Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Vermeiden von Schäden oder Bildung von Rissen während dem
ersten Strippen von Kunststoffteilen, die unter Verwendung von
zusammenwirkenden Spritzformabschnitten spritzgegossen würden,
von denen einer ein Dornenende ist, das mit zwei
Spritzgußformhälften zusammenwirkt, die während der Bewegung vom Dorn
seitlich von einander getrennt werden, wobei das Einblasen von
Druckgas verwendet wird, um die gegossenen Kunststoffteile aus
dem Gießabschnitt zu nehmen.
Stand der Technik
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Bestimmte Arten von Verpackungsbehältern für flüssigen Inhalt
wie Milch, Saft o. ä. weisen ein Gehäuse aus einem
Papier/Kunststofflaminat auf, das wenigstens an einem Ende mit
einer Endwand, die ganz aus Kunststoff besteht, versehen ist.
Eine Verpackungsmaschine zur Herstellung dieser Art von
Verpackungsbehältern wird im Europäischen Patent EP 413.927
offenbart. In diesem Maschinentyp wird ein röhrenförmiges
Gehäuse verwendet, das in der Maschine entweder aus einem
bahnenförmigen Papier/Kunststofflaminat hergestellt wird oder von
einem Magazin in Form von vorgefertigten flachen Zuschnitten
zugestellt wird. Das Gehäuse wird auf einen Dorn gegeben, dessen
eines freies Dornenende einen Spritzgießabschnitt
darstellt, der zusammen mit zwei externen Gußformhälften eine
geschlossene Gießkammer bildet, in der sich ein Ende des
Gehäuses befindet. Mit Hilfe eines Extruders oder einer anderen
Einspritzvorrichtung wird eine bestimmte Menge an Kunststoff
in die Kammer gegeben, wonach die Gußformhälften in die
Preßposition gebracht werden, in der die zugegebene
Kunststoffmenge zu Aushärten gebracht wird. Danach werden die
Gußformhälften getrennt, wonach das mit der Endwand versehene Gehäuse
oder der mit der Endwand versehene
Verpackungsbehälterzuschnitt entfernt (oder "gestrippt") wird, indem er axial vom
Dorn abgenommen wird.
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In Zusammenhang mit dem Öffnen der Gußformhälften vergrößert
sich der Abstand zwischen dem Dornenende und den
Gußformhälften, bevor die Gußformhälften seitlich von einander getrennt
werden, wobei es, insbesondere wenn das gegossene
Kunststoffteil hervorstehende Abschnitte wie z. B. Öffnungseinrichtungen
oder Aufziehringe beinhaltet, zu einem teilweise
reibungsbedingten Dehnen des Materials kommt, was ein partielles Vakuum
zwischen dem Kunststoffteil und dem Dornenende verursacht, was
die Bildung von Rissen oder anderen Schaden verursachen kann.
Dieses Problem kann teilweise dadurch gelöst werden, daß man
den gegossenen Kunststoffteilen eine längere Auskühlzeit
ermöglicht, diese wirkt sich jedoch negativ auf die
Geschwindigkeit der Maschine aus und ist deshalb nicht wünschenswert.
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Es gibt eine Reihe von Dokumenten im Stand der Technik, die
sich mit den verschiedenen Problemen des partiellen Vakuum,
das zwischen den Gußformhälften, dem Kunststoffteil und dem
Dorn entsteht, beschäftigen.
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Einerseits beschäftigen sich EP-A-0 079 786, JP-A-07148792 und
US-A-4 994 228 mit den Problemen, die aufgrund von partiellem
Vakuum, das beim ersten Öffnen der Form zwischen den
Formhälften und dem Kunststoffteil entsteht, auftreten können. Um
dieses partielle Vakuum beim ersten Öffnen der Form zu vermeiden,
wird Luft entweder bei Umgebungsdruck oder mit höherem Druck
in den Raum zwischen den Gußformhälften und dem Kunststoffteil
gegeben.
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Auf der anderen Seite beschäftigen sich US-A-4 653 997 und CH-
A-687 975 mit den Problemen, die aufgrund des teilweisen
Vakuums, das beim Entfernen des Kunststoffteils vom Dorn entsteht,
auftreten können. Nachdem die Formhälften entfernt würden und
das Kunststoffteil vom Dorn entfernt werden soll, besteht die
Gefahr, daß ein teilweises Vakuum zwischen dem Kunststoffteil
und dem Dorn entsteht, da das Kunststoffteil oft sehr eng auf
dem Dorn sitzt. Um dieses Problem des Vakuums beim endgültigen
Entfernen vom Dorn zu vermeiden, wird Luft entweder bei
Umgebungsdruck oder unter höheren Druck in den Raum, der zwischen
dem Kunststoffteil und Dorn gebildet wird, gegeben.
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Die oben genannten Dokumente aus dem Stand der Technik
beschäftigen sich nicht mit den Problemen, die beim ersten
Öffnen der Gußformhälften entstehen. CH-A-687 975 wird im
Augenblick als der nächste Stand der Technik angesehen und der
Oberbegriff von Anspruch 1 basiert auf der Offenbarung dieses
Dokuments.
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Es besteht also im Stand der Technik ein allgemeiner Bedarf,
ein Verfahren zum Strippen von spritzgegossenen
Kunststoffteilen bereitzustellen, das nicht die genannten Nachteile hat,
sondern trotz hoher Produktionsgeschwindikgkeit und kurzer
Zykluszeiten das Entfernen oder Strippen der Kunststoffteile,
ohne daß diese oder Komponenten davon Schaden nehmen oder sich
Risse daran bilden, möglich macht.
Aufgaben der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Strippen gegossener Kunststoffteile umzusetzen, wobei das.
Verfahren sicher stellt, daß die Kunststoffteile selbst bei
hohen Produktionsgeschwindigkeiten unbeschädigt bleiben.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren zum Strippen gegossener Kunststoffteile beim
Spritzgießen durch zusammenwirkende Gußformhälften umzusetzten, das
es möglich macht, die Gußhälften voneinander unmittelbar nach
dem Spritzgießvorgang zu trennen, ohne daß die
spritzgegossenen Teile deformiert werden.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Strippen von gegossenen Kunststoffteilen
umzusetzen, das bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten in die
Praxis umgesetzt werden kann, ohne daß es zum Entstehen von
Vakuum kommt, das die Weiterverarbeitung der Kunststoffteile
verhindert.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Strippen gegossener Kunststoffteile umzusetzen,
das bei niedrigen Kosten die oben genannten Probleme auf Dauer
löst und eine schnelle und kontinuierliche Produktion über
einen längeren Zeitraum möglich macht.
Lösung
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Die obigen und andere Ziele wurden gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch erreicht, daß ein Verfahren, das im
Oberbegriff beschrieben wurde, das charakterisierende Merkmal hat,
daß das Gas zeitweise zwischen das Dornenende und das
gegossene Kunststoffteil unmittelbar in Zusammenhang mit dem Öffnen
der Formabschnitte eingeführt wird, wodurch wenigstens ein
zentraler Bereich des gegossenen Kunststoffteils gezwungen
wird, die Formhälften während ihrer ersten Öffnungsbewegung
teilweise zu begleiten.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
haben weiterhin die in den beiliegenden Unteransprüchen
ausgeführten kennzeichnenden Merkmale.
Vorteile
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Durch das Einblasen von Luft zwischen das gegossene
Kunststoffteil und einen Gußformabschnitt in Zusammenhang mit dem
Öffnen der Gußformhälften wird verhindert, daß ein partielles
Vakuum entsteht, wodurch das Strippen des spritzgegossenen
Teils aus den Formhälften viel leichter umgesetzt werden kann,
ohne daß das spritzgegossene Teil oder Abschnitte davon, z. B.
hervorstehende Öffnungseinrichtungen oder Ziehringe, einer
solchen Dehnung ausgesetzt werden, daß das Teil beschädigt
oder deformiert wird.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird nun im folgenden detaillierter beschrieben. Dabei
wird insbesondere auf die beigefügten schematischen
Zeichnungen Bezug genommen, die nur solche Teile, die für das
Verständnis der vorliegenden Erfindung wichtig sind, darstellen.
Es zeigen:
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Fig. 1 schematisch, teilweise im Querschnitt ein
Dornenrad mit assoziierten Arbeitsstationen in
einer bekannten Verpackungsmaschine;
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Fig. 2, 3, 4 in einem größeren Maßstab, teilweise im
Querschnitt und in schrittweiser Darstellung das
erfindungsgemäße Verfahren in einem Apparat wie er
in Fig. 1 dargestellt wurde; und
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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des oberen
Abschnitts eines Verpackungsbehälters, der nach
dem erfindungsgemäßen Verfähren hergestellt
wurde.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Fig. 1 stellt schematisch einen Teil einer Verpackungsmaschine
dar, die beispielsweise detaillierter im Europäischen Patent
EP 413.927 beschrieben wird, auf das hiermit Bezug genommen
wird. Der Abschnitt der Verpackungsmaschine, der in Fig. 1
dargestellt wird, besteht aus einem Dornenrad 1, das
schrittweise um eine horizontale Dornenwelle 2 gedreht werden kann.
Das Dornenrad 1 umfaßt vier Dorne 3, die einheitlich um seine
Peripherie angeordnet sind und die durch schrittweise
Rotieren des Dornenrads 1 im Uhrzeigersinn zu vier verschiedene
Stationen gebracht werden können, nämlich zu einer
Zustellstation 4, zu einer Spritzgießstation 5, zu einer Auskühlstation
6 und zu einer Ausstoßstation 7.
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Die Zustellstation 4 umfaßt auch ein Förderband 8, das mit
Trägern 9 versehen ist, um den Vorschub und den Transfer eines
Gehäuses 10 in einer Zeiteinheit zu dem Dorn 3, der momentan
an der Zustellstation 4 ist, möglich zu machen.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist jeder Dorn mit einem
Abschnitt zur Aufnahme des Gehäuses versehen und mit einem
freien Dornenende oder Gießabschnitt 11, der einen Teil einer
Endwandform bildet, die verwendet wird, um das Gehäuse 10 mit
einer spritzgegossenen Endwand 12 zu versehen. Neben dem Gußformabschnitt,
beinhaltet die Gußform weitere Gießabschnitte,
nämlich zwei externe Gußformhälften 13, die bewegt werden
können zwischen einer offenen Position, bei der das Dornenrad 1
so rotiert werden kann, daß ein Dorn 3 durch die Formhälften
13 ungehindert passieren kann, und einer geschlossenen
Position (in Fig. 1 dargestellt), in der die zwei externen
Formhälften 13 den Dorn 3 oder genauer gesagt das Gehäuse 10, das
sich auf dem Dorn 3 befindet, fest umschließen und nur einen
begrenzten Raum übrig lassen, der als Formhohlung am freien
Ende oder Kern 11 des Dorns dient. Die externen Formhälften 13
kommunizieren direkt oder indirekt mit einem Extruder 14 oder
einer anderen Einspritzvorrichtung, durch die die auf die
gewünschte Temperatur erwärmte Kunststoffmasse mit einem
geeigneten Druck über einen Kanal 13' in die Formhohlung, die von
den Formhälften und dem Kern gebildet wird, gegeben wird.
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Die Auskühlstation 6, die in Fig. 1, auf der rechten Seite
dargestellt wird, wird nur dazu verwendet, um der neu gegossenen
Endwand 12 die erforderliche Auskühlzeit zu ermöglichen, wobei
der Kühlzyklus durch die Hilfe von Ventilation o. ä.
beschleunigt werden kann. Direkt unter der Dornenwelle 2 befindet sich
die Ausstoßstation 7, in der ein Stripper 15 so angeordnet
ist, daß er mit Hilfe einer Gabel 16, die den Dorn 3 umgibt,
den Verpackungsbehälterzuschnitt, der aus dem Gehäuse 10 und
der Endwand 12 besteht, vertikal nach unten bewegt, so daß er
vom Dorn entfernt wird und zu einem Transportmittel, z. B.
einen Förderband (nicht dargestellt) gebracht wird. Die Gabel
16 ist beispielsweise mit Hilfe eines Kolben- und
Zylindereinheit vertikal hin- und herbewegbar.
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Wie aus FIGs 1 und 2 offensichtlich ist, sind die Dorne 3 mit
einem Luftkanal 18 versehen, der so ausgelegt ist, daß er das
Dornenende mit einem Quelle für komprimiertes Gas eines
konventionellen
Typs (nicht dargestellt) über eine Öffnung im
Endabschnitt der Dorne, die zur Dornenwelle 2 gerichtet ist,
verbindet. Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, wie der Luftkanal 18
in das Dornenende 11 oder den Kern über eine luftdurchlässige
Vorrichtung 19, die sich in der Mündung des Luftkanals 18
befindet, entlädt. Das freie Ende der luftdurchlässigen
Vorrichtung hat die Form einer im wesentlichen ebenen Fläche, die
bündig mit der Fläche des Dornenendes 11 angeordnet ist. Das
Material der luftdurchlässigen Vorrichtung können kugelförmige
oder unregelmäßig geformte Partikel von nickelbeschichteter
Bronze in einer Größe (Durchmesser) von 50 bis 500 u sein.
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Wie insbesondere aus FIGs. 2 bis 4 und auch aus Fig. 5
ersichtlich ist, umfaßt ein Verpackungsbehälter des Typs, der
hergestellt werden soll, zusätzlich zum Gehäuse 10 und der
Endwand 12 eine Öffnungsanordnung 20 mit einem hervorstehenden
Ziehring 21, die durch Spritzgießen in einem Stück mit dem der
Endwand 12 hergestellt wird. Der Ziehring 21 hat eine relativ
schmale Querschnittsfläche und das Material (ein Thermoplast,
z. B. Polyethylen) wird leicht brechen, da es nach dem
Spritzgießvorgang keine. Zeit hatte, vollständig auszukühlen. Da sich
die Formhälften 13, wenn die Form geöffnet wird, zunächst in
der Längsrichtung des Dorns 3 bewegen (s. FIGs. 3 und 4) und
danach von einander getrennt werden, wird insbesondere der
Ziehring 21 einem starken ersten Zug ausgesetzt, was zur
Bildung von Rissen an der Ankerseite des Ziehrings 21 in der
Öffnungsanordnung 20 führen kann. Die genaue Passung zwischen dem
Dorn 3 und dem Gehäuse 10 verhindert, daß der zentrale
Abschnitt der Endwand 12, der mit der Öffnungsanordnung 20
versehen ist, beim Öffnen der Form vom Dorn "abgehoben" wird, da
in diesem Fall am Dornenende augenblicklich ein Vakuum
entsteht. Um diesem Vakuum entgegenzuwirken und um es der immer
noch wärmen Endwand 12 möglich zu machen, sich vom Dornenende
11 auszubauchen und dadurch die Belastung auf das
Kunststoffmaterial (und insbesondere auf den Ziehring 21) zu reduzieren,
ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, über die
Luftkanäle 18 eine Kommunikation zwischen dem Dornenende mit
einer Quelle (Tank) für Druckluft oder ein anderes Gas (nicht
dargestellt) herzustellen, wodurch unmittelbar Luft vor und
während des Öffnungszyklus der Gußhälften 13 eingeführt wird.
Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird es dadurch
für die Endwand 12 möglich, sich auszubauchen, so daß der
Ziehring die Bewegung der Gußformhälften während der Zeit vor
der trennenden Querbewegung der Formhälften (s. Fig. 4)
begleiten kann.
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Wenn das erfindungsgemäße Verfahren in die Praxis in einem
Apparat umgesetzt wird, werden vorgefertigte Gehäuse 10 mit
Hilfe des Förderbands 8 auf den Dorn 3 des Dornenrads, der
sich in der Zustellstation 4 befindet, angebracht. Nach der
Rotation des Dornenrads, ist der Dorn 3 mit dem Gehäuse, das
sich darauf befindet, von den beiden externen Gußformhälften
13 umgeben. Wenn der Dorn 3 und die Formhälften 13 in dieser
Position sind (s. Fig. 2) wird der Extruder 14 aktiviert, so
daß die gewünschte Menge an geschmolzenem Kunststoffmaterial
mit der geeigneten Schmelztemperatur in die Formhohlung, die
von Formhälften 13 und dem Kern 11 gebildet wird, eingeführt
wird. Der Raum in der Form wird danach etwas reduziert, indem
die beiden Gußformhälften 13 näher zu dem Dornenende (vertikal
nach unten in Fig. 2) bewegt werden, so daß der geschmolzene
Kunststoff komprimiert wird und dazu gebracht wird,
auseinander in alle Teile der Form zu fließen und auch in guten
Kontakt mit dem oberen Ende des Gehäuses 10 zu kommen. Nach dem
Schließen der Formhälften in die obige endgültige Preßposition
und dem Abschluß des Spritzgießvorgangs, wird der Luftkahal 18
des Dorns in Kommunikation mit der oben erwähnten, per se
bekannten
Druckluftquelle oder Quelle für anderes Gas gebracht,
so daß Luft oder ein anderes Gas über den Kanal 18 zwischen
das Dornenende und das frisch gegossene Kunststoffteil oder
Endwand 12 geblasen wird (Fig. 3). Es wird dadurch zwischen
der Formhälfte und dem Abschnitt der Endwand 12, der sich in
Kontakt mit dieser Formhälfte befindet, ein Raum mit Druckgas
gebildet, was nach sich zieht, daß die Endwand oder Teile
davon wie in Fig. 3 dargestellt vom Kontakt mit dem Dornenende
loskommen und die Formhälften 13, wenn deren Bewegung weg vom
Dornenende durch eine Bewegung in axialer Richtung vom Dorn
beginnt, begleiten können. Dies verhindert Brüche oder anderen
Schaden an der Endwand 12 oder den Teilen 20, 21 davon. Tests
in der Praxis haben ergeben, daß schon ein kurzer Druckschock
(0,1 bis 1 s bei einem Druck von 4 bis 6 bar) den gewünschten
Effekt erzielt und das Risiko von Schäden umgeht. Das Gas wird
vorzugsweise sofort nach dem abgeschlossenen Gießen
eingeblasen, d. h. sobald die Formhälften die Preßposition erreicht
haben und begonnen haben sich wieder zu öffnen. Es ist jedoch
auch möglich, mit dem Einblasen von Gas ein bißchen früher zu
beginnen, d. h. unmittelbar bevor die Formhälften geöffnet
werden. Wenn die Formhälften in ihre maximale Position geöffnet
haben, wird das Dornenrad (Fig. 1) erneut gedreht, so daß der
Verpackungsbehälterzuschnitt 17 die Auskühlstation 6 erreicht,
wonach er nach einer erneuten Drehung des Dornenrads 1 zu der
Ausstoßstation 7 gebracht wird, wo die Gabel 16 des Strippers
15 die Kante des Verpackungsbehälterzuschnitts 17, die der
Dornenwelle 2 zugewandt ist, greift und sie nach unten bewegt,
so daß sie Vom Dorn 3 entfernt wird. In einem solchen Fall
entsteht erneut ein partielles Vakuum im "geschlossenen" Raum
zwischen dem Dornenende/-kern 11 und dem Inneren des
Verpackungsbehälterzuschnitts 17, das reduziert wird, indem nun
Umgebungsluft durch den Luftkanal 18 fließen kann, so daß das
Entstehen des schädlichen Vakuums zwischen dem Verpackungsbehälterzuschnitt
17 und dem Dornenende verhindert wird. Dieses
Merkmal vermindert das Risiko von Schaden am
Verpackungsbehälterzuschnitt, während gleichzeitig die Kraft, die zum Strippen
der Zuschnitte benötigt wird, reduziert wird. Da keine
Penetration von geschmolzenem Kunststoff in die Poren der
luftdurchlässigen Vorrichtung in Zusammenhang mit dem
Einspritzvorgang des geschmolzenen Kunststoff statt gefunden hat, kann
die Luft ohne größere Widerstände durch die luftdurchlässige
Vorrichtung 19 strömen, da es gleichzeitig auch keine Tendenz
der spritzgegossenen Endwand 12 gibt, auf formschlüssige Art
und Weise an der luftdurchlässigen Vorrichtung zu haften oder
mit dieser in Eingriff zu kommen. Da weiterhin das Dornenende
11 (trotz dem Vorhandensein von Vorrichtung 19) in der Praxis
ganz eben ist, wird die Form des Inneren der Endwand 11
überhaupt nicht beeinflußt. Es hat sich auch gezeigt, daß diese
Gestaltung und diese Konstruktion in der Praxis gut
funktionieren und eine adäquate Funktion sogar während längerem
Betrieb sichern. Die Bildung von Rissen oder anderem Schaden auf
den spritzgegossenen Kunststoffteilen kann sogar bei relativ
hohen Produktionsgeschwindigkeiten ganz vermieden werden, und
das Risiko von Schaden an den hergestellten Endwänden ist als
Ergebnis nicht länger ein hindernder Faktor bei der
Produktionsausstoßgeschwindigkeit.
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Um das erste Loslösen der Endwand 12 von der Oberfläche des
Dornenendes 11 zu erleichtern, ist es auch möglich, die
Lufteinströmung durch eine mechanische Vorrichtung zu
ergänzen, die auf die Unterseite der Endwand 12 einwirkt und
beispielsweise die Form einer Platte oder eines Kolbens hat, der
zentral im Dornenende angeordnet ist und dessen Unterseite in
Kommunikation mit dem Luftkanal 18 ist. Die Platte oder der
Kolben wird so angehoben und zwingt den zentralen Abschnitt
der Endwand aus dem Eingriff mit dem Dornenende, wenn die Luft
beginnt, durch den Luftkanal 18 eingeblasen zu werden.
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Die vorliegende Erfindung sollte nicht als begrenzt auf die
obige Beschreibung und die Zeichnungen gesehen werden; viele
Modifikationen sind ohne Abweichung vom Umfang der beigefügten
Ansprüche denkbar.