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Gießverfahren zur Herstellung kompliziert geformter,
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vor allem kunstgewerblicher Gegenstände Der Gegenstand der Erfindung
ist ein Gießverfahren zur Herstellung kompliziert geformter Gegenstände insbesondere
aus Aluminium, Zink, Buntmetall, usw., durch das hauptsächlich kleine Serien von
mit Figuren und Ornamenten verschiedenen Materials und Form versehenen kunstgewerblichen
Gegenständen auf wirtschaftliche Weise und in einer den Vorstellungen des Künstlers
entsprechenden Qualität angefertigt werden können.
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In der Industrie und im Laufe der Anfertigung kunstgewerblicher Gegenstände
kommt es oft vor, daß kompliziert geformte Arbeiten durch Gießen herzustellen sind.
Das Gießen solcher Gegenstände bereitet den Technologen ernstliche Schwierigkeiten,
da wegen ihrer komplizierten und evtl. künstlerischen Form es in vielen Fällen nicht
möglich ist, des Gießen Gießen forderl1chc .vodcl' mit den üblichen Industriemethoden
herzustellen. Die komplizierte Form macht die Verwendung der üblichen Formkästen
nahezu unmöglich, da der Gießkern bzw. das Gußmodell nicht so geteilt
werden
kann, daß er bzw. es im Sand mit zwei oder sogar drei Formkasten eingeformt werden
kann. Nach Trennung der Formkästen ist es nicht möglich, die Gußmodelle ohne Verletzung
der im Sand befindlichen Hohlform aus dem Sand herauszuheben.
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Zum Gießen derartiger Gegenstände ist es nicht zweckmäßig, ein Spritzgußwerkzeug
aus Metall anzufertigen, da im allgemeinen nur eine kleine Serie herzustellen ist,
so daß sich die mit einem großen Aufwand an Arbeit und Kosten verbundene Anfertigung
des Werkzeuges nicht lohnt.
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Eine weitere, relativ oft auftretende Aufgabe besteht darin, daß -
hauptsächlich im Falle kunstgewerblicher Gegenstände -auf der Oberfläche des aus
einem bestimmten Metall gegossenen Gegenstandes verschiedene, in ihrem Material
vom Material des Gegenstandes abweichende Figuren, z.B. Ornamente, anzubringen sind.
Solche Elemente werden nachträglich durch mechanische Bindemethoden und/oder durch
Aufkleben befestigt.
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Zur mechanischen Befestigung ist eine spezielle Oberflächengestaltung
des Gegenstandes erforderlich. So sind z.B. -manchmal Ösen oder dgl. an der Außenseite
des Gegenstandes anzuordnen, was den Gießvorgang weiter erschwert. Solche Ösen usw.
können bereits bei geringer Krafteinwirkung abbrechen, so daß die als Ornament oder
zu anderen Zwecken dienende Figur vom Gegenstand abfällt. Auch das Aufkleben solcher
Figuren gewährleistet keine zuverlässige Bindung.
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Die Befestigung der verschiedenen Figuren bzw. Ornamente auf de: Oberfläche
von Gegenständen wird auch so versucht, daß man die Figuren in den Formsnnd einbettet
und t2il'w'LS S2 it ' dem Netallmaterial des betreffenden Gegenstandes ungießt.
Diese Methode ist jedoch nur bei der Herstellung von zu Industriezwecken dienenden
Gegenständen anwendbar, wo das Material des Elements bzw. der Figur einen wesentlich
höheren Schmelzpunkt aufweist als das Material des Gegenstandes. Dieses Verfahren
läßt sich bei kunstgewerblichen Gegenständen nicht anwenden,
da
es sich bei den Zierelementen im allgemeinen um Glas oder Halbedelsteine handelt,
die, wenn sie längere Zeit der SchmEzounkttemperatur des Materials des Gegenstandes
ausgesetzt werden, normalerweise beschädigt oder eventuell ganz vernichtet werden.
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Vor allem bei der Anfertigung von kunstgewerblichen Gegenständen kommt
es vor, daß bestimmte Teile der Oberfläche steinsplittähnliche Verzierungen verschiedener
Farbe und Form aufweisen müssen. Solche Elemente können auf den gegossenen Gegenstand
nicht aufgeklebt werden1 da sich ihre Form hierzu nicht eignet. Auf der Oberfläche
der im Formsand befindlichen Hohlform lassen sie sich nicht befestigen, weil sie
im Laufe des Gießvorgangs vom flüssigen Metallstrom fortgeschwemmt werden. Auch
der Gegenstand selbst kann nicht so geformt werden, daß sich irgendeine mechanische
Bindung herstellen ließe.
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Beim Gießen kompliziert geformter, verzweigter und aus Teilen mit
relativ geringem Durchmesser bestehender Gegenstände ist es oft problematisch, daß
das Gießmaterial beim Durchfließen enger Querschnitte erstarrt, bevor die ganze
Hohlform ausgefüllt ist. In vielen Fällen - vor allem beim Gießen kunstgewerblicher
Gegenstände - ist die Gießtechnologie nicht in der Lage, die beim Gießen einfacherer,
zu Industriezwecken dienender Gegenstände üblichen Regeln anzuwenden, da bei kunstgewerblichen
Gegenständen auch künstlerische und ästhetische Gesichtpunkte mitsprechen. Die Oberfläche
eines kunstgewerblichen Gegenstandes darf z.B. nicht irgendwo die Spuren Gin25 entLe,nL«r
Aufgusses oder niies aufweisen.
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Zum Gießen kompliziert geformter Gegenstände sind auch Verfahren bekannt,
wo das der Form des zu gießenden Gegenstandes
entsprechende Modell
aus Kunststoff, z.B. Polystyrol oder Polystylan, hergestellt wird, der praktisch
restlos verbrannt bzw. schaumig gemacht werden kann. Dieses aus Schaummaterial bestehende
Modell wird in den Sand eingebettet und mit dem geschmolzenen heißen Gießmaterial
übergossen, das den davor befindlichen Schaumstoff verbrennt bzw. vergast. Das Gußmodell
aus Schaumstoff macht die Wand der im Formsand befindlichen Hohlform stark genug,
um nach Erstarren bzw. Festigung des Gießmaterials die gewünschte Form des herzustellenden
Gegenstandes zu erhalten. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das aus Schaumstoff
bestehende Gußmodell bei der Berührung mit dem heißen geschmolzenen Gießmaterial
zu schnell verbrennt.
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Auf diese Weise entsteht zwischen den Wänden der Hohlform und dem
Gußmodell ein Spalt; während das geschmolzene Metall noch mit relativ hoher Geschwindigkeit
strömt, werden die Wände der Hohlform durch Erosion abgenutzt und beschädigt. Befindet
sich an der Wand der Hohlform ein vom Material des zu gießenden Gegenstandes abweichendes
Element oder Ornament, so wird dieses fortgeschwemmt.
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Ist das Material dieses Elementes so beschaffen1 daß es bei einer
Temperatur über der verhältnismäßig hohen Schmelztemperatur des Gießmaterials beschädigt
wird, so erleidet auch das betreffende Element Schaden oder wird sogar ganz vernichtet,
da es für relativ lange Zeit der schädlichen hohen Temperatur ausgesetzt wird. Der
Schaumstoff des Gußmodells verbrennt im allgemeinen um so schneller, je größer seine
mit dem geschmolzenen Gießmaterial momentan in Berührung kommende Fläche ist. Das
bedeutet, daß das Gießmaterial an Stellen mit größeren Querschnitt s-chneller vorankommt
als an Stellen mit engerem Querschnitt.
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Infolgedessen kommt es oft vor, daß das Gießmaterial an den Wänden
der einen größeren Ouerschnitt aufweisenden Teile bereits zu erstarren beginnt,
bevor noch die meisten von diesen Teilen abzweigenden Hohlräume engeren Querschnitts
ausgefüllt würden. Auf diese Weise gelangt kein Gießmaterial in die Hohlraumteile
engeren Querschnitts, so daß ein fehlerhaftes, unbrauchbares Gußstück entsteht.
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Die Erfindung betrifft ein Gießverfahren zur Herstellung kompliziert
geformter, vor allem kunstgewerblicher Gegenstände aus Aluminium, Zink, Buntmetall,
usw., auch solcher, die mit Figuren, Ornamenten oder dgl. aus anderem Material versehen
sind, mit welchem solche Gegenstände auf wirtschaftliche Weise und in guter Qualität
gegossen werden können.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei welchem
als Material des Gußmodells Schaumstoff, der praktisch restlos verbrannt werden
kann, verwendet und das Gußmodell in den Formsänd eingebettet und mit dem Gießmaterial
übergossen wird, dadurch, daß an der Oberfläche des aus Schaumstoff bestehenden
Gußmodells stellenweise eine Schaumstoffschicht abgetrennt und auf die Trennfläche
eine Schutzschicht aus im Vergleich zum Schaumstoff des Gußmodells dichterem, weniger
wärmeleitendem und somit langsamer verbrennendem bzw. vergasendem Material aufgetragen
wird, daß dann die getrennten Flächen wieder zusammengeklebt werden, worauf das
Gußmodell in den Formsand eingebettet, die Hohlform geschlossen und mit flüssigem
Gießmaterial gefüllt wird. Dabei wird das Verbrennen bzw.
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Vergasen des Schaumstoffes mit Hilfe der Schutzschichten Ort lich
verzögert bzw. reguliert. Dies kann bevorzugt an denjenigen der Gußmodelle erfolgen,
wo das geschmolzene, strömende Metall die Wand des Gußmodells hinsichtlich der Form
und Dimensionen beschädigen kann und/oder wo noch vor dem Gießvorgang hergestellte
Figuren oder Ornamente anzubringen sind und/oder wo die Durchflußgeschwindigkeit
des Gießmaterials zu reduzieren gewünscht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Gußmodell
schnell und billig genau in der gewünschten Form hergestellt und in den Formsand
eingebettet werden kann, der Hohl-bzw. Gießraum präzise geformt werden kann, Beschädigungen
der Hohlraumwand im Laufe des Gießvorganges vermieden werden,
Figuren
und Ornamente anderen Materials während des Gießvorganges am vorgeschriebenen Ort
und in der vorgeschriebenen Stellung bleiben und nicht beschädigt werden und ferner
daß das geschmolzene Metall alle Hohlraumteile voll ausfüllt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zweckmäßig die als Material
der Schutzschicht dienende Mineralsubstanz, z.B.
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Gips, Lehm, Zement oder Metalloxyd, mit einer wässerigen Lösung aus
Polyvinylazetat oder Polyvinylpropionat in einen dispergierten Zustand versetzt,
die aus diesem Material bestehende Schutzschicht auf die Trennfläche des Schaumstoffes
aufgetragen und dann die abgetrennte Schaumstoffschicht in ihrer ursprünglichen
Position auf dem Gußmodell aus Schaumstoff wieder angebracht, z.B. angeklebt. Als
Schutzschicht kann eine Metallfolie zwischen die abgetrennte Schaumstoffschicht
und die Gußform aus Schaumstoff gelegt werden. Die Verzögerung der Verbrennung bzw.
Vergasung des im Gußmodell enthaltenen Schaumstoffes kann durch entsprechende Wahl
der Materialqualität und/oder Stärke der Schutzschicht reguliert werden.
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Im Strömungswege des geschmolzenen Metalls kann der Durchflußquerschnitt
zeitweise teils oder ganz blockiert und dadurch die Strömungsrichtung des geschmolzenen
Metalls zeitweise beeinflußt werden. Zweckmäßig wird an der Stelle der auf der Oberfläche
des Gußstückes anzuordnenden, vom Material des Gußstückes abweichenden Figur oder
Ornaments im Schaumstoff des Gußmodells eine Vertiefung und dahinter eine sich bis
zur Wand des Gußmodells erstreckende Schutzschicht gebildet, die Figur bzw.
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das Ornament in die Vertiefung eingeklebt und das Gußmodell aus Schaumstoff
zusammen mit der Figur bzw. den Grnaltenc in den Formsand eingebettet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also im wesentlichen darin,
daß von den an den Ecken und Abzweigungen der Hohlform befindlichen Teilen des Gußmodells
aus Schaumstoff eine äußere Schicht
abgetrennt, auf die Trennfläche
dieser Schicht eine die Verbrennung bzw. Vergasung der abgetrennten Schaumstoffschicht
verzögernde Schutzschicht aufgetragen, die abgetrennte Schaumstoffschicht mit der
Schutzschicht nach innen an ihrer ursprünglichen Stelle wieder aufgeklebt wird,
an den Stellen der auf dem Gußstück zu befestigenden Figuren und Ornamente die gleichen
Schutzschichten angefertigt werden, und dann das fertige Gußmodell in den Formsand
eingebettet und mit dem geschmolzenen Gießmaterial übergossen wird.
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Die Details des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang
mit den abgebildeten, als Beispiel dienenden Ausführungsformen von zu gießenden
Gegenständen gezeigt: Fig. 1 zeigt ein zum Gießen eines Aluminium- oder Bronze-Gegenstandes
verwendbares, mit Hilfe des erfindunsgemäßen Verfahrens herstellbares Gußmodell
aus Schaumstoff, das bereits in den im Formkasten befindlichen Sand eingebettet
ist.
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Fig. 2 zeigt ein ebenfalls im Sand eingebettetes, z.B.
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zum Gießen von Bilder- oder Spiegelrahmen aus Aluminium oder Zink
verwendbares Gußmodell.
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Das in Fig. 1 gezeigte Gußmodell aus Schaumstoff stellt eine stilisierte
Menschenfigur da, die bisher im allgemeinen aus runden Stangen, Blech und Bändern
hergestellt wird. Dabei werden die Teile dieses Gegenstandes durch Biegen der Stangen,Ausschneiden
und Biegen des Bleches sowie durch Zusammenschweißen der zur gewünschten Form gebogenen
Teile zu einer fertigen Figur zusammengesetzt. Dies bedeutet eine relativ langwierige
Arbeit, wobei es nicht möglich ist, auch nur zwei gleiche Stücke der Serie herzustellen,
obwohl der gewünschte künstlerische Effekt
nur dann sichergestellt
ist, wenn jedes Stück der Serie dem vom Künstler hergestellten ersten Stück genau
qleicht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß ziemlich kostspielige Halbfertigware
als Material für den herzustellenden Gegenstand - im vorliegenden Falle der Menschenfigur
- verwendet werden muß. Eine Herstellung derartiger Figuren mit den bisher bekannten
Gießverfahren ist jedoch wegen ihrer geringen Querschnittsabmessungen nicht möglich.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der in Fig. 1 gezeigte
Gegenstand auf einfache und präzise Weise hergestellt werden. Das Erstexemplar der
Figur wird teilweise z.B. in ein Gipsbett eingedrückt und nach Binden des Gipses
herausgenommen.
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Im Gipsbett verbleibt der Abdruck, d.h. das Negativ eines Teils des
Gegenstandes. Nun werden weitere Gipsbetten angefertigt, in welchen der Abdruck
bzw. das Negativ des bzw. der restlichen Teile des Gegenstandes hergestellt wird.
Sind die Abdrücke sämtlicher Teile fertig, werden die Gipsbetten - nach Abschleifen
der störenden Teile bzw. entsprechender Formung - so zusammengesetzt, daß ein der
Form des Gegenstandes entsprechender Hohlraum entsteht. In diesen Hohlraum wird
- auf übliche Weise -Polystyrol, Polyäthylen oder ähnliches Material eingegossen
und dort aufgeschäumt. Die so erhaltene Schaumstoffigur dient als Gußmodell, dessen
Schaumstoff praktisch restlos verbrannt bzw. vergast werden kann. Mit Hilfe des
hergestellten vollständigen Gipsbettes können sämtliche zur Fertigung der Serie
benötigten Schaumstoff-Gußmodelle hergestellt werden.
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Nach Anfertigung des Gußmodells aus Schaumstoff ist zu prüfen, an
welchen Stellen des zu gießenden Gegenstandes im Laufe des Gießvorganges Beschädigungen
bzw. Fehler entstehen können. Im Falle des in Fig. 1 gezeigten Gegenstandes sind
dies mit 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 bezeichnete Stellen. An diesen Stellen befinden
sich relativ scharfe Kanten und Abzweigungen, wo die Cefahr besteht, daß das einströmende
geschmolzene Metall nach
schnellem Verbrennen des Schaumstoffes
die Ecken der nun ungeschützten Sandwand beschädigt. Daher ist dafür zu sorgen,
daß die gefährdeten Stellen solange geschützt und gestützt werden, solange das geschmolzene
Metall mit relativ großer Geschwindigkeit intensiv daran entlangströmt.
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Um dies zu erreichen, wird an den betreffenden Stellen des Gußmodells
eine Schaumstoffschicht- z.B. mit Hilfe eines an eine Stromquelle angeschlossenen
glühenden Widerstandsdrahtes -abgetrennt. Auf der Innenseite der abgetrennten Schaumstoffschicht
wird mit einem Pinsel, durch Spritzen oder auf irgendeine andere bekannte Weise
eine Schicht aufgetragen, die eine dichtere Struktur aufweist als der Schaumstoff,
weniger wärmeleitend ist und wesentlich langsamer verbrennt bzw. vergast als der
Schaumstoff. Die aufgetragene Schicht wird ausreichend getrockenet und die vom Gußmodell
abgetrennte Schaumstoffschicht mit der aufgetragenen Schutzschicht nach innen wieder
auf das Gußmodell aufgeklebt.
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Als Material der Schutzschicht sind verbrennende bzw. vergasende,
wenig und leicht entfernbare Rückstände hinterlassende Stoffe, geeignet. Solche
Stoffe sind z.B. mineralische Substanzen, wie Gips, Lehm, Zement; aber auch Metalloxyd,
Metallpulver oder Metallfolie können verwendet werden. Die körnigen Stoffe werden
mit einer wässerigen Lösung aus z.B. Polyvinylazetat oder Polyvinylpropionat in
einen dispergierten Zustand versetzt, und das so gewonnene Material nach Auftragen
auf die Schaum-Stoffschicht in Luft mit einem relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt
bei einer Temperatur unter dem Erweichungspunkt des Schaumstoffes getzocknei.
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Die Schutzschichten 1', 2', 3', 4', 5' und 6' verhindern während des
Gießens, daß die zwischen ihnen und der Sandwand befindliche Schaumstoffschicht,
die bei der Anfertigung des Gußmodells im Gipsbett vom vollständigen Gußmodell abgetrennt
wurde, gleich zu Beginn des Gießvorganges verbrennt. Die Schutzschichten verhindern
das Verbrennen bzw. Vergasen der Schaumstoffschicht
so lange, bis
der im größten Teil des Formhohlraumes befindliche Schaumstoff verbrennt, d.h. der
Formhohlraum größtenteils mit dem geschmolzenen Metall gefüllt ist. Dann zerreißen
oder schmelzen diese Schutzschichten, so daß auch die bisher geschützte Schaumstoffschicht
verbrennt und auch hier das geschmolzene Metall eindringen kann.
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An den in Fig. 1 gezeigten sieben Stellen wird die Wand der Hohlform
durch das einströmende geschmolzene Metall einer starken Erosionswirkung ausgesetzt.
Diese Stellen können gegen die große mechanische Beanspruchung dadurch geschützt
werden, daß man entlang dieser sieben Stellen bzw. um diese herum eine Schutzschicht
aus Metallfolie 7' anbringt. Die Substanz dieser Metallfolie ist vorteilhaft mit
dem Materail des Gußstückes identisch. Die an den sieben Stellen befindliche, geschützte
Schaumstoffschicht verbrennt nach Schmelzen der Metallfolie 7' erst dann, wenn die
unter diesen Stellen befindlichen Teile der Hohlform bereits völlig von dem flüssigen
Metall ausgefüllt wurden.
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Es können auch Gegenstände vorkommen, bei welchen sich an einen Teil
mit großem Querschnitt Teile mit wesentlich engerem Querschnitt anschließen, die
im allgemeinen von dem Teil mit großem Querschnitt abzweigen. Ein solcher Fall würde
z.B.
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vorliegen, wenn der Durchmesser des Rumpfes der in Abb. 1 gezeigten
Menschenfigur zehnmal so groß wäre wie die daran anschließenden Axme bzw. Beine.
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In solchen Fällen besteht die Gefahr, daß, bis der Rumpfteil und die
darunter befindlichen Teile der Hohlform mit flüssigem Metall gefüllt werden, das
Metall bereits zu erstarren beginnt, bevor es noch in die Arme gelangen konnte.
Um sicherzustellen, daß auch die Arme voll ausgefüllt werden, wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine Schutzschicht 8' in den Rumpfteil der Form eingelegt, die je nach
den gegebenen Umständen den
Durchflußquerschnitt des Rumpfteils
im Laufe des Gießvorganges für kurze Zeit teilweise oder eventuell ganz blockiert.
Auf diese Weise strömt das von oben kommende geschmolzene Metall durch den Kopfteil
und den Halsteil der Form in einen Teil des Rumpfteiles und - wegen der vorübergehenden
Blockierung -von dort aus in die Arme. Sobald die Arme mit Metall ausgefüllt sind,
reißt oder schmilzt die Schutzschicht 8' infolge des hydrostatischen Druckes des
geschmolzenen Metalls und/oder der Hitze, und das durch die Einlaßöffnung eingegossene
Metall kann frei durch den ganzen Querschnitt des Rumpfteils in die Beinteile der
Hohlform strömen, nach deren völligem Ausfüllen auch die restlichen Teile der Hohlform
gefüllt werden.
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Die Dauer der von der Schutzschicht ausgeübten Verbrennungsverzögerung
läßt sich durch entsprechende Wahl der Materialqualität und Stärke der Schutzschicht
regulieren.
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Fig. 2 zeigt einen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gießbaren
Bilder- oder Spiegelrahmen komplizierter Form, an dessen Rand komplizierte T-förmige
Figuren vorstehen. Ein Teil dieser Figuren besteht aus demselben Material wie das
Gußstück, beim Rest handelt es sich um Figuren aus anderem Material, die noch vor
dem Gießen hergestellt wurden. Nicht nur das Material, sondern auch die Farbe und
äußere Erscheinung der vor dem Gießen hergestellten Figuren kann von den aus dem
Material des Gußstückes bestehenden T-Figuren abweichen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden diejenigen Stellen des Gußmodells
aus Schaumstoff, an welchem die vorgefertigten T-Figuren angebracht werden sollen,
mit Vertiefungen entsprechender Größe versehen, in die die T-Figuren engeklebt werden.
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An denjenigen Stellen des Gußmodells, an welchen die Sandwand im Laufe
des Gießens beschädigt werden könnte, werden ebenfalls Schutzschichten angebracht,
und zwar so wie in Fig. 1 gezeigt.
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Diese Schutzschichten sind in einem Teilschnitt in Fig. 2 bei 9' dargestellt.
Auf ähnliche Weise können auch andere Zierelemente, z.B. glasartige Figuren, Steine
und ähnliches am Gußmodell aus Schaumstoff befestigt werden. Ist die Fläche des
Gußstückes ganz oder teilweise mit Steinsplitt zu bedecken, so wird dieser auf die
Oberfläche des Gußmodells aus Schaumstoff geklebt und - wie bereits beschrieben
- in den Formsand eingebettet. Auf den mit steinsplittartigem Material zu bedeckenden
Abschnitten der Oberfläche wird hinter der abgetrennten Schaumstoffschicht ebenfalls
eine Schutzschicht angeordnet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Gußmodell schnell und
billig hergestellt werden. Auch beim Gießen kleiner Serien sind die Gußmodelle in
der Form und den Dimensionen immer genau identisch. Das Gußmodell kann auf einfache
Weise in den Formsand eingebettet und der Formhohlraum präzise angefertigt werden.
Im Laufe des Gießvorganges wird die Wand der Hohlform nicht beschädigt. Die durch
Gießen auf der Oberfläche des zu gießenden Gegenstandes befestigten, vom Material
des Gußstückes abweichenden Figuren und Ornamente bleiben genau am gewünschten Ort
und in der gewünschten Stellung und werden im Laufe des Gießens nicht beschädigt.
Das Gießmaterial füllt alle Teile der Hohlform voll aus, so daß ein Gußstück fehlerloser,
präziser Form erhalten wird.
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L e e r s e i t e