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Die Erfindung betrifft einen Formkern
eines Spritzgießwerkzeugs
zum Spritzgießen
von Vorformlingen aus Kunststoff, wobei der Formkern die Gestalt
einer einseitig geschlossenen, hohlen Hülse hat mit einer Mittelachse,
einer äußeren Oberfläche, einer
inneren Oberfläche
und einem hohlen, in dem Formkern mit Abstand von dessen innerer
Oberfläche
angeordneten Kühlrohr
in Verbindung mit Kühlmittelzuführleitungen
und Kühlmittelabführleitungen.
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Es ist bekannt, Flaschen aus mehr
oder weniger durchsichtigem Kunststoff aus Vorformlingen zu blasen,
insbesondere die bekannten PET-Flaschen (PET=Polyethylenterephthalat).
Vorformlinge aus PET werden in großer Stückzahl in leistungsstarken Spritzgießmaschinen
hergestellt. Diese Vorformlinge haben gewöhnlich relativ dicke Wände, üblicherweise
von 1,5 mm bis 4,0 mm. Sie werden bei relativ hohen Temperaturen
von etwa 260° C
bis 310° C
durch Spritzgießen
geformt. Die einseitig geschlossenen, hohlen Vorformlinge werden
nach dem Spritzgießen zum
einen auf dem Formkern und zum anderen auch nach dem Herausnehmen
aus der Spritzgießmaschine
gekühlt, um
ihre Verformung oder ein Aneinanderkleben zu verhindern. Ihre dicken
Wände wirken
wie ein Wärmeisolator,
welcher die Hitze in der Wand festhält.
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Um die Herstellungsleistung der bekannten Spritzgießmaschinen
zu steigern, versucht man die Kühlzeit
zu verringern mit dem Nachteil, daß hier eine Untergrenze nicht
unterschritten werden kann, ohne eine Beschädigung der Vorformlinge nach
dem Spritzvorgang in Kauf zu nehmen.
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Die Kühlung der Oberfläche der
gespritzten Vorformlinge muß ausreichen,
um deren Auswerten aus der Spritzform ohne Beschädigung zu erlauben. Darüber hinaus
ist eine zusätzliche
Kühlung
notwendig, um die aus dem Inneren der Wandungen zur Oberfläche gelangende
Wärme ebenfalls
abzuführen.
Falls die Kühlung
in der Spritzgießmaschine nach
dem Spritzgießen
und der Vorformlinge nach deren Herausnehmen aus der Maschine unterlassen wird,
steigt die Temperatur der Oberfläche
in unerwünschter
Weise an und bewirkt, daß die
gespritzten Vorformlinge aneinanderkleben, anfällig auf Beschädigung der
Oberfläche
werden, sich verbiegen oder verwerten. Es sind daher immer wieder
Maßnahmen vorgesehen
worden, um die Kühlung
der gespritzten Vorformlinge zu verbessern.
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In der Praxis hat man so zum Beispiel
versucht, das äußere, den
Vorformling außen
umgebende Werkzeugteil ebenso zu kühlen wie den Formkern. Man
hat festgestellt, daß der
Vorformling kurzzeitig nach seinem Spritzvorgang nach innen auf
den Kern schrumpft mit der Folge, daß sich zwischen dem äußeren Werkzeugteil
und dem Produkt selbst, dem Vorformling, ein schmaler Spalt ergibt,
der den Wärmeübergang
von dem äußeren, gekühlten Werkzeugteil
auf den Vorformling erheblich erschwert und praktisch eine Kühlung wirkungslos
macht. Daher hat man das Augenmerk verstärkt auf die Kühlung des Formkerns
gerichtet. Man hat in der Praxis ein Kühlrohr so in den Formkern eingelegt,
daß dieses
praktisch den ganzen Innenraum des Formkerns einnimmt mit der Ausnahme
eines spaltförmigen
Ringraumes um das Kühlrohr
herum und innerhalb der inneren Oberfläche des Formkerns. Durch am
offenen unteren Ende des Kühlrohres
angeschlossene Zuführleitungen
hat man Kühlmittel,
vorzugsweise Wasser, in das Kühlrohr
eingeführt
und läßt das Wasser
die innere Oberfläche
des Formkerns kühlend
benetzen, wonach das Wasser durch Abführleitungen abgeleitet wird.
Tatsächlich
konnte man den Formkern über
dessen innere Oberfläche
einigermaßen kühlen. Man
hat aber erkannt, daß diese
Kühlung noch
verbessert werden könnte
und damit die gesamte Produktion von Vorformlingen verbessert, insbesondere
leistungsstärker
gestaltet werden könnte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, einen Formkern der eingangs näher bezeichneten Art vorzusehen,
dessen Kühlwirkung
gegenüber
bisher eingesetzten Formkernen wesentlich vergrößert ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
erfindungsgemäß dadurch,
daß sich
das Kühlrohr
koaxial zum Formkern über
dessen nahezu gesamte Länge erstreckt
und am abstromseitigen Ende mit einer Ausströmöffnung versehen ist und daß auf der
inneren Oberfläche
des Formkerns etwa quer zur Mittelachse verlaufende Kühlnuten
angebracht sind. Wie bei der im Betrieb bereits verwendeten Praxis
erstreckt sich das Kühlrohr
praktisch in den gesamten Innenraum des Formkerns und endet nur „vorn"
an dem geschlossenen Ende des Formkerns kurz vor dem Ende des Innenraumes
derart, daß das
Kühlwasser,
welches das Kühlrohr
durchströmt,
dieses an seinem vorderen Ende über
eine Öffnung
im Kühlrohr verlassen
und gegen die innere Oberfläche
des Formkerns gelangen kann. Der Formkern ist sackartig vorn geschlossen,
und seine innere Oberfläche bildet
die Außenwand
des koaxialen, spaltförmigen Ringraumes
zwischen Kühlrohr
und Formkern. Hinten, also abstromig von dem Kühlwasser, ist dieser Ringraum
an die erwähnte
Kühlmittelabführleitung angeschlossen.
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Der Formkern wird durch die Berührung des kühlenden
Wassers mit seiner inneren Oberfläche zwar zu einem gewissen
Grad gekühlt,
diese Kühlwirkung
kann erfindungsgemäß aber zum
einen dadurch verbessert werden, daß die innere Oberfläche des
Formkerns vergrößert wird.
Dies gelingt dadurch, daß man
zusätzlich
Kühlrippen
in die sonst geschlossene innere Oberfläche des Formkerns einbringt.
In besonders günstiger
Weise und überraschend
erhöht man
den Kühleffekt
aber zum anderen zusätzlich
dadurch, daß die
sich auf der inneren Oberfläche
des Formkerns befindenden Kühlrippen
oder Kühlnuten nicht
nur längs
erstrecken, sondern quer zur Mittelachse verlaufen. „Quer"
bedeutet nur in einem Spezialfall senkrecht, man kann sich die Erstreckungsrichtung
der jeweiligen Kühlnut
auch schräg
zur Mittelachse des Formkerns denken. Die Kühlnuten brauchen auch nicht
auf dem Weg ihrer Erstreckung einer Geraden zu folgen, sondern können irgendwie
gebogen oder wellenförmig
verlaufen. Es sollte lediglich beachtet werden, daß der überwiegende
Teil der Kühlnuten
nicht in Richtung der Mittelachse, sondern unter einem Winkel zu
dieser angestellt verlaufen.
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Es hat sich nämlich gezeigt, daß „quer"
zur Mittelachse verlaufende Kühlnuten
im Betrieb entsprechend quer angeströmt werden mit der Folge, daß das Kühlmittel
auf seinem Weg nach dem Verlassen des Kühlrohres von dessen Öffnung vorn nach
hinten längs
des spaltförmigen
Ringraumes nicht unerheblichen Turbulenzen unterworfen wird. Der
Kühleffekt
des jeweiligen Formkerns erhöhte
sich also zwar bereits durch eine Oberflächenvergrößerung, indem die sonst glatte,
geschlossene innere Oberfläche
des Formkerns vergrößert wird,
also Rippen, Rillen, Nuten oder dergleichen erhält; andererseits entstehen
aber Turbulenzen in dem Kühlmittelstrom
im Verlauf seines Strömungsweges,
und es sind gerade diese Turbulenzen, welche den Kühleffekt
erheblich vergrößern.
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Bei vorteilhafter weitere Ausgestaltung
der Erfindung haben die Kühlnuten
im Querschnitt ein spitzes und/oder rundes Profil. Mit Profil ist
hier der Querschnitt durch eine Kühlnut gemeint, der „rund" sein
kann, wie zum Beispiel der Boden eines U; oder „spitz" sein kann, wie das
untere Ende eines spit zen V. Betrachtet man beispielsweise ein V-förmiges Profil
mit zwei sich unter einem spitzen Winkel schneidenden Flanken, dann
kann es besonders bevorzugt sein, diesen Winkel aus dem Bereich
zwischen 10° und
70°, vorzugsweise
aus dem Bereich zwischen 20° und
50° auszusuchen
oder ihn 40° zu
wählen. Diese
Angaben bedeuten nicht, daß der
betrachtete Winkel des Profils in diesen Bereichen liegen muß. Diese
Angaben bedeuten lediglich, daß in
der Praxis bereits erfolgreiche Versuche mit solchen Winkeln durchgeführt wurden.
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Anstelle der Flanken bei „spitzen"
Profilen kann man für
die Herstellung von runden Profilen auch bogenförmige Flächen verwenden, wie man sie beispielsweise
bei Rundgewinden kennt.
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So ist es auch zweckmäßig, wenn
erfindungsgemäß die Kühlnuten
schraubenförmig
verlaufen. Mit anderen Worten erstrecken sich die Kühlnuten
wie ein Gewinde. Dieses kann eine beliebige Art von Geometrie haben,
sofern nur die glatte Oberfläche,
wenn keine Kühlnuten
vorgesehen wären,
vergrößert wird.
Die Kühlnuten
können
mit ihrer radialen Geometrie vorzugsweise als Trapezgewinde oder Sägezahngewinde
ausgestaltet sein. Für
die Oberflächenvergrößerung und
Herstellung der Turbulenzen ist es zweckmäßig, eine radiale Geometrie
zu wählen.
Auch herstellungstechnisch ist es günstig, wenn die Kühlnuten
rund laufen. Praktische Versuche haben bereits eine günstige Herstellung
ergeben, wenn man Ringe, Rillen, Gewinde oder alle diese Gestaltungen
zusammen einbringt. Das über
diese Kühlnuten
strömende
Wasser wird dadurch starken Verwirbelungen unterworfen mit der Folge
einer guten Turbulenz und damit großen Kühlwirkung.
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Eine besonders durchgreifende Verbesserung
des Kühleffekts
ergibt sich, wenn sich erfindungsgemäß die Kühlnuten über denjenigen Oberflächenbereich
des Formkerns erstrecken, auf welchem der Vorformling gespritzt
wird. Im hinteren Bereich des Formkerns sind Leitungen und Halterungen
vorgesehen, so daß der
zu spritzende Vorformling von diesem hinteren Bereich des Formkerns
ferngehalten wird. Deshalb braucht dort auch nicht ein besonderes Merkmal
für die
Kühlung
vorgesehen sein. In dem gesamten Oberflächenbereich, also dem Bereich
der äußeren Oberfläche des
Formkerns, auf welchem der Kunststoff des gespritzten Vorformlings
aufsitzt und berührt,
werden aber erfindungsgemäß die Kühlnuten
vorgesehen. Wenigstens über
diesen Oberflächenbereich,
auf welchem der Vorformling gespritzt wird, sind erfindungsgemäß die Kühlnuten
vorgesehen. Dabei ist nicht ausgeschlossen, daß man die zum Teil dickeren
Bereiche der Halterung des Formkerns auch mit Kühlnuten versehen kann. Schon
jetzt aber haben sich überraschende
Erfolge zur Steigerung des Kühleffekts
eingestellt, wenn man allein im Bereich des aufsitzenden Vorformlings
auf der inneren Oberfläche
des Formkerns Kühlrippen
vorsieht.
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In der Praxis des bereits durchgeführten Betriebes
mit dem beschriebenen Formkern ist am Vorderende des Kühlrohres
eine Ausströmöffnung vorgesehen.
Aus dieser tritt das Kühlwasser
aus und verläßt den Formkern
nach Durchströmen
des spaltförmigen
Ringraumes nach hinten. Wenn man nun weiterhin die Ausströmöffnung am
Kühlrohr
wenigstens eine sich in Richtung der Mittelachse erstreckende Ausnehmung
aufweisen läßt, stellt
man zusätzlich ein
leichteres Austreten des Kühlwassers
aus dem Kühlrohr
fest. Die Ausströmöffnung am
Vorderende des Kühlrohres
kann man sich im einfachsten Fall so vorstellen, daß man das
theoretisch vorn geschlossene Kühlrohr
abschneidet, so daß die
Fläche
der Ausströmöffnung senkrecht
zur Mittelachse des Formkerns liegt. Der äußere Rand einer solchen Ausströmöffnung wäre dann
kreisförmig.
Versieht man nun diesen kreisförmigen
Rand mit einer zusätzlichen
Ausnehmung, die sich wenigstens teilweise in Richtung auf die Mittelachse
des Kühlrohres
erstreckt, dann erhöht
sich die Fläche
der Ausströmöffnung mit
der Folge, daß das
Kühlwasser
dort leichter in den spaltförmigen
Ringraum austreten kann. Man kann sich eine solche Ausnehmung am
Rand der Ausströmöffnung V-förmig, U-förmig oder
mit anderweitigem Profil denken, sofern der Rand nicht nur der Kreislinie
folgt, sondern durch die besagte Ausnehmung verlängert ist.
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Beim Strömen des Kühlwassers aus der Ausströmöffnung des
Kühlrohres
ist beabsichtigt, die Hauptdrosselung im Verlauf des Strömungsweges
in demjenigen Bereich des spaltförmigen
Ringraumes vorzusehen, in welchem der Vorformling außen auf die äußere Oberfläche aufgespritzt
wird. Weiter nach hinten hin können
die Kühlmittelabführleitungen
sogar größere Querschnitte
haben, so daß sich
das Kühlmittel
dort entspannt. Dort im hinteren Bereich, in größerer Entfernung von dem gespritzten
Vorformling, braucht man keine Kühlung,
keine Verwirbelung und daher auch keine großen Flächen mehr. Das Kühlmittel
kann dort glatt und entspannt ohne Widerstände nach hinten wegströmen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Von diesen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Formkerns mit dem vorn angeordneten dünneren Bereich und
den hinten angeordneten Zuführ-
und Abführleitungen
und
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2 stark
vergrößert und
abgebrochen die Einzelheit II gemäß dem Kreis II in 1.
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Der vorzugsweise titanisierte Formkern
hat den in 1 hinten
(d.h. unten) dargestellten dickeren Bereich für die Halterung, zum Beispiel
in einer Kernplatte, und vorn den dünneren Bereich 10, über welchen
der nicht dargestellte Vorformling nach dem Spritzen aufgespannt
ist. Die gestrichelt dargestellte Wandung des Formkerns 1 hat
die Gestalt (in 1 und 2 oben) einer geschlossenen,
hohlen Hülse
mit der strichpunktierten Mittelachse 2. Der Formkern 1 hat
eine äußere Oberfläche 3 und
eine innere Oberfläche 4.
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Im Abstand von der inneren Oberfläche 4 des
Formkerns 1 ist dieser nahezu ganz mit einem Kühlrohr 5 versehen.
Zwischen der inneren Oberfläche 4 des
Formkerns 1 und dem Kühlrohr 5 außen wird
ein spaltförmiger
Ringraum 6 gebildet. Im vorderen Bereich, auf welchem im
Betrieb der Vorformling gespritzt wird, ist der Ringraum 6 spaltförmig, d.h.
er hat radial eine geringe Ausdehnung von vorzugsweise 1,5 mm bis
3 mm, je nach dem zur Verfügung
stehenden Platz. Man erhält
dadurch im Idealfall einen 80%-igen Rückstau, d.h. der Abfluß beträgt 80% des Zuflusses.
Dagegen ist die radiale Erstreckung des hinteren Ringraumes 6',
der sich in dem dickeren Halterungsbereich des Formkerns 1 befindet,
nur für den
Abfluß entspannten
Kühlmittels
vorgesehen.
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Im unteren Bereich der 1 sieht man die Kühlmittelzuführleitung 7,
die sich ebenso in einer Kernplatte befinden kann wie die weiter
vorn bzw. in 1 darüber angeordnete
Kühlmittelabführleitung 8.
Das Kühlrohr 5 ist
sowohl hinten offen, wo aus der Kühlmittelzuführleitung 7 Kühlmittel
mittig in Richtung der Mittelachse 2 nach oben und vorn
strömt,
als auch oben vorn, wo sich die Ausströmöffnung 9 am Kühlrohr 5 befindet.
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Schon bei älteren Betriebsaufbauten wurde Kühlwasser
durch die Kühlmittelzuführleitung 7 zentral
in das Kühlrohr 5 nach
oben vorn eingeführt,
aus der Austrittsöffnung 9 vorn
in den Formkern 1 hineingedrückt. Dadurch strömte das
Kühlwasser
in dem spaltförmigen
Ringraum 6 parallel zur Mittelachse 2 des Formkerns 1 von
vorn oben aus dem Bereich der Austrittsöffnung 9 nach unten
hinten in den vergrößerten Ringraum 6',
um aus diesem, außerhalb
des Kühlrohres 5, über die
Kühlmittelabführleitung 8 abgeführt zu werden.
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Bei der neuen, hier gezeigten Ausführungsform
ist die innere Oberfläche 4 des
Formkerns 1 in dem vorderen Oberflächenbereich 10 des
Formkerns, auf welchem im Betrieb der in den Zeichnungen nicht dargestellte
Vorformling gespritzt wird, mit einem Schraubengewinde zur Bildung
von Kühlnuten 11 versehen.
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In der stark vergrößerten Einzelheit
II gemäß 2 erkennt man die zu der
Mittelachse 2 unter einem kleinen Winkel angestellten geraden
Linien, welche die Kühlnuten 11 wiedergeben.
Bei der hier herausgegriffenen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
um quer zur Mittelachse 2 verlaufende, sich schraubenförmig erstreckende
Kühlnuten 11 mit spitzem
Profil. Man kann die Gestalt der Kühlnuten auch mit einem Sägezahngewinde
beschreiben mit V-förmigem
Profil, dessen beide Wangen im Schnitt gerade Flanken darstellen.
Der Schnitt durch die Wandung des Formkerns 1 gemäß 2 zeigt dieses V-förmige Profil
mit den geraden Flanken.
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In 2 sieht
man auch die Gestalt der Ausströmöftnung 9 am
Kühlrohr 5 vorn.
Würde man
nur diejenige Kante der Ausströmöffnung 9 betrachten, die
senkrecht zur Mittelachse 2 verläuft und in 2 mit 12 bezeichnet ist, dann
würde man
in Draufsicht in Richtung der Mittelachse 2 einen Teilkreis 12 sehen.
Dazwischen befinden sich Ausnehmungen 13 mit schräger Schnittlinie 14.
Mit anderen Worten weist die Ausströmöffnung 9 am Kühlrohr 5 vorn
vier sich entlang der Schnittlinie 14 in Richtung der Mittelachse 2 (auf
diese hin) erstreckende Ausnehmungen 13 auf. Von der Seite
erscheinen diese Ausnehmungen 13 V-förmig am vorderen Ende neben
der Ausströmöffnung 9.
Das hier gezeigte Kühlrohr 5 hat
vier am Umfang des Kreises 12 gleichmäßig verteilte Ausnehmungen 13,
nämlich
zwei in Flucht liegende in Blickrichtung auf das Papier der 2 sowie zwei weitere in
Richtung senkrecht dazu, weshalb man in 2 links die Wandung 5' des Kühlrohres 5 sieht und
darüber
die Draufsicht der Schnittlinie 14.
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Im Betrieb strömt Kühlwasser durch die Zuführleitung 7 zentral
in das Kühlrohr 5 nach
oben und vorn und tritt aus der Austrittsöffnung 9 vorn entsprechend
dem Pfeil 15 in 2 aus.
Sobald das Kühlwasser über die
Schnittlinien 14 nach vorn hinausgeströmt ist, wird es durch die gekrümmte innere
Oberfläche 4 des
Formkerns 1 entlang dem Pfeil 16 (2) bogenförmig und radial nach außen gelenkt. Das
Kühlwasser
berührt
nun die innere Oberfläche 4 des
Formkerns 1 und beginnt diesen durch die intensive Berührung zu
kühlen.
Das Kühlwasser
strömt
in dem spaltförmigen
Ringraum 6 von vorn nach hinten parallel zur Mittelachse 2,
in den 1 und 2 also nach unten. Auf seinem
Strömungsweg
nach hinten gelangt das Kühlwasser
an den quer zur Mittelachse 2 verlaufenden Kühlnuten 11 vorbei
und erfährt
eine Verwirbelung entsprechend den teilkreisförmigen Pfeilen 17.
In diesem verwirbelten und turbulenten Zustand strömt das Kühlwasser
weiter nach hinten (in den 1 und 2 nach unten), um danach
in den großen
Ringraum 6' zum Entspannen und Abströmen durch die Abführleitung 8 zu
gelangen.
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- 1
- Formkern
- 2
- Mittelachse
- 3
- äußere Oberfläche des
Formkerns
- 4
- innere
Oberfläche
des Formkerns
- 5
- Kühlrohr
- 5'
- Wandung
des Kühlrohres
- 6
- spaltförmiger Ringraum
- 6'
- größerer hinterer
Ringraum
- 7
- Kühlmittelzuführleitung
- 8
- Kühlmittelabführleitung
- 9
- Austrittsöffnung
- 10
- vorderer
Oberflächenbereich
des Formkerns
- 11
- Kühlnuten
- 12
- Kante
der Ausströmöffnung
- 13
- Ausnehmungen
- 14
- Schnittlinie
- 15
- Pfeil
(Strömungsrichtung
des Kühlwassers)
- 16
- Pfeil
(Strömungsrichtung
des Kühlwassers)
- 17
- Verwirbelungsrichtung
des Kühlwassers