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Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem mindestens einseitig geöffneten Hohlraum unter Verwendung des Gas-Innendruck-Verfahrens (GlD-Verfahren) sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Spritzgießverfahrens. Das Bedürfnis für ein solches Verfahren und für eine solche Vorrichtung hat sich insbesondere in Verbindung mit Fahrzeugbauteilen ergeben, in welchen die Ausbildung eines kanalartigen Hohlraums vorteilhaft ist. Nur beispielhaft wird diesbezüglich auf im Kunststoffspritzgießverfahren erzeugte Elemente mit mindestens einem Kanal für ein seilartiges Element verwiesen, wie z.B. einen Schlossträger eines Kraftfahrzeuges mit einem Führungskanal für einen Bowdenzug.
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Aus
WO 99/47328 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Hinterpressen und/oder Hinterspritzen sowie zum Einfassen eines Dekormaterials mit einem Trägermaterial bekannt. Dabei wird auch auf die Verwendung des GID-Verfahrens verwiesen, gemäß welchem in einer ersten Phase die Zone einer Kavität vollständig mit Kunststoffschmelze gefüllt wird und dann in einer zweiten Phase nach dem zumindest teilweisen Verfestigen der mit der Form in Kontakt stehenden Kunststoffschmelze die noch fließfähige Seele des Trägermaterials durch Einleiten bzw. Einpressen eines Gases aus der Kavität in ein Überlaufgefäß verdrängt wird. Nach dem Aushärten soll entformt werden. Die Herstellung eines Bauteils mit einem zweiseitig geöffneten Hohlraum ist nicht offenbart.
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Aus
KR 20090110281A ist ein Spritzgusswerkzeug mit einem integrierten Schneidwerkzeug bekannt, das dazu dienen soll, Fertigungsausschuss bereits während des Spritzgießvorgangs zu entfernen. Die Ausbildung eines zweiseitig geöffneten Hohlraumes und Hinweise auf die Anwendung des GID-Verfahrens sind in dem Dokument nicht offenbart.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem kanalartigen Hohlraum unter Verwendung des Gas-Innendruck-Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zur Verfügung zu stellen, die eine effiziente Herstellung von im Spritzgießverfahren erzeugten Elementen ermöglichen, insbesondere Elementen von Kraftfahrzeugen, wie z.B. einen Schlossträger eines Kraftfahrzeuges.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes Spritzgießverfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem mindestens einseitig geöffneten Hohlraum umfasst folgende Verfahrensschritte, die in dieser Reihenfolge hintereinander durchgeführt werden:
- a) Herstellung eines Rohbauteils durch Spritzgießen von Gießmaterial in ein Spritzgießwerkzeug,
- b) Erzeugung eines Hohlraums in dem Rohbauteil durch Verdrängung von noch nicht vollständig ausgehärtetem Gießmaterial mittels des Gas-Innendruck-Verfahrens,
- c) Abtrennen eines Abschnitts des Rohbauteils zur Erzeugung oder Vergrößerung einer Öffnung des Hohlraums.
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Dieses Verfahren ermöglicht es, auf einfache und kostengünstige Art und Weise das GID-Verfahren, welches üblicherweise zur Erzeugung von im Wesentlichen abgeschlossenen Hohlräumen verwendet wird, einzusetzen, um mindestens einseitig geöffnete Hohlräume zu erzielen. Durch Abtrennen von zwei oder mehr Abschnitten des Rohbauteils zur Erzeugung oder Vergrößerung von zwei oder mehr Öffnungen des Hohlraums können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch zweiseitig oder mehrseitig geöffnete Hohlräume erzielt werden. Wenn der Hohlraum ein kanalartiger Hohlraum ist, ist es besonders bevorzugt, zwei Abschnitte des Rohbauteils so abzutrennen, dass sich ein zweiseitig geöffneter Hohlraum in Form eines Kanales ergibt. Ein derartiger Kanal kann insbesondere für die Verlegung von seilartigen Elementen verwendet werden, beispielsweise für die Verlegung von Bowdenzügen in Elementen von Kraftfahrzeugen.
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In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens erfolgt das Abtrennen innerhalb eines mindestens zweiteiligen, noch zumindest teilweise geschlossenen Spritzgießwerkzeuges. Damit kann zum einen das noch teilweise oder vollständig geschlossene Spritzgießwerkzeug als Widerlager für den Abtrennprozess eingesetzt werden, so dass sich eine besonders präzise und saubere Abtrennung von Material realisieren lässt. Zum anderen kann das Abrennen zeitlich relativ kurz nach dem Spritzgießvorgang erfolgen, so dass für das Abtrennen selbst nur geringe Kräfte erforderlich sind und ein für das Abtrennen verwendetes Trennelement dementsprechend einfach und kostengünstig gestaltet sein kann.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform, die alternativ oder ergänzend realisiert sein kann, ist in dem Spritzgießwerkzeug ein Hinterschnitt vorgesehen, welcher durch Verfahren eines Trennelements von dem Rohbauteil abgetrennt wird. In diesem Fall ist die Abtrennung durch den in dem Spritzgießwerkzeug vorgesehenen Hinterschnitt bereits werkzeugseitig vorgesehen, was je nach Gestaltung des Spritzgießwerkzeuges und des Trennelements eine einfache Handhabung und/oder eine präzise Abtrennung ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens ist der Hinterschnitt in einem Werkzeugschieber vorgesehen, wobei mittels des Werkzeugschiebers selbst oder mittels eines mit dem Werkzeugschieber zusammenwirkenden Trennelements der Hinterschnitt von dem Rohbauteil abgetrennt wird.
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Wenn der Hinterschnitt mittels des Werkzeugschiebers selbst von dem Rohbauteil abgetrennt wird, kann es im Einzelfall genügen, wenn der Werkzeugschieber zu einem geeigneten Zeitpunkt innerhalb eines Spritzgießwerkzeuges verfahren wird, insbesondere zu einem Zeitpunkt, zu welchem das Gießmaterial bereits so weit erhärtet ist, dass eine saubere Abtrennung möglich ist, aber noch nicht so weit erhärtet ist, dass der abgetrennte Teil von dem verbleibenden Rohbauteil abgerissen bzw. abgebrochen wird, so dass bei dem Verfahren des Werkzeugschiebers Bruchkanten entstehen. Der Zeitpunkt des Verfahrens des Werkzeugschiebers muss damit so gewählt werden, dass sich eine möglichst saubere, geradfreie und vollständige Abtrennung des Hinterschnitts von dem Rohbauteil realisieren lässt.
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Wie eingangs bereits erwähnt, wird vorzugsweise mindestens eine Öffnung eines zweiseitig geöffneten Durchgangskanals in dem Rohbauteil ausgebildet. Es können auch beide Öffnungen eines zweiseitig geöffneten Durchgangskanals mit dem erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren erzeugt werden. Alternativ kann die zweite Öffnung eines zweitseitig geöffneten Durchgangskanals mittels eines alternativen Bearbeitungsverfahrens, insbesondere mittels eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens, wie beispielsweise durch Verwendung eines Rohr-, Fräs- und/oder Schleifwerkzeuges, erfolgen.
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Die Erfindung betrifft auch ein mehrteiliges Spritzgießwerkzeug mit einem ersten Werkzeugteil und mindestens einem zweiten Werkzeugteil, welche dazu ausgelegt sind, Rohbauteile mit mindestens einem Hohlraum mittels Spritzgießen und Gas-Innendruck-Verfahren herzustellen und dazu durch relatives Verfahren zueinander in eine geschlossene Werkzeuglage bringbar sind, wobei ferner mindestens ein Trennelement vorgesehen ist, welches relativ zu dem ersten Werkzeugteil und dem mindestens zweiten Werkzeugteil derart verfahrbar ist, dass ein Abschnitt des Rohbauteiles in einer mindestens teilweise geschlossenen Werkzeuglage derart abtrennbar ist, dass eine Öffnung des Hohlraums oder eine Vergrößerung einer Öffnung des Hohlraums erzeugbar ist. Auf die damit verbundenen Vorteile, die vorstehend bereits in Verbindung mit dem Spritzgießverfahren erläutert wurden, wird hiermit noch einmal verwiesen. Dies gilt auch für die im Folgenden erläuterten, weiteren praktischen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeuges.
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In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeuges ist das mindestens eine Trennelement Teil eines Werkzeugschiebers. In diesem Fall kann das erste Werkzeugteil und/oder das zweite Werkzeugteil, insbesondere wenn diese noch teilweise oder vollständig geschlossen sind, während des Verfahrens des Werkzeugschiebers als Widerlager genutzt werden.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn in dem Werkzeugschieber ein Hinterschnitt ausgebildet ist und das Trennelement damit durch den Werkzeugschieber selbst gebildet ist.
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Das Abtrennen des Abschnitts des Rohbauteils kann qualitativ besonders hochwertig, präzise und mit geringem Kraftaufwand erfolgen, wenn das Trennelement eine Schneide aufweist. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Möglichkeit verwiesen, eine entsprechende Schneide in einem Werkzeugschieber derart anzuordnen, dass beim Ausfahren des Werkzeugschiebers die Schneide zum Abtrennen des Abschnitts des Rohbauteils eingesetzt wird.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeuges ist mindestens ein weiteres Mittel zur Erzeugung und/oder Bearbeitung einer Öffnung des Hohlraumes des Rohbauteiles vorgesehen. Diesbezüglich wird insbesondere auf mechanische Mittel zur Bearbeitung einer Öffnung des Hohlraums des Rohbauteiles verwiesen, beispielsweise auf Bohr-, Fräs- und/oder Schleifwerkzeuge. Derartige weitere Mittel können insbesondere zur Erzeugung einer zweiten Öffnung in einem Rohbauteil eingesetzt werden und/oder zur Nachbearbeitung einer mit dem erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren erzeugten Öffnung, um die Öffnung zu entgraten oder anderweitig mechanisch nachzubearbeiten.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch im Spritzgießverfahren hergestellte Schlossträger eines Kraftfahrzeuges mit einem Abschnitt zur Anordnung eines Frontklappenschlosses und mindestens einem kanalartig ausgebildeten, zweiseitig geöffneten Hohlraums zur zumindest über einen Teil seiner Länge vollständig umschließenden Führung eines zu dem Frontklappenschloss führenden seilartigen Elements. Bei dem genannten Abschnitt zur Anordnung des Frontklappenschlosses handelt es sich insbesondere um eine in dem Schlossträger ausgebildete Öffnung, die vorzugsweise mit Hilfe eines Werkzeugschiebers in einer Kunststoff-Spritzgießform erzeugt wird. Dabei ist vorzugsweise in diesem Werkzeugschieber ein Hinterschnitt vorgesehen, so dass der Werkzeugschieber selbst als Trennelement im Sinne der Erfindung eingesetzt werden kann. Vorzugsweise ist dazu in dem Werkzeugschieber selbst zusätzlich mindestens eine Schneide vorgesehen, um die für das Abtrennen des Abschnitts des Rohbauteils zur Erzeugung oder Vergrößerung der Öffnung des Hohlraumes erforderliche Kraft gering zu halten und ein qualitativ hochwertiges Schnittbild zu erzeugen, welches ohne weitere Nachbearbeitung zur Führung eines seilartigen Elements auch über die Kanten der Öffnung hinweg einsetzbar ist.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Schlossträger eines Kraftfahrzeuges in einer Ansicht von oben,
- 2 den Schlossträger aus 1 in einer Ansicht von unten,
- 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeuges zur Erzeugung von Öffnungen im Bereich der in 1 mit A und B gekennzeichneten Bereiche eines Schlossträgers oder sonstigen Bauteils während des Verfahrensschritts a),
- 4 den Ausschnitt des erfindungsgemäßen Spritzgießwerkzeuges gemäß 2 in einer Stellung gemäß Verfahrensschritt c),
- 5 einen Schlossträger gemäß Stand der Technik in einer Ansicht von unten,
- 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlossträgers in einer Ansicht von unten und
- 7 die in den 5 und 6 mit VII-VII gekennzeichneten Querschnitte im Bereich einer Clip-Aufnahme bzw. eines mittels des GID-Verfahrens erzeugten Kanals.
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In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlossträgers 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges gezeigt. Bei diesem Schlossträger 10 handelt es sich um ein im Kunststoff-Spritzgießverfahren erzeugtes Bauteil. Der Schlossträger 10 erstreckt sich in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und ist im Wesentlichen mittig zu einer Fahrzeuglängsachse (L) ausgerichtet. Der Schlossträger 10 kann insoweit auch als ein Querträger eines Kraftfahrzeuges angesehen werden.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist in einem mittleren Bereich des Schlossträgers 10 eine Öffnung 12 zur Anordnung eines nicht dargestellten Frontklappenschlosses ausgebildet. Um eine Betätigung des Frontklappenschlosses zu ermöglichen, muss ein seilartiges Element, in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Bowdenzuges, von einem außenseitigen Bereich des Schlossträgers 10 zu der Öffnung 12 geführt werden. Dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Schlossträger 10 in dem in den 1 und 2 mit K gekennzeichneten Bereich ein zweiseitig geöffneter Hohlraum 14 mit einer ersten Öffnung 16 und einer zweiten Öffnung 18 vorgesehen.
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Wie in 1 mit dem gestrichelt dargestellten Bereich K' gekennzeichnet, kann alternativ oder in Ergänzung auch ein zu der anderen Seite des Schlossträgers 10 vorgesehener Kanal 14' vorgesehen sein.
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Anhand der 3 und 4 wird im Folgenden ein erfindungsgemäßes mehrteiliges Spritzgießwerkzeug 20 sowie die Durchführung einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens zur Erzeugung eines Kanals 14 am Beispiel der in 1 in dem mit III gekennzeichneten Bereich der ersten Öffnung 16 beschrieben.
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Auf gleiche Art und Weise können auch die Öffnungen 16', 18, 18' in den mit A, B, C gekennzeichneten Bereichen erzeugt werden.
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Das Spritzgießwerkzeug 20 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Werkzeugteil 22 und einem zweiten Werkzeugteil 24, welche in 3 und 4 jeweils in einer geschlossenen Werkzeuglage gezeigt sind. Um die Werkzeugteile 22, 24 in die geöffnete Werkzeuglage zu bringen, können diese in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) derart verfahren werden, dass sich diese voneinander entfernen.
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Das Spritzgießwerkzeug 20 umfasst ferner einen Werkzeugschieber 26, der in 3 in der geschlossenen Position gezeigt ist, in welcher er sich befindet, wenn gemäß Verfahrensschritt a) ein Rohbauteil 28 durch Spritzgießen von Gießmaterial in das Spritzgießwerkzeug 20 hergestellt wird. Der in den 3 und 4 gezeigte Hohlraum 14 wurde mittels eines GID-Verfahrens dadurch erzeugt, dass eine GID-Düse 30, welche insbesondere nur die Größe einer Nadel haben kann, wie in 3 gezeigt durch einen Düsenkanal 42 (vgl. 4) eingebracht wurde, um durch Verdrängung von Kunststoffmaterial den Hohlraum 14 zu bilden, indem noch fließfähiges Kunststoffmaterial in Richtung des Pfeiles GID aus dem Spritzgießwerkzeug 20 verdrängt wurde. Dazu ist im Bereich eines im Werkzeugschieber 26 gegenüberliegenden Endes des Hohlraums 14 eine entsprechende Öffnung (nicht dargestellt) vorgesehen.
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In 4, welche den Werkzeugschieber 26 in einer anderen Position ohne GID-Düse 30 zeigt, ist der Düsenkanal 42 gut erkennbar.
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Wie in 3 gut erkennbar ist, ist in dem Werkzeugschieber 26 ein mit einer gestrichelten Linie gekennzeichneter Hinterschnitt H derart ausgebildet, dass sich das im Spritzgießverfahren hergestellte Rohbauteil 28 mit seinem Hohlraum 14 zumindest teilweise in einen in dem Werkzeugschieber 26 ausgebildeten Bereich erstreckt. Dies ermöglicht es, durch einfaches Verfahren des Werkzeugschiebers 26 in Richtung des Pfeiles V einen in 4 separiert dargestellten Abschnitt 32 des Rohbauteils 28 abzutrennen, um den Hohlraum 14 im Bereich der ersten Öffnung 16 über die gesamte Querschnittsweite Q zu öffnen.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn im Bereich der mit S1 und S2 gekennzeichneten Kanten des Werkzeugschiebers 26 Schneiden (nicht dargestellt) vorgesehen sind (vgl. 4).
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Wie in 2 gut erkennbar ist, können an dem Schlossträger 10 Rippen 34 zur Versteifung vorgesehen sein.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlossträgers 10, bei welchem auf derartige Rippen verzichtet werden konnte, weil die Ausbildung der Kanäle 14, 14' dem Schlossträger 10 eine ausreichende Steifigkeit verleihen konnten.
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5 zeigt einen Schlossträger 10 gemäß dem Stand der Technik, bei welchem anstelle von Kanälen (nicht vorhanden) Clip-Elemente 36a, 36b, 36c, 36d vorgesehen sind. Einen Querschnitt durch das Clip-Element 36b sowie durch den in 6 mit VII-VII gekennzeichneten Bereich des Kanals 14 sind in 7 in einer gemeinsamen Darstellung gezeigt. In den 5 und 6 ist darüber hinaus auch ein zur Öffnung 12 des Schlossträgers 10 führendes seilartiges Element 38 in Form eines Bowdenzuges 40 gezeigt.
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Wie aus 7 ersichtlich ist, ist die Gestaltung des Clip-Elements 36b deutlich filigraner und weniger biegesteif als die Gestaltung des Hohlraums 14 mit einem sich über einen vollen Umfang erstreckenden Kanal. Dadurch ist die Steifigkeit eines erfindungsgemäßen Schlossträgers 10 deutlich erhöht, so dass die Ausbildung von Rippen 34 ganz entfallen kann.
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Darüber hinaus ist der Montageaufwand bei dem erfindungsgemäßen Schlossträger 10 mit Hohlraum 14 verringert, weil ein Bowdenzug 40 lediglich durch den Hohlraum 14 hindurchgeführt werden muss, während bei einem Schlossträger 10 mit Clip-Aufnahmen 36a, 36b, 36c, 36d der Bowdenzug 40 mindestens zweimal verrastet werden muss.
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Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass auch das Risiko für Bauteilausschuss, beispielsweise durch eine Beschädigung bei einem Transport oder der Montage, bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Schlossträger mit den Clip-Elementen 36a, 36b, 36c, 36d deutlich erhöht ist. Das Risiko beim Handling und der Montage sowie dem Transport erfindungsgemäßer Schlossträger 10 ist daher deutlich reduziert.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schlossträger
- 12
- Öffnung
- 14
- Hohlraum
- 16
- erste Öffnung
- 18
- zweite Öffnung
- 20
- Spritzgießwerkzeug
- 22
- erstes Werkzeugteil
- 24
- zweites Werkzeugteil
- 26
- Werkzeugschieber
- 28
- Rohbauteil
- 30
- GID-Düse
- 32
- Abschnitt
- 34
- Rippe
- 36
- Clip-Element
- 38
- seilartiges Element
- 40
- Bowdenzug
- 42
- Düsenkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9947328 A1 [0002]
- KR 20090110281 A [0003]
