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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Heißschmelztintenpellets.
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Bestimmte
Arten von Tintenstrahldruckern verwenden eine sogenannte Heißschmelztinte,
d. h. ein wachsartiges Tintenmaterial, welches bei Raumtemperatur
fest ist und einen Schmelzpunkt von beispielsweise ungefähr 100 oder
120°C hat.
In dem Druckkopf des Druckers wird die Tinte über ihren Schmelzpunkt hinaus
erhitzt, so daß Tröpfchen flüssiger Tinte
durch die Düsen
des Druckkopfes ausgestoßen
werden können.
Um eine hohe Qualität
des gedruckten Bildes zu erhalten, sollte die Viskosität und somit
die Temperatur der geschmolzenen Tinte in dem Druckkopf im wesentlichen
konstant gehalten werden. Da aber die Tinte im Verlauf des Druckvorganges
verbraucht wird und der die flüssige
Tinte innerhalb des Druckkopfes aufnehmende Tintenbehälter nur
eine begrenzte Größe hat,
ist es notwendig, feste Tinte zuzuführen und zu schmelzen, während der
Drucker in Betrieb ist, und die zum Schmelzen der Tinte erforderliche
latente Wärme
neigt dazu, die Temperatur in dem Tintenbehälter zu verringern. Aus diesem
Grunde ist es wünschenswert,
daß die
dem Tintenbehälter
zugeführte
Menge an fester Tinte präzise
gesteuert und abgemessen werden kann, und dazu ist es vorteilhaft,
daß die
Tinte in Form von Pellets mit einer vorbestimmten Größe und Form
zugeführt
wird, z. B. in der Form kleiner kugelförmiger Pillen.
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Da
die Heißschmelztinte
ein thermoplastisches Material ist, können die Pellets mit der gewünschten
Form und Größe mittels
eines Formverfahrens hergestellt werden, welches Spritzgießverfahren ähnlich ist,
die zum Herstellen von Artikeln aus thermoplastischem Harz bekannt
sind. Das Formverfahren sollte jedoch an die speziellen Eigenschaften von
Heißschmelztinte
angepaßt
werden, die sich in bestimmter Hinsicht von denen eines thermoplastischen
Kunstharzes unterscheiden. Da der Betrag der Schrumpfung, der die
Heißschmelztinte
beim Festwerden unterliegt, vergleichsweise gering ist und da eine
gewisse Schrumpfung toleriert werden kann, weil das Enderscheinungsbild
von geformten Tintenpellets nicht kritisch ist, ist es nicht erforderlich,
hohe Verschlußkräfte aufzubringen,
um die Form während des
Formvorganges geschlossen zu halten. Da auf der anderen Seite die
Heißschmelztinte
einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt hat, neigt sie dazu,
sofort fest zu werden, wenn sie in Berührung mit den Wänden des
Formhohlraumes kommt. Dieser Effekt und die Tatsache, daß die Oberfläche des Tintenpellets etwas
klebrig ist, selbst wenn die Temperatur unter den Schmelzpunkt gefallen
ist, vergrößert die
Neigung des Pellets, an den Wänden
des Formhohlraums anzuhaften. Dies macht es schwieriger, das geformte
Pellet zuverlässig
und reproduzierbar aus dem Formelement zu entfernen.
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Aus
EP 1 236 577 A1 ist
ein Verfahren zum Herstellen von Heißschmelztintenpellets bekannt, welches
die folgenden Schritte hat: geschmolzene Tinte wird in einen Formhohlraum
gefüllt,
der zwischen einem ersten Formelement und einem zweiten Formelement
einer Form definiert ist; es wird ermöglicht, daß sich die Tinte abkühlt und
in dem Formhohlraum erstarrt. Weil die Pellets die Neigung haben,
an den Wänden
des Formhohlraumes anzuhaften, wird dann, um die Tintenpellets aus
der Form freizusetzen, wenigstens eine der ersten und zweiten Formelemente
erhitzt, um nur die Oberfläche
des aus dem Formhohlraum zu entfernenden Tintenpellets wieder zu
schmelzen. Dieser Zusatzschritt ermöglicht es, die Tintenpellets
in wohldefinierter Weise aus der Form zu entfernen.
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Es
ist bekannt, daß das
Entfernen eines geformten Produktes aus einem Formelement erleichtert
werden kann, indem ein Trennmittel verwendet wird, welches die Haftung
zwischen dem geformten Produkt und den Wänden des Formhohlraums verringert.
Es wird dann jedoch unvermeidlich sein, daß ein Teil des Trennmittels
in dem geformten Material dispergiert oder verdünnt wird, und dies ist im Falle
von Heißschmelztinte
nicht hinnehmbar, weil es die Qualität der Tinte beeinträchtigen
würde.
Beispielsweise würden
selbst winzige Teilchen des Trennmittels, wenn sie in der Tinte
dispergiert sind, dazu neigen, die extrem feinen Düsen des
Druckkopfes zu verstopfen.
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Es
könnte
in Betracht gezogen werden, eine Form zu verwenden, die aus Materialien
wie Silikonkautschuk hergestellt ist, an welchen die geschmolzene
Tinte nicht anzuhaften neigt. Diese Materialien werden jedoch ebenfalls
zu einem gewissen Ausmaß in
der geschmolzenen Tinte verdünnt
werden und lösen
somit nicht das Problem der Verunreinigung der Tinte.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Heißschmelztintenpellets
zur Verfügung
zu stellen, bei dem, selbst wenn das Tintenmaterial dazu neigt,
an den Wänden
des Formhohlraums anzuhaften, die Pellets zuverlässig und reproduzierbar aus
der Form entnommen werden können.
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Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren wie in Anspruch 1 angegeben erreicht.
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Erfindungsgemäß wird die
Tinte schockgekühlt
mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit,
die zu einer Schrumpfung führt,
die ausreichend ist, um zu bewirken, daß die erstarrende Tinte sich
von wenigstens einem der Formelemente (engl.: "mold dies") löst.
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Obwohl,
wie oben gesagt wurde, der Betrag der Schrumpfung von Heißschmelztinten
vergleichsweise gering ist, zeigen solche Tinten einen gewissen
Schrumpfungseffekt, wenn sie erstarren. Es wurde erkannt, daß bei den üblicherweise
verwendeten Heißschmelztintenzusammensetzungen
der Betrag der Schrumpfung von der Abkühlungsgeschwindigkeit abhängt, mit
der die Tinte erstarrt. Wenn sie schneller abgekühlt wird, neigt die erstarrende
Tinte dazu, weniger, aber größere Kristallkörner zu
bilden, und dies führt
zu einer Kristallstruktur, in der die erstarrte Tinte eine höhere Dichte
hat und somit eine größere Schrumpfung
erfährt.
Es wurde erkannt, daß dieser
Schrumpfungseffekt verwendet werden kann, um das Entfernen der Tintenpellets
aus der Form zu erleichtern. Wenn die geschmolzene Tinte in den Formhohlraum
gegossen wird, wird die Wärme
der Tinte durch die Wände
der Form abgeführt,
und der Erstarrungsvorgang beginnt an den inneren Wänden des
Formhohlraums und setzt sich dann in Richtung auf das Innere des
Pellets fort. Man könnte
daher erwarten, daß die
Tinte dazu neigen könnte,
noch fester an den Wänden
des Formhohlraums anzuhaften, wenn die Temperatur der Form bedeutend
niedriger ist als die der Tinte. Es wurde jedoch erkannt, daß der oben
erwähnte
Schrumpfungseffekt zu einer relativ gleichförmigen Kontraktion des Pellets
als ganzes führt
anstatt zur Bildung von Leerräumen
in dem Inneren des Pellets. Somit zwingt die Kontraktion des in
dem Formhohlraum erstarrenden Pellets die äußere Schicht des Tintenmaterials
dazu, zurückgezogen und
von der Wandoberfläche
der Form gelöst
zu werden. Im Ergebnis kann das Entfernen des Pellets aus der Form
erleichtert werden durch geeignetes Steuern des Betrages der Schrumpfung,
d. h. durch geeignetes Einstellen der Abkühlungsgeschwindigkeit, bei
der der Erstarrungsvorgang stattfindet. Dies bedeutet einen relativ
schnellen Abkühlvorgang,
der in der vorliegenden Anmeldung als "Schockkühlen" bezeichnet wird.
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Im
allgemeinen wird ein Erhöhen
der Abkühlungsgeschwindigkeit
die Wirkung haben, daß die Pellets
leichter und zuverlässiger
aus der Form entfernt werden. Es sollte jedoch vermieden werden,
extrem hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten
zu verwenden, die zu einer amorphen Erstarrung der Tinte führen würden. Bei
bestimmten Zusammensetzungen von Heißschmelztinte kann eine zu
hohe Abkühlungsgeschwindigkeit
auch zu hohen thermischen Spannungen in dem Tintenmaterial führen, so
daß das
Risiko einer Beschädigung
der Tintenpellets sich erhöht.
Außerdem
wird eine hohe Abkühlungsgeschwindigkeit
normalerweise eine leistungsfähigere Kühleinrichtung
erfordern und zu einer erhöhten Leistungsaufnahme
führen.
Die im Hinblick auf diese Betrachtungen optimale Abkühlungsgeschwindigkeit hängt von
der speziellen Zusammensetzung der Heißschmelztinte ab und kann experimentell
bestimmt werden. Typische Heißschmelztinten
sind unter anderem aus den europäischen
Patentanmeldungen
EP 0 856 565 ,
EP 0 978 548 ,
EP 1 067 157 bekannt.
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Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
Schockkühlen
im Sinne der Erfindung kann bequem erreicht werden, indem die Formen
mit der darin eingefüllten
geschmolzenen Tinte in einer Umgebung, z. B. in einer Kühlkammer,
platziert werden, die bei einer geeignet niedrigen Temperatur gehalten
wird. Die Temperatur in dieser Kammer, die beispielsweise im Bereich
von +30°C
bis –30°C sein kann
und niedriger als 10°C,
vorzugsweise geringer als 0°C,
sein kann, beispielsweise ungefähr –10°C, abhängig von
der Art der Tinte, wird dann die Abkühlungsgeschwindigkeit bestimmen.
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Bevorzugt
wird die Form in der Kühlkammer platziert,
bevor die geschmolzene Tinte eingefüllt wird. Die Wände der
Form werden dann schon auf annähernd
die Temperatur der Kühlkammer
abgekühlt
sein, bevor die geschmolzene Tinte eingefüllt wird, und die Wärme der
geschmolzenen Tinte wird dann schnell von den Wänden der Form aufgenommen werden.
In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die Form
aus einem Material, z. B. Metall, hergestellt ist, das eine hohe
Wärmeleitfähigkeit
und eine hohe Wärmekapazität hat. Um
die Wärmekapazität der Form
und somit die Abkühlungsgeschwindigkeit
zu erhöhen,
kann eine Form mit relativ dicken Wänden vorteilhaft sein.
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Wie
allgemein in dem Fachgebiet bekannt ist, kann die Form aus einem
unteren Formelement (engl.: "die") und einem oberen
Formelement bestehen, mit einem in dem oberen Formelement gebildeten
Angußloch.
Um das Pellet aus der Form zu entfernen, können die Formelemente dann
in vertikaler Richtung voneinander getrennt werden. Wenn der Formhohlraum
beispielsweise kugelförmig
ist, wird es häufig
beobachtet, daß das
Pellet dazu neigt, an dem oberen Formelement festzusitzen, nachdem
die Form geöffnet
wurde. Der Grund ist, daß eine
kleine Menge von Tinte, die in dem Angußloch bleibt, nur einer geringen
Schrumpfungswirkung unterliegt und daher an dem oberen Formelement
anhaftet, so daß das
ganze Pellet an dem oberen Formelement festgehalten ist. Dieser
Effekt kann verhindert werden, indem die Menge der in den Formhohlraum
gegossenen Tinte sorgfältig
gesteuert wird. Andererseits kann dieser Effekt auch dazu verwendet
werden, um ausdrücklich
sicherzustellen, daß die
Pellets an dem oberen Formelement festsitzen. Dann können die Pellets
von dem oberen Formelement gelöst
werden, indem dieses in Schwingungen versetzt wird oder indem durch
das Angußloch
Druckluft injiziert oder ein Auswerferstift eingeführt wird.
Die Pellets werden dann einfach aus dem oberen Formelement herausfallen
und können
leicht durch eine Rutsche oder dergleichen gesammelt und abgelassen
werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden, von denen:
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1 ein
kontinuierliches Verfahren zum Formen von Heißschmelztintenpellets und Entfernen derselben
aus dem Formhohlraum veranschaulicht; und
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2 eine
Schnittdarstellung einer Mehrfachform ist, die für ein Formverfahren gemäß einer modifizierten
Ausführungsform
der Erfindung verwendbar ist.
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1 zeigt
eine Anzahl von Formen 10, 12, 14, 16, 18,
von denen jede ein oberes Formelement 20 und ein unteres
Formelement 22 umfaßt,
die jeweils eine halbkugelförmige
Schalenform haben und zusammen einen Formhohlraum 24 definieren,
der mit geschmolzener Heißschmelztinte 26 gefüllt wird. Das
obere Formelement 20 ist einstückig mit einem oberen Flansch 28 gebildet
und hat ein in der Mitte des Flansches 28 gebildetes Angußloch 30,
so daß geschmolzene
Tinte durch eine Düse 32 in
den Formhohlraum 26 gegossen werden kann.
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Das
untere Formelement 22 ist im wesentlichen spiegelsymmetrisch
zu dem oberen Formelement 20 und ist einstückig mit
einem Boden 34 gebildet. Der untere Rand des oberen Formelements 20 und
der obere Rand des unteren Formelements 22 sind von umlaufenden
Flanschen 36, 38 umgeben, die fest miteinander
in Eingriff gehalten werden, um den Formhohlraum 24 dichtend
zu schließen.
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Die
unteren Formelemente 22 der Formen sind in Aufnahmeöffnungen
einer bandartigen Fördereinrichtung 40 eingesetzt,
die die Flansche 36 der unteren Formelemente 22 stützt. Die
Fördereinrichtung 40 führt die
Formen 10 bis 14 intermittierend in der Richtung
des Pfeiles A durch eine längliche,
tunnelartige Kühlkammer 42,
von der in 1 nur Teile dargestellt sind.
Die Kühlkammer 42 hat
thermisch isolierende Wände,
und das Innere dieser Kühlkammer
wird bei einer konstanten Temperatur von z. B. –10°C durch irgendeine geeignete
Art von Kühlmitteln
gehalten, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind und hier nicht
beschrieben werden.
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Die
Formen 10–18 sind
aus Metall hergestellt, z. B. Aluminium, oder irgendeinem anderen Material
mit einer hohen Wärmekapazität, und haben relativ
dünne Wände. Somit
wird, während
die Form 10 durch die Kühlkammer 42 zu
der Position der Düse 32 gefördert wird,
sie schon auf die Temperatur der Kühlkammer abgekühlt sein.
Wenn die Form an der Position der Düse 32 anhalt, wie
die Form 12 in 1, wird die Düse 32 mit
dem Angußloch 30 verbunden,
und die geschmolzene Tinte 26 wird in den Formhohlraum
eingefüllt.
Die Düse 32 ist
von einer thermisch isolierenden Hülle 44 umgeben, um
zu verhindern, daß die
geschmolzene Tinte vorzeitig in der Düse 32 erstarrt.
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Wenn
der Formhohlraum 24 vollständig gefüllt wurde, wird die Düse 32 geringfügig von
dem oberen Flansch 28 der Form abgehoben, und die Fördereinrichtung 40 bewegt
sich einen Schritt weiter, um die nächste Form 10 in die
Position der Düse 32 zu
bringen, woraufhin der Füllvorgang
wiederholt wird.
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Während die
mit geschmolzener Tinte gefüllten
Formen intermittierend durch den stromabwärts der Düse 32 gelegenen Teil
der Kühlkammer 42 gefördert werden,
wie die Form 14 in 1, wird
die Wärme
der Tinte schnell durch die dünnen
Wände der
Form abgeführt,
so daß die
Tinte schockgekühlt wird
und in dem Formhohlraum erstarrt, um ein kugelförmiges Tintenpellet 36 zu
bilden. Die Abkühlungsgeschwindigkeit,
mit der die Tinte erstarrt, ist ausreichend hoch, um eine bedeutende
Schrumpfung des Tintenmaterials zu verursachen. Aufgrund dieser
Schrumpfung wird die äußere Umfangsfläche des
Tintenpellets 36 von den inneren Wänden des Formhohlraums gelöst.
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Wie
in 1 für
die Form 14 dargestellt wurde, wird der Formhohlraum bis
zu einem solchen Maß gefüllt, daß ein kleiner
Pfropfen 48 der Tinte in dem Angußloch 30 der Form
gebildet wird. Da dieser Pfropf 48 nur einer geringfügigen Schrumpfung
unterliegt, haftet er an den Wänden
des Angußlochs,
so daß das
Tintenpellet 48 leicht an dem oberen Abschnitt des oberen
Formelements 20 befestigt bleibt.
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Wenn
das Tintenpellet 46 vollständig erstarrt ist, verläßt die Form
die Kühlkammer 42.
Dann wird, wie für
die Formen 16 und 18 gezeigt wurde, das obere
Formelement 20 von einem Hebeförderer 50 erfaßt und zusammen
mit dem Tintenpellet 46 von dem unteren Formelement 24 abgehoben.
Um das Tintenpellet vollständig
aus der Form 18 zu entfernen, wird eine Düse 52 auf
dem Angußloch 30 platziert,
und das Tintenpellet 46 wird mit Druckluft ausgeworfen.
Das aus dem oberen Formelement 20 herausfallende Tintenpellet
wird dann gesammelt und über
eine Rutsche 54 abgelassen.
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Anstatt
Druckluft durch das Angußloch
des oberen Formelements 20 zu blasen, wäre es auch möglich, das
obere Formelement leicht in Schwingungen zu versetzen, um das Tintenpellet 46 daraus zu
entfernen.
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Die
unteren Formelemente 24 und die oberen Formelemente 20 werden
dann zu der stromaufwärts
liegenden Seite der Kühlkammer 42 zurückgeführt, und
die Formen werden wieder verschlossen, bevor sie wieder in die Kühlkammer 42 eintreten.
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In
dem gezeigten Beispiel hat die Fördereinrichtung 40 Ansätze 56,
die es unterstützen,
die oberen Formelemente 20 in Ausrichtung zu den unteren For melementen 24 zu
halten. Wenn die Fördereinrichtung 40 ein
endloses Band ist und über
Führungswalzen
(nicht gezeigt) gezogen wird, die lediglich die seitlichen Seitenabschnitte
des Bandes stützen,
können
die unteren Formelemente 24 an dem Band befestigt sein.
In diesem Fall werden die unteren Formelemente 24 umgedreht
werden, wenn sie zu der stromaufwärts gelegenen Seite der Kühlkammer 42 zurückgeführt werden,
und in dem Fall, daß ein
Tintenpellet in dem unteren Formelement 24 zurückgeblieben
sein sollte, würde
es einfach herausfallen und könnte
ebenfalls gesammelt werden. In dem Fall, daß ein Tintenpellet leicht an
dem unteren Formelement 24 festhängen sollte, können Schwingungsmittel
oder ähnliche
mechanische Mittel vorgesehen sein, um das Pellet aus dem unteren
Formelement zu entfernen.
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Es
sollte beachtet werden, daß die
Größe des Pfropfs 48 in 1 zu
Veranschaulichungszwecken übertrieben
wurde. Der Betrag der Schrumpfung des Tintenpellets 46 relativ
zu dem Formhohlraum 26 wurde gleichfalls übertrieben.
In der Praxis kann die Schrumpfung annähernd 1–3% des Volumens betragen.
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Es
versteht sich, daß das
oben beschriebene Verfahren lediglich ein Beispiel zur Veranschaulichung
der Prinzipien der Erfindung ist und in verschiedenster Weise modifiziert
werden kann. Beispielsweise wäre
es auch möglich,
anstatt die Formen 10 bis 18 durch eine Kühlkammer 42 zu
führen, kalte
Luft gegen die Formen zu blasen oder sie in eine Kühlflüssigkeit
einzutauchen, um eine ausreichende Abkühlungsgeschwindigkeit zu erzielen.
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Anstelle
eines kontinuierlichen Herstellungsverfahrens ist es auch möglich, ein
Batch-Verfahren einzusetzen. Dann ist es vorzuziehen, eine Mehrfachform 58 zu
verwenden, von der ein Beispiel in 2 gezeigt
wurde. Die Form 58 hat blockartige obere und untere Formelemente 60, 62,
die zusammen eine Mehrzahl von Formhohlräumen 24 definieren.
Da die Metallblöcke,
die die oberen und unteren Formelemente 60, 62 bilden,
eine große
Wärmekapazität haben,
kann ein Schockkühlungseffekt
dadurch erreicht werden, daß die
Form 58 einfach auf eine geeignete Temperatur vorgekühlt wird,
bevor die geschmolzene Tinte in die Formhohlräume gefüllt wird.
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Anstelle
einer Metallform ist es auch möglich, eine
aus Kunstharz hergestellte Form zu verwenden, insbesondere im Falle
einer dünnwandigen
Form, wie sie in 1 gezeigt ist.