DE2936273A1 - TWO-PIECE METAL FORM FOR THE PRODUCTION OF MOLDED BODIES FROM FOAMABLE THERMOPLASTIC PLASTIC GRANULES - Google Patents
TWO-PIECE METAL FORM FOR THE PRODUCTION OF MOLDED BODIES FROM FOAMABLE THERMOPLASTIC PLASTIC GRANULESInfo
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Description
TELEFON· (08») 17 25 SI TELfXi 52t«30ittffdTELEPHONE · (08 ») 17 25 SI TELfXi 52t «30ittffd
6. Sep. 197gSep 6 197g
CIVAG AGCIVAG AG
Institut für Verpackungsforschung CH-9100 Herisau / SchweizInstitute for Packaging Research CH-9100 Herisau / Switzerland
Zweiteilige Metallform zur Herstellung von Formkörpern aus schäumbarem thermoplastischem KunststoffgranulatTwo-part metal mold for the production of moldings foamable thermoplastic plastic granulate
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweiteilige Metallform zur Herstellung von Formkörpern aus schäumbarem thermoplastischem Kunststoffgranulat, vorzugsweise aus expandierbarem Polystyrolschaum, das beispielsweise von der Badischen Anilin- und Sodafabrik AG in Perlform hergestellt und unter der geschützten Bezeichnung Styropor vertrieben wird.The present invention relates to a two-part metal mold for the production of moldings from foamable thermoplastic Plastic granulate, preferably made of expandable polystyrene foam, for example from Badische Anilin- und Sodafabrik AG is manufactured in pearl form and sold under the protected name Styropor.
In den letzten Jahrzehnten sind eine ganze Reihe von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Formkörpern aus expandierbarem Polystyrolschaum (EPS) bekannt geworden, bei denen vorgeschäumtes Kunststoffgranulat in einer Form unter Zufuhr von Wärme nachgeschäumt und versintert wird.In the last few decades, a whole series of processes and devices for the production of moldings have been made expandable polystyrene foam (EPS) has become known, in which pre-expanded plastic granulate is placed in a mold Supply of heat is foamed and sintered.
Bei diesen bekannten Verfahren wird entweder nur die Form von außen erwärmt, was jedoch nur bei sehr dünnen FormkörpernIn these known methods, either only the mold is heated from the outside, but this is only possible with very thin moldings
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Professional Repräsentativ before the European Patent Office Mlndim Nr, 1W52O-8O5 ■ layarlwh· Vtrtlnibonk MOndMn Nr. WSJOO (HZ 70020170)Professional representative before the European Patent Office Mlndim No. 1W52O-8O5 ■ layarlwh · Vtrtlnibonk MOndMn No. WSJOO (HZ 70020170)
sinnvoll möglich ist, oder aber es werden Formen eingesetzt, die mit Löchern oder Schlitzen versehen sind, durch die zwar der zur Erwärmung dienende Wasserdampf oder das heiße Wasser in die Form und zwischen das Granulat dringen kann, nicht aber das vorgeschäumte Kunststoffgranulat. Ferner sind Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei denen die Form vor dem Einfüllen des vorgeschäumten Kunststoffgranulates evakuiert und von außen vorgewärmt wird, ohne daß das hierfür notwendige Heizmedium in die Form eindringen kann. Während oder nach dem Einbringen des Granulates in die Form wird eine geringe Menge Dampf eingeleitet, wobei die Form während der gesamten Füllzeit weiter 'evakuiert wird. Die Form weist dabei ebenfalls Löcher bzw. Schlitze auf, die jedoch in spezielle Vakuum- bzw. Dampf-Zufuhrungsleitungen münden.is sensibly possible, or shapes are used that are provided with holes or slots through which, although the water vapor used for heating or the hot water can penetrate into the mold and between the granules, but not the pre-expanded plastic granulate. Furthermore, methods and devices of the type mentioned at the outset are known at which the mold is evacuated before filling the pre-expanded plastic granulate and preheated from the outside without the heating medium required for this can penetrate into the mold. During or after the introduction of the granulate into the mold a small amount of steam is introduced, with the mold being evacuated during the entire filling time. The form shows also have holes or slits, which, however, open into special vacuum or steam supply lines.
Außerdem sind Formen bekannt, die hinter den eigentlichen Formwänden Heiz- und Kühlkammern aufweisen, die aber verhältnismäßig groß ausgebildet sind und damit den Nachteil mit sich bringen, daß der Austausch von Heizmedium gegen Kühlmedium und umgekehrt nicht nur relativ zeitaufwendig ist, sondern auch erhebliche Energieverluste bedingt.In addition, shapes are known that are behind the actual mold walls Have heating and cooling chambers, but they are made relatively large and thus have the disadvantage of that the exchange of heating medium for cooling medium and vice versa is not only relatively time-consuming, but also considerable Conditional energy losses.
Für all die vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. Formen werden üblicherweise Formen aus Aluminium eingesetzt, die entweder gegossen und dann mechanisch nachgearbeitet oder durch rein mechanische Bearbeitung aus einem entsprechenden Block hergestellt wurden. Die Wandstärke dieser Formen liegen aufgrund der Herstellungstechniken zwischen 8 und 14 mm, wobei die in den Wandungen benötigten Löcher oder Schlitze nachträglich an den entsprechenden Stellen gebohrt bzw. gefräst werden müssen.For all of the processes and forms described above, forms made of aluminum are usually used, which either cast and then mechanically reworked or made from a corresponding block by purely mechanical processing became. The wall thickness of these forms is due to the manufacturing techniques between 8 and 14 mm, with those in the walls Any holes or slots required have to be drilled or milled in the appropriate places.
Abgesehen davon, daß die bisherigen Herstellungstechniken, insbesonder in Anbetracht der erforderlichen mechanischen Nachbearbeitung, relativ aufwendig sind und nicht zu absolut gleichen Formen führen, erhält man durch die mechanische NachbearbeitungApart from the fact that the previous manufacturing techniques, in particular In view of the required mechanical post-processing, are relatively expensive and not to be absolutely identical Lead shapes are obtained through mechanical post-processing
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zwangsläufig verhältnismäßig rauhe Oberflächen, die eine schlechte Entformung ergeben. Ferner haben sich die herstellungsmäßig bedingten Wandstärken von 8 bis 14 mm aufgrund der dadurch bedingten schlechteren Wärmeleitfähigkeit als nachteilig erwiesen. Darüber hinaus korrodieren derartige Formen aus Aluminium durch den ständigen Einfluß von Wasser und Dampf sehr stark, so daß sie häufig nachbearbeitet werden müssen.inevitably relatively rough surfaces, the one result in poor demolding. Furthermore, the manufacturing wall thicknesses of 8 to 14 mm due to the resulting poorer thermal conductivity than disadvantageous proven. In addition, aluminum molds of this type corrode due to the constant influence of water and steam very strong, so that they have to be reworked frequently.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Formen zur Herstellung von Formkörpern aus vorgeschäumtem Kunststoffgranulat, insbesondere aus expandierbarem Polystyrolschaum, zu schaffen, die die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweisen, d.h. die relativ leicht und genau reproduzierbar hergestellt werden können, und die glatte, nicht oxidierende Oberflächen und eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wobei bereits bei der Herstellung die Löcher und/oder Schlitze mit gebildet werden sollen, und deren Heiz- und Kühlkammern jedem gewünschten Volumen angepaßt werden können. Letzteres gilt auch für die DampfVerteilungskammer.The object of the invention is therefore to provide molds for the production of moldings from prefoamed plastic granulate, in particular from expandable polystyrene foam, which do not have the disadvantages described above, i.e. which can be produced relatively easily and precisely reproducibly, and which have smooth, non-oxidising surfaces and have better thermal conductivity, the holes and / or slots being formed during manufacture are to be, and their heating and cooling chambers can be adapted to any desired volume. The latter is true also for the steam distribution chamber.
Gelöst wurde diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Metallwandungen der Form doppelschalig ausgebildet sind, wobei die dem formgebenden Innenraum zugewandten Schalenwandungen eine Stärke von maximal 7 mm aufweisen.This object was achieved according to the invention in that the metal walls of the mold are double-shelled, wherein the shell walls facing the shaping interior have a maximum thickness of 7 mm.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine zweiteilige Metallform zur Herstellung von Formkörpern aus vorgeschäumtem Kunststoffgranulat, insbesondere expandierbarem Polystyrolschaum, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihre Metallwandungen doppelschalig ausgebildet sind, wobei die dem formgebenden Innenraum zugewandten Schalenwandungen eine Stärke von maximal 7 mm aufweisen.The subject of the invention is thus a two-part metal mold for the production of molded articles from pre-foamed Plastic granulate, especially expandable polystyrene foam, which is characterized in that its metal walls are double-shelled, the dem The shell walls facing the shaping interior have a maximum thickness of 7 mm.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Formen nach dem Galvanoplastverfahren, durch Versprühen von MetallenPreferably, the forms of the invention are after Electroplating process, by spraying metals
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im Auftragsverfahren (z.B. Flammspritzen) oder durch Pressen oder Ziehen entsprechender Metallbleche und anschließendem Verbinden der beiden Schalen.in the application process (e.g. flame spraying) or by pressing or drawing appropriate metal sheets and then Connect the two shells.
Arbeitet man nach dem Galvanoplastverfahren, so wird zunächst durch Abformung von einem Modell eine Schale galvanisiert. Alle zur Forminnenfläche freien Durchbrüche werden durch Wachs abgeschirmt. Nach Fertigstellung der Schale wird durch Aufbringen einer Wachsfolie die Größe des gewünschten Hohlraums mit allen Anschlüssen gestaltet. Durch die Gestaltung der verbindenden Durchbrüche entsteht eine innere Festigkeit, die durch weitere Stege vergrößert wird. Die Technik des Galvanoplastverfahrens ist bekannt, so daß im einzelnen hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.If you work according to the electroforming process, a shell is first galvanized by molding a model. All openings free to the inner surface of the mold are shielded by wax. After completing the The size of the desired cavity with all connections is designed by applying a wax film to the shell. The design of the connecting breakthroughs creates an inner strength that is created by further webs is enlarged. The technique of the electroforming process is known, so that no further details are given needs to be entered.
Die Wandungen der Schalen, die dem formgebenden Innenraum zugewandt sind, haben vorzugsweise eine Wandstärke von 2 bis 3 mm und bestehen insbesondere aus Kupfer oder Nickel oder deren Legierungen mit anderen Metallen.The walls of the shells that face the shaping interior space preferably have a wall thickness from 2 to 3 mm and consist in particular of copper or nickel or their alloys with other metals.
Je nachdem aus welchem Metall bzw. aus welcher Legierung die Form besteht, kann es vorteilhaft sein, auf die Formoberfläche, insbesondere die Form-Innenflächen im Galvanoverfahren oder nach dem C.F.S.-Verfahren zusätzlich eine Schutzschicht gegen Oxidation aufzubringen, oder aber eine solche, die gegenüber der eigentlichen Formoberfläche eine noch größere Härte und/oder Glätte aufweist. Diese zusätzliche Schutzschicht kann beispielsweise im Falle einer Kupferform eine Nickel- oder Silberschicht sein. Vorzugsweise wird nachträglich auf die Formoberflächen galvanisch eine Nickelschicht aufgebracht, die eine Korrosion im Formenhohlraum verhindert und gleichzeitig eine optimal glatte Oberfläche liefert. Depending on which metal or which alloy the mold is made of, it can be advantageous to additionally apply a protective layer against oxidation to the mold surface, in particular the inner surfaces of the mold, using the electroplating process or the CFS process, or a protective layer against it the actual mold surface has an even greater hardness and / or smoothness. This additional protective layer can be a nickel or silver layer, for example in the case of a copper form. A nickel layer is preferably applied subsequently to the mold surfaces by electroplating, which prevents corrosion in the mold cavity and at the same time provides an optimally smooth surface.
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Mit Hilfe des C.F.S.-Verfahrens kann jedes Metall durch Versprühen in einem geschlossenen Feld aufgetragen werden. Dieses sogenannte C.F.S.-Verfahren (Closed Filed Sputtering-Verfahren) ist von G.B. Sugden M. Sc, C. Eng., M.I.E.E., The General Engineering Co. (Radcliffe) Ltd., in der Zeitschrift "Technik und Anlagen" beschrieben.With the help of the C.F.S.-process, any metal can pass through Spray can be applied in an enclosed field. This so-called C.F.S. procedure (Closed Filed Sputtering process) is by G.B. Sugden M. Sc, C. Eng., M.I.E.E., The General Engineering Co. (Radcliffe) Ltd., described in the journal "Technik und Anlagen".
Zur Erhöhung der Stabilität der Doppelschale der Form können außer den Anschlüssen, die die Doppelschale durchdringen, zusätzlich Stege oder andere versteifend wirkende Verbindungen zwischen den Schalenwänden angebracht werden.To increase the stability of the double shell of the form, in addition to the connections, the double shell penetrate, additional webs or other stiffening connections are attached between the shell walls will.
Als besonders vorteilhaft darf gemäß der Erfindung angesehen werden, daß gleichzeitig bei der Herstellung der Formen, z.B. bei dem Galvanoplastverfahren, die jeweiligen Löcher oder Schlitze, die entweder zum Evakuieren oder dem Eintritt des Heizmediums dienen, das entweder Wasserdampf oder ein heißes inertes Gas sein kann, mit eingebaut werden können.According to the invention, it can be regarded as particularly advantageous that at the same time during the production of the Forms, e.g. in the electroforming process, the respective holes or slots that are either used for evacuation or the entry of the heating medium, which can be either water vapor or a hot inert gas, with can be installed.
Die beigefügte Figur zeigt in schematischor Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Form mit den entsprechend bekannten Umbauten und der Füllvorrichtung. In dieser Figur haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung:The attached figure shows a schematic representation a cross-section through a form according to the invention with the corresponding known modifications and the filling device. In this figure, the reference symbols have the following meaning:
1 Form1 shape
2 Dampfeintritt zum perforierten Dampfraum2 Steam inlet to the perforated steam room
3 Eintritt Heiz-Kühl-Medium3 Inlet heating / cooling medium
4 Absaugdüsen für das Vakuum4 suction nozzles for the vacuum
5 Feinbohrungen für die Bedampfung5 fine bores for steaming
6 Dampfzufuhr zum Füller6 Steam supply to the filler
7 Anschlüsse für die Vakuumleitungen7 connections for the vacuum lines
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9 Austritt Heiz-Kühl-Medium9 Outlet heating / cooling medium
10 Rahmen10 frames
11 formgebender Innenraum11 shaping interior
12 DampfVerteilungsraum12 Steam distribution room
13 Heiz- und Kühlraum13 Heating and cooling room
14 Schalenwandung14 shell wall
15 Schalenwandung15 shell wall
16 Schalenwandung16 shell wall
17 Schalenwandung17 shell wall
18 Einfüllöffnung18 Filling opening
Da die prinzipielle Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Formen den bekannten Formen aus Aluminium entspricht, erübrigt sich im vorliegenden Fall eine genaue Verfahrensbeschreibung. Since the basic mode of operation of the molds according to the invention corresponds to the known aluminum molds, this is unnecessary In the present case, an exact description of the procedure is available.
Vorteilhaft ist somit, daß gemäß der Erfindung hinsichtlich der doppelschaligen FormIt is therefore advantageous that according to the invention with regard to the double-shell shape
(a) Wandstärken der Schalen zwischen vorzugsweise 2 und 3 mm erreicht werden können und beispielsweise Kupfer anstelle von Aluminium eingesetzt werden kann, wodurch eine größere Wärmeleitfähigkeit erreicht wird und damit kurzzeitig eine höhere Temperatur übertragen werden kann, wodurch wiederum kürzere Zykluszeiten erreicht werden,(A) Wall thicknesses of the shells between preferably 2 and 3 mm can be achieved and, for example, copper instead of aluminum can be used, whereby a greater thermal conductivity is achieved and thus for a short time a higher temperature can be transmitted, which in turn results in shorter cycle times,
(b) der Arbeitsraum hinter den eigentlichen formgebenden Wänden sehr klein gehalten werden kann, durch die Gestaltung der Formwände in Form einer Doppelschale, wodurch erreicht wird, daß Heiz- und Kühlmedium wesentlich schneller bei zusätzlich geringer auftretenden Wärmeverlusten ausgetauscht werden können.(b) the working space behind the actual shaping Walls can be kept very small by designing the mold walls in the form of a double shell, whereby it is achieved that the heating and cooling medium is much faster with additionally less occurring Heat losses can be exchanged.
(c) bei der Herstellung der Form Vakuum- und Dampf löcher sowie Verstärkungsstege und andere Einbauten mit ange-(c) when making the mold, vacuum and steam holes as well as reinforcement bars and other internals with attached
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- Tf - - Tf -
bracht werden können,can be brought,
(d) man für die Heiz- und Kühlmedien bzw. den Dampf absolut drucksichere Kammern erhält« da diese quasi aus "einem Stück" sind und(d) one absolute for the heating and cooling media or the steam pressure-proof chambers are given «because they are made of" one piece "and
(e) die Form-Oberfläche glatt ist und mit einem weiteren überzug gegenüber Oxidation geschützt oder gehärtet oder geglättet werden kann, wodurch u.a. eine bessere Entformung des Produkts möglich ist und die mit der erfindungsgemäßen Form hergestellten Formkörper eine bessere Oberflächengüte hinsichtlich Glätte und gegebenenfalls Härte aufweisen. Das Erreichen einer härteren Oberfläche des Formkörpers ist auf die Möglichkeit zurückzuführen, höhere Temperaturen von der Form auf den Formkörper übertragen zu können.(e) the mold surface is smooth and with another coating protected against oxidation or hardened or can be smoothed, whereby, inter alia, a better demolding of the product is possible and the moldings produced with the mold according to the invention a have better surface quality in terms of smoothness and possibly hardness. Achieving a harder one The surface of the molded body is due to the possibility of higher temperatures from the mold to the To be able to transfer molded bodies.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert, ohne sie jedoch darauf einzuschränken:The invention is explained below using an example, but without restricting it to it:
Die Form 1 besteht aus einem formgebenden Innenraum 11, dem DampfVerteilungsraum 12 und dem Heiz- und Kühlraum Der Innenraum 11, ebenso wie der Dampfverteilungsraum 12 und der Heia- und Kühlraum 13 werden durch die Schalenwandungen 14, 15, 16 und 17 gebildet, die im Galvanoverfahren hergestellt sind. Durch Einhängen eines Badmodells in ein Kupferbad wird nach einer entsprechenden Verweilzeit die gewünschte Wanddicke erreicht. Eingearbeitet in diese Schale werden durch Abdeckung alle funktionsmäfiigen Anschlüsse.The mold 1 consists of a shaping interior 11, the steam distribution space 12 and the heating and cooling space The interior 11, as well as the steam distribution space 12 and the heating and cooling space 13 are formed by the shell walls 14, 15, 16 and 17, which are manufactured using the electroplating process. By hanging a bath model in a copper bath after a corresponding dwell time the desired wall thickness is achieved. All functional connections are incorporated into this shell by covering it.
Zu den funktionsmäßigen Anschlüssen gehören die Einfüllöffnungen 18 für die Füller 8, die Absaugdüsen 4 für das Vakuum, dl« Feinbohrungen 5 für die Bedampfung sowie dieThe functional connections include the filling openings 18 for the filler 8, the suction nozzles 4 for the Vacuum, dl «fine bores 5 for the vapor deposition as well as the
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beiden Anschlüsse 6, 2 für den Dampf, der zum Heizen und Sintern gebraucht wird.two connections 6, 2 for the steam that is used for heating and sintering.
Hervorzuhebendes Merkmal ist, daß nur in einer Formseite Feindampfbohrungen 5 erforderlich sind und die andere Seite als geschlossene Formhälfte ausgebildet wird, wobei natürlich auch diese Formhälfte Feinbohrungen aufweisen kann, wenn man Dampf durch das zu verschäumende Material saugen will.A feature to be emphasized is that fine steam holes 5 are only required in one side of the mold and the other side is designed as a closed mold half, whereby this mold half can of course also have fine bores, if you want to suck steam through the material to be foamed.
Nach Fertigstellung der formgebenden Schale wird ein Hohlraum gestaltet, bei dem die notwendigen Durchführungen mit eingearbeitet werden.After completion of the shaping shell, a cavity is designed in which the necessary feedthroughs with be incorporated.
Durch die Verwendung eines speziellen Materials, das auf die Formschale aufgebracht wird und von den galvanischen Bädern nicht angegriffen wird, läßt sich jede gewünschte Formgestaltung herstellen.By using a special material that is applied to the shell mold and from the galvanic Baths is not attacked, any desired shape can be produced.
Nachdem dieses Material auf die Außenseite der Formschale aufgebracht wird, wird das Modell wieder in die Bäder gehängt. Nach einer entsprechenden Verweildauer in den Bädern entsteht auf der Rückseite je nach Erfordernis eine weitere Schale von 6 - 10 mm und damit ein Hohlraum hinter der eigentlichen formgebenden Schalenwandung 15, 16.Having this material on the outside of the shell mold is applied, the model is hung back in the bathroom. After a period of time in the baths Depending on the requirements, a further shell of 6-10 mm is created on the back and thus a cavity behind the actual shaping shell wall 15, 16.
Durch diese Gestaltungsmöglichkeit ergeben sich unmittelbar der Formgröße zugeordnete minimale Arbeitsräume für den Dampf bzw. das Heiz- und Kühlmedium.This design option results in minimal working spaces for the shape size that are directly assigned to the steam or the heating and cooling medium.
Die Formfüllung geschieht nun in der Weise, daß mittels Vakuum das Material über den Füller 8 in den formgebenden Innenraum 11 gesaugt wird, gleichzeitig der Dampfverteilungsraum 12 mit Dampf gefüllt wird, wobei durch die in der Schalenwandung 14 befindlichen Bohrungen 5 Dampf ebenfalls in den formgebenden Innenraum 11 eintritt.The mold is now filled in such a way that by means of a vacuum the material passes through the filler 8 into the forming Interior 11 is sucked, at the same time the steam distribution space 12 is filled with steam, with the in the Shell wall 14 located holes 5 steam also enters the shaping interior 11.
Nach vollendeter Formfüllung wird in den Heiz- und Kühlraum 13 Wasser geschickt und damit der Formkörper abgekühlt.After the filling of the mold has been completed, water is sent into the heating and cooling space 13, thereby cooling the molded body.
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
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Anstelle der bisher hinter dem formgebenden Teil befindlichen großen Arbeitsräume sind nun sehr kleine Arbeitsräume gestaltet, so daß der dort befindliche Dampf ein Minimum bedeutet gegenüber dem bekannten Verfahren. Außerdem sind durch die erfindungsgemäße Form die Voraussetzungen gegeben, beliebige Temperaturen durch die Schale zu übertragen, die ihrerseits so ausgebildet ist, daß sie die gewünschten auftretenden Drücke aufnehmen kann.Instead of the large work spaces that were previously located behind the shaping part, there are now very small work spaces designed so that the steam located there means a minimum compared to the known method. Also are given by the form according to the invention, the prerequisites are given to transfer any temperatures through the shell, the is in turn designed so that it can absorb the desired pressures occurring.
Die Anzahl der Feinbohrungen 5 für die Bedampfung und der Anschlüsse 7 für Vakuum sowie der Füllinjektoren 8 sind der Größe des formgebenden Innenraums 11 angepaßt. The number of fine bores 5 for the vapor deposition and the connections 7 for vacuum and the filling injectors 8 are adapted to the size of the shaping interior 11.
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