorgesehen. Das andere Ende der Röhre 22 ist mit einer Saugpumpe (nicht dargestellt) verbunden. Ferner ist eine Verbindung 25 vorgesehen, die eine Dichtung zwischen der Platte 20 und der Röhre 22 darstellt. Sofern die Schließung der Form gewünscht wird, bringt man die Hülle 8 auf der Platte 20 so an, daß die Zentrierzapfen 13 in die öffnungen 21 greifen und der Verschluß 23 in der öffnung 10 einen Stöpsel bildet, anschließend wird der luftdichte Raum
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25 zwischen der Platte und der Hülle ausgepumpt, wobei sich die Hülle zusammenzieht und die hintarschnittenen -Partiell einziehen, wodurch eine leichtü Einführung in dis therrnogsformte Schale 1 ermöglicht vrird. Anschließend .vird -.vierter Normaldruck in den Raum 26 gegeben, so daß die Hülle 8 ihre ursprüngliche, hintersehnittoae· Fora annimmt, T>ann wird d.ie Platte 20 abgenommen und der feste Träger 7 in die Hülle 8 eingeführt, um deren Gestalt zu vervollkommnen und zu konsolidieren.
Die Verstärkung der thermogeformten Schale wird in folgender Weise durchgeführt.
Nachdem die Schale 1 mit dem elastischen Element 6 aus "Norsorex11 bedeckt "/urdo und Schale \xrA elastisches Element zusacinen in dem festen weiblichen Träger 5 angeordnet sind, legt man in die Schale Matten ivad/oder Glasfasern, die sorgsam geschnitten sind, um eine Verkleidung mit denselben zu erreichen; dann wird die Forin dadurch geschlossen, daß die Hülle 8 und der Träger 7 in der oben geschilderten V/eise bezüglich der Schale angeordnet werden, wobei die festen Träger 3 und anschließend fest untereinander verbunden sind. Es ist v/ichtig, darauf hinzuweisen, daß die Verschließung nicht dicht zu sein braucht, wobei die Undichte z.B. daher rühren kann, daß sich Glasfasern zv/ischen dem festen Träger 7 und der thernogeformten Schale 1 einklemmen oder daß dis Oberfläche des Trägers 7» die in Kontakt mit der Schale ist, radiale Riefen besitzt.
Mittels einer Einspritzraaschine wird anschließend Harz, unter einem Druck von 1 bis 10 Bar durch die Öffnung 10 der Hülle eingeführt, dabei wird darauf geachtet, daß dieser Arbeitsschritt möglichst langsam durchgeführt wird, um eine richtige und korrekte Verbindung der Fasern zu ermöglichen, und um die
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Ausbildung von Lufttaschen au vermeiden, wobei die Einspritzung solange vorgenommen wird, bis das Harz an den radialen Rillen des Trägers 7 überläuft.
Die Weichheit und Dehnbarkeit dor elastischen Elemente 6 und gestatten es, die Drucke zu absorbieren und die an der thermogeforraten Schale auftretenden Beanspruchungen zu verteilen, da die Schale gleichförmig durch das Element 6 abgestützt wird, das ein Kissen zur Druckverteilung darstellt und das Auftreten von Mikrorissen verhindert.
Nach Vollendung der Polymerisation des Verstärkungsharzes wird der fertige Sturzhelm aus der Form genommen, wobei der feste Träger 7 des Stempels sich aufgrund der nach unten aufeinander zulaufenden Seitenwinde l&icht herausnehmen läßt, anschließend wird durch Anwendung von Unterdruck die Hülle mittels der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung mit Platte verformt und abgenommen, ferner wird die verstärkte und mit dam elastischen Element 6 versehene Schale aus dem Träger 5 herausgenommen, wobei das elastische Element 6 wie eine Socke gewendet wird, um den Sturzhelm freizugeben.
Nach dem erfindungsgemäßen Einspritzformverfahren, das mittels eines, die thermogeformte Schale abstützenden Druckverteilerkissens verwirklichbar wird, ist es möglich, diese thermogeformte Schale trotz des orhandenseins von hinterschnittenen, schwer zugänglichen Zonen schnell und leicht zu verstärken.
Das erfindungsgesiäße Verfahren ist nicht auf die hier beispielsweise und ohne Einschränkung des Erfindungsgegenstands dargestellte Durchiührungsform beschränkt, es läßt sich in verschiedenen, von der geschilderten Ausführungsform nur gsring-
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^'/05548
fUgig ablaichenden Ausführungsforman durchfuhren.
Darüber hinaus ist das erfindungsseaäße Verfahren nicht auf die Herstellung von Sturzhelmen für Motorradfahrer beschränkt, sondern es betrifft die Herstellung aller Teile, die aus einor thernosGformten Schale bestehen, die eine Verstärkung oder eine interne oder externe Verkleidung benötigt.
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Claims (1)

  1. Gu(ki) ALTULOR
    5ι rue du General Foy PARIS 8, Frankreich
    Patent- bzw. Schutzansprüche
    Verfahren zur Verstärkung eines im wesentlichen aus einer thormogeformten Schale bestehenden Teils mit einem geschichteten und bewehrten Harz,
    gekennzeichnet durch das Abstützen einer Oberfläche der Schale mittels eines Kissens aus elastisch deformierbarem Material, das diese Oberfläche eng umgibt, das Anbringen eines Gußformelements in der Nähe der anderen Oberfläche der Schale, mit einer elastisch deformierbaren oder nicht elastisch deformierbaren Arbeitsfläche, die eine zur benachbarten Oberfläche der Schale komplementäre Gestalt besitzt und so angeordnet ist, daß zwischen dem Gußformelement und der Schale ein freier Zwischenraum verbleibt, das Einspritzen eines Verstärkungsharzes in den freien Zwischenraum unter Druckanwendung, und das Herausnehmen der verstärkten Schale aus der Form,
    Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anbringen des Gußformeleraents vor der Oberfläche der Schale Faserstücke so angeordnet werden, daß sie sich gegenseitig bedecken.
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsharz langsam eingespritzt wird, um eine richtige Verbindung der Fasern zu ermöglichen.
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    ORIGINAL INSPECTEO
    1 I O 5 b <♦ H
    /(.. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenbau zwischen Gußforrneleaient und Schale nicht dicht ausgeführt .vird, und daß die Einspritzung solange durchgeführt wird, bis das Verstärkungsharz durch die zv/isc3i3n deui GuIiformeleme^ I und der Schale bestehenden Durchgangsverbindimgen durchtritt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis if zur Verstärkung eines im wesentlichen aus einer thennogeformten Schale bestehenden Teils, das insbesondere hinterschnittene Partien besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Gußformelement mit einer elastisch deformierbaren Arbeitsfläche verwendet wird, und daß die Arbeitsfläche bei der Anbringung und beim Abbau der Form verformbar ist.
    6. Vorrichtung zur Verstärkung eines im wesentlichen aus einer thermogeformten ßchalo bestehenden Teils nach den Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches Druckverteilerkissen (6) vorgesehen ist und eine Oberfläche der thermogeformten Schale (1) abstützt, daß ein Gußformelement mit einer zur anderen Oberfläche der Schale (1) komplementären Form vorgesehen ist, und daß Einrichtungen zur Einspritzung des Verstärkungsharzes unter Druckanv/endung in den freien Zwischenraum zwischen dem Gußformelement (8) und der dem Gußforaelement (8) gegenüberliegenden Schalenoberfläche vorgesehen sind.
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    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5»
    dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche tbs GußforTnelements (8» 7) elastisch deformierbar ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7»
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gußformelement (7, 8) in wesentlichen einen festen Träger (7) niit aufeinander zulaufenden Seitenvränden enthält, der von einer abtrennbaren und elastisch deformierbaren Hülle (8) umgeben ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das elastische Kissen (6) aus einem Polynorbornen-Kautschuk besteht.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß die elastisch deformierbare Hülle (8) des Gußformelenents (7, 8) aus einen- polymerisierten Silikonharz besteht.
    Der Patentanwalt
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DE19772705548 1976-03-09 1977-02-10 Vorrichtung zur Verstärkung eines im wesentlichen aus einer thermogeformten Schale bestehenden Hohlkörpers Expired DE2705548C2 (de)

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DE2705548A1 true DE2705548A1 (de) 1977-09-29
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