DE1679993A1

DE1679993A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkoerpers

Info

Publication number: DE1679993A1
Application number: DE19671679993
Authority: DE
Inventors: Ayres Ralph Eugene
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1966-08-24
Filing date: 1967-07-14
Publication date: 1971-04-22
Also published as: NL6711222A; SE319900B; US3496597A; BE702974A; GB1200794A; FR1533759A

Description

Dipping. F.Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann, Dipl.-Ing. H.Weickmann

Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte _λ .

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8 MÜNCHEN 27, mdhlstrasse 22, rufnummer 483921^22 ι ν / ο >-»_ ο ο

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THE DOW CHEMICAL COMPANY
929 East Main Street,
Midland, Michigan, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlkörpers

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Hohlkörpern und anderen Gegenständen, die durch Aufblasen geformt f werden; sie betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nahezu verlustlosen Herstellung von Artikeln, die ihre Form durch Aufblasen erhalten. Dabei soll eine Reihenspritzeinrichtung oder eine Spritzgußvorrxchtung nicht erforderlich sein.

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Die vorliegende Erfindung "umfaßt das Einführen eines eine bestimmte Menge eines für einen Aufblas-Formzyklus erforderlichen pclymerischen Harzes enthaltenden, relativ einfach geformten Vorformteiles, nachstehend auch Platine genannt, in eine Form. Das Vorformteil wird erwärmt und zu einer Ausbeulung durchgebeult» Die Ausbeulung kann dann durch Verblasen eine gewünschte Form erhalten, wie sie durch den Hohlraum oder durch die Hohlräume einer Spritzgußform gebildet ist. Sind mehrere Artikel erwünscht, so können in die Form weitere Platinen eingeführt und nacheinander entsprechende Formvorgänge ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung eignet sich für die Herstellung von Artikeln, die aus einem Harzmaterial» aus mehreren übereinander abgelagerten Schichten verschiedener Harze, aus kombiniert abgelagerten harzförmigen und nichtharzförmigen Materialien und aus imprägnierten oder gefüllten herzförmigen Materialien gebildet sind.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert· In den Zeichnungen sind jeweils entsprechende Materialien und Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 1 zeigt in einer senkrechten Teilschnittansicht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer in ihr befindlichen vorgeformten Scheibe vor Ausführung eines Formvorganges·

Fig. 2 zeigt die betreffende Scheibe bereits zu einem Teil geformt.

Fig. 3 zeigt die betreffende Scheibe in vollständig geformtem Zustand.

Fig. 4 zeigt, wie aus einer Scheibe schließlich ein gewünschter Artikel ohne Materialverlust in einem Aufblas-Formhohlraum durch

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Verblasen einer zunächst erzeugten Ausbeulung gebildet ist. Fig. 5 zeigt in auseinandergezogener Darstellungsweise den betreffenden Artikel, nachdem er vollständig geformt und von der Aufblasform freigegeben ist, und wie gerade eine weitere Scheibe in die Vorrichtung zur Herstellung eines weiteren Artikels eingelegt i.st.

Fig. 6 veranschaulicht in einer Teilschnittansicht die Verwendung einer aus mehreren Schichten bestehenden Platine. Fig. 7 zeigt in einer vergrößerten Teilschnittansicht einen in der Aufblasform aus einer mehrere Schichten umfassenden Platine gebildeten Artikel.

Die in den Zeichnungen dargestellte Aufblasform 10 besteht aus zwei Aufblas-Formhälften 12 und 14. Jede Formhälfte 12,14 enthält einen Teil eines Formhohlraumes 16, der die Form eines schließlich herzustellenden Hohlkörpers bestimmt. Bei der besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlkörper durch eine Flasche gebildet, deren Halsteil 17 im Oberteil der Formhälften 12 und 14 gebildet ist. In den Formhälften sind normalerweise Kühlmittel-Durchgänge vorgesehen. Durch Hindurchleiten eines Kühlmittels durch diese Durchgänge wird die Zeitspanne verkürzt, während der das die Flasche bildende Material sich nach erfolgtem Verblasen zu der durch den Hohlraum 16 gegebenen Form verfestigt.

Im oberen Teil der Formhälften 12 und 14 ist eine Form-Druckplatte 18 vorgesehen. Diese Durchplatte 18 weist in ihrer Mitte eine kreisförmige Öffnung 20 und in ihrem oberen Teil eine

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kreisförmige Ausnehmung 22 auf, die zu der Öffnung 20 konzentrisch verläuft. Zur Erwärmung der Druckplatte 18 kann eine heiße Flüssigkeit durch eine öffnung 24, die sich durch die Druckplatte hindurchzieht, geleitet werden.

Vie dargestellt, liegt in der Ausnehmung 22 eine Scheibe 26; die Ausnehmung 22 hat hierzu eine solche Abmessung, daß sie eine Scheibe 26 aufnehmen kann. Diese Scheibe stellt ein Ausgangspreßteil dar, das genügend Harz besitzt, wie natürliches Flaschensorten-Polyäthylen oder ein anderes Material, um eine Flasche vollständig bilden zu können, deren.Form durch den Formhohlraum 16 der Formhälften 12 und 14 bestimmt ist.

Das Oberteil der Scheibe 26 wird von einem Hohl-Druckstempel 28 berührt, der dicht in der Ausnehmung 22 der Druckplatte 18 geführt ist.

Der Führungskanal 29 des Stempels 28 verläuft konzentrisch zu

der in der Druckplatte 18 befindlichenöffnung 20. Durch eine (hier nicht dargestellte) geeignete Einrichtung kann dem Stempel 28 eine Axialbewegung (in Aufwärts- und Abwärtsrichtung) erteilt werden.

In dem Führungskanal 29 des Stempels 28 befindet sich eine Abtrennhülse 30, die "durch eine (hier nicht dargestellte) Einrichtung ebenfalls axial bewegbar ist_? und zwar vorzugsweise unabhängig von dem Stempel 28. Der Außendurchmesser der Abtrennhülse 30 ist nur ein wenig kleiner als der Durchmesser der öffnung 20 und der Durchmesser des Führungskanals 29; er ist jedoch ausreichend groß

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für eine leichte Bewegung der Abtrennhülse 30 in dem Führungskanal.

Im Innern der Hülse 30 befindet sich ein Dorn.32, der in dieser Hülse 30 eine Axialbevegung auszuführen vermag, die vorzugsweise von einer Bewegung dieser Hülse und von einer Bewegung des Stempels 28 unabhängig ist. Zur Ausführung einer Axialbewegung dient eine (auch hier nicht näher dargestellte) entsprechende Vorrichtung. Der Dorn 32 weist eine Axialbohrung 34 auf, die an seiner Spitze zu einer Öffnung 36 ausläuft; an die Bohrung 34 ist eine hier nicht näher dargestellte Druckluftquelle angeschlossen. Der Dorn 32 ist an der Stelle 37 mit einem Querschlitz versehen. Zum AufblasZeitpunkt teil sich der Dorn über in axial >ev Richtung verschiebbare Stifte 39 auf, wodurch ein Durchtritt 41 entsteht, der mit der Bohrung 34 verbunden ist und der damit die Aufblasluft zu verteilen erlaubte Selbstverständlich können auch andere Eintrittsysteme zur Verteilung von Luft angewendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die obige Anordnung besonders gut in der erfindungsgemäßen Aufblaseinrichtung arbeitete Wenn der

in
Dorn 32 sich/seiner ausgestreckten Stellung befindet, ist zwischen ihm und der Öffnung 20 ein Spalt 38 vorhanden, worauf nachstehend noch eingegangen wird.

Während des Betriebs der Vorrichtung 10 wird die Scheibe 26 auf eine Temperatur erwärmt, bei der sie zu einem gewünschten Artikel geformt werden kann. Die jeweilige Temperatur hängt von der besonderen Art des zur Bildung eines gewünschten Artikels verwendeten

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Materials ab. Die Scheibe 26 kann vor Einführung in die Ausnehmung 22 vorgewärmt werden, wobei die von der Druckplatte 18 abgegebene'Wärme die Temperatur, sofern erforderlich, dann konstant zu halten gestattet. Die betreffende Scheibe kann aber durch die Druckplatte 18 selbst erwärmt werden. Welcher Erwärmungsmethode man sich bedient, hängt von dem Material und von der geforderten Erwärmungsgeschwindigkeit ab. In Fig. 2 sind der stempel 28 und die Abtrennhülse 30 bereits zu einem Teil durch die Öffnung 20 nach unten bewegt. Dadurch ist das erwärmte Material der Scheibe zu der Mitte der Formhälften 12 und 14 hin bewegt worden. Gleichzeitig bewegt sich der Dorn 32 nach unten in die Ausnehmung, und durch den zwischen dem Dorn 32 und der Öffnung 20 gebildeten Spalt 38 erfolgt dabei ein Vorpressen des Scheibenmaterials_β Der Dorn 32 ist von dem verpreßten Material der scheibe 26 umgeben; er führt dieses Material nach unten, wodurch ein Ausbeulteil gebildet wird.

Die gleichzeitige Bewegung des Stempels 28, der Abtrennhülse 30 und des Domes 32 setzt sich solange fort, bis in der endgültigen Stellung ein an einem Ende geschlossenes rohrförmiges Teil oder Ausbeulteil 40 erzielt ist, wie dies Fig. 3 veranschaulicht. Die Wanddicke der Ausbeulung ist durch die Größe des ringförmigen Spaltes 38 zwischen der Druckplatte 18 und dem Dorn 32 sowie durch die Relativgeschwindigkeiten des Stempels 28 und der Abtrennhülse 30 in Bezug auf den Dorn 32 bestimmt. Die Ausbeulung 40 kann somit durch über ihre Länge erfolgende Veränderung der Relativgeschwindigkeiten des Stempels 28, der Abtrennhülse 30

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und des Domes 32 in der aufgeblasenen Flasche eine gesteuerte (gleichmäßige oder sonstige) Wanddicke erhalten. Nach Anhalten des Stempels 28 wird die Abtrennhülse 30 axial nach unten bewegt, wodurch sie die Ausbeulung von dem übrigen Werkstoff der Scheibe abtrennt. Dies geschieht durch Abscherwirkung zwischen der Außenkante der Abtrennhülse 30 und der Innenkante der Ausnehmung 22. EJs hat sich jedoch auch als zufriedenstellend herausgestellt, wenn die Abtrennhülse 30 in ihrer Lage zu dem Dorn 32 bis zu einem späteren Zeitpunkt, d.h. nach dem Verblasen axial ausgerichtet gehalten wird, bevor sie sich abwärts bewegt, um die Ausbeulung abzutrennen.

In jedem Fall wird nach vollständiger Formung der Ausbeulung durch die Bohrung 34 Aufblasluft eingeführt, mit Hilfe derer die Ausbeulung gegen die Hohlraumwand 16 aufgeblasen wird. Der so erzielte Hohlkörper ist ohne einen Abfall an seinem Halsteil gebildet, da die Abtrennhülse 30 sich nach unten zu dem Oberteil des Halsabschnittes 17 des Hohlraumes 16 hin erstreckt und damit ein fertiges Oberteil bildet. Der betreffende Hohlkörper besitzt auch an seinem Unterteil keine Verquetschung, da die Ausbeulung die Form eines Rohres mit einem verschlossenen Ende besitzt» Somit ist ein Hohlkörper hergestellt, der keine nachträglichen Bearbeitungsvorgänge mehr erfordert. Der betreff ende Hohlkörper kann, wenn die Formhälften 12 und 14 auseinandergezogen sind, wie dies Fig. 5 veranschaulicht, durch Einblasen zusätzlicher Luft in die Dornöffnung 34 abgegeben werden.

Der nächste Hohlkörper läßt sich dadurch herstellen, daß eine zweite Scheibe 26 in die Ausnehmung 22 eingelegt wird und daß

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dieselben Verfahrensschritte ausgeführt werden, wie sie zuvor bezüglich der Herstellung des ersten,, in Fig. 5 dargestellten Hohlkörpers erläutert wurden. Das in geringer Menge in der Ausnehmung 22 zurückgebliebene Material der ersten Scheibe 26 vermischt sich mit dem Material der zweiten Scheibe 26 und wird mit diesem mit Hilfe des Stempels 28 nach außen gedrückt. Die von der zweiten Scheibe abgegebene Wärme kann beim Vermischen und Verpressen auch an das zurückgebliebene Material abgegeben werden. Wenn mit jeder nachfolgenden Scheibe 26 weitgehend der Rest der vorhergehenden Scheibe zu einem Ausbeulteil verpreßt wird, führt dies zu keinem Materialverlust bei dem betreffenden Verfahren. Eine Ausnahme hiervon bildet die möglicherweise letzte Scheibe in einem gegebenen Durchlauf (,die jedoch später wieder erwärmt werden kann). Obwohl sicher nicht das gesamte Material einer vorhergehenden Scheibe durch die unmittelbar folgende Scheibe aus der Ausnehmung herausgepreßt wird, dürfte einzusehen sein, daß der jeweils zurückbleibende geringe Materialrest zweifellos vermindert ist und durch weitere nachfolgende Scheiben bei deren Verpressen sogar noch weiter vermindert wird. In jedem Fall ist die in jedem Aufblas-Formzyklus verpreßte Materialmenge gerade die für diesen

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Zyklus genügende Materialmenge, womit der Vorgang als ohne Materialverlust arbeitend betrachtet=werden kann, da während jedes Zyklus eine Scheibe verpreßt wird und keine nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge mehr erforderlich sind.

Um den vollen Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens auszunutzen, sollten die Platinen eine relativ einfache Form besitzen.

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Eine Platine mit einer einfachen und für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut geeigneten Form ist eine flache, relativ dünne kreisförmige Scheibe, wie sie bei dem oben beschriebenen Vorgang verwendet worden ist. Diese Scheibe kann leicht durch verschiedene Vorgänge hergestellt sein, wie durch Ausschneiden aus gewalztem Blech, durch Spritzgießen, durch Druckgießen aus Granulat oder Pulver und durch Gießen. Eine derartige, tatsächlich verwendete Platine besteht aus einer kreisförmigen flachen Polyäthylenharz-Scheibe mit einem Durch- Il messer von etwa 7,6 cm und einer Dicke von etwa 6,35 mm. Aus dieser Scheibe wird ein Ausbeulteil mit einer Länge von etwa 12,6 cm und einem Durchmesser Von 2,5 cm geformt. Andere Formen als kreisförmige Formen können ebenfalls verwendet werden, wie quadratische, rechteckige und sechseckige Formen. Diese und weitere Formen bringen in vorteilhafterweise eine Verminderung des Abfalls mit sich, wenn sie aus einem dünnen Blech ausgeschnitten werden. Die Platinen können auch in der Dicke geformt sein, wie z.B. kegelförmig, um, sofern erforderlich oder er-

wünscht, das Einführen des Materials in die jeweilige Ausnehmung zu erleichtern.

Aus mehreren Schichten bestehende Hohlkörper lassen sich dadurch herstellen, daß die erläuterten Vorgänge mit aus mehreren Schichten bestehenden Platinen durchgeführt werden, die aus einem aus mehreren Schichten bestehenden gewalzten Blech ausgeschnitten sind, Die Platinen können auch durch Ausschneiden dünner Rohlinge aus den verschiedenen, in dem jeweiligen Hohlkörper erwünschten

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bzw. erforderlichen Materialien gebildet sein und entsprechend einer gewünschten Schichtstruktur entweder in ihrem 3iatürlichen Zustand oder in verklebtem Zustand verpreßt werden. Auch wenn keine Klebung erfolgt ist, stellt dies keinen speziellen Nachteil in dem vorliegenden Verfahren dar, da am Boden des jeweiligen Hohlkörpers keine Verquetschungen oder Eingußtrichter vorhanden sind, die ein Auslaufen fördern wurden. In dieser Hinsicht können sogar nicht miteinander verklebte Schichten zur Bildung eines gewünschten Artikels gemeinsam verwendet werden.

Ein ausgezeichneter Mefarschichten-Hohlkörper könnte eine PoIyäthylen/Saran-Zusammensetzung enthalten, um hohe Dampf- und Gasabschirmeigenschaften zu erzielen. Andere bekannte Harze können bei Forderung nach Verwendung anderer Harzschichten oder zur Erzielung von Nichtreaktions-Eigenschaften angewendet werden. Entsprechend können auch verschiedene Kunststoffe mit entsprechenden Stoßfestigkeits- und Biegemodulaigenschaften zur normalen Herstellung einer Flasche mit der erforderlichen Kombination an Stoßfestigkeit und Biegefestigkeit verwendet werden. So kann z.B. ein eine niedrige Stoßfestigkeit und eine hohe Biegefestigkeit besitzendes Polystyrol zusammen mit einem eine hohe Stoßfestigkeit und eine niedrige Biegefestigkeit besitzenden Polyäthylen verwendet werden. Ähnlich könnte eine für Nichtnahrungsmittel zugelassene Außenharzschicht mit einer für Nahrungsmittel zugelassenen Innenharzschicht für die Herstellung eines Hohlkörpers verwendet werden. Ein einen niedrigen Schmelzpunkt besitzendes Metall oder eine Metallegierung, die äußerst biegsam oder bei Kunststoff-Formgebungstempera türen beinahe flüssig ist, kann zur Erzielung

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erwünschter Ergebnisse in gewissen Anwendungsfällen in Verbindung mit gewissen thermoplastischen Materialien verwendet werden.

Andere mögliche Hohlkörpereigenschaften lassen sich durch Verwendung einer Platine aus einem metallisierten Kunststoff erzielen. Auf diese Weise läßt sich eine dekorative Flasche herstellen, oder es können die Schutzeigenschaften einer solchen Flasche verbessert werden» Ferner können in der Platine verschiedene dekorative oder informative Trägerschichten enthalten sein; außerdem können Schichten in verschiedenen Farben oder lichtdurchlässige Schichten verwendet werden. Wenn die Platine insbesondere aus dünnen Plastikschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht, kann solchen Flaschen ein silbriges oder irisierendes Aussehen gegeben werden. Entsprechend können auch Glasfaserstreifen in der Platine enthalten sein, um die Festigkeit des hergestellten Hohlkörpers zu erhöhen. Diese und weitere zur Erzielung erwünschter Ergebnisse dienenden Modifikationen der Platinen liegen sämtlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Wenn ein ausrichtbares Plastikmaterial verwendet wird, und der Hohlstempel um seine Längsachse gedreht wird, währenddessen die Ausbeulung gebildet wird, kann eine Flasche gebildet werden, die eine Vielachsen-Orientierung besitzt. Das durch den Stempel erfolgende Verpressen des Plastikmaterials führt zu einer Abscherung und Ausrichtung in der Flußrichtung ,während eine Drehung eine Ausrichtung in Ring- oder Ümfangsrichtung zur Folge hat. Eine Ausrichtung kann auch durch Drehung des Domes um seine Längsachse während der Formung der Ausbeulung erzielt werden.

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Claims

Patentansprüche

1.) Terfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einer Platine, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (26) auf Verformungstemperatur erhitzt in einer Randzone zusammengedrückt und gleichzeitig in einer Zentralzone durch eine zum Rand "im wesentlichen konzentrische Öffnung (20) einer Druckplatte (18) unter Bildung einer geschlossenen rohrförmigen Ausbeulung durchgebeult wird, die hierauf in die gewünschte Form des Hohlkörpers verblasen und schließlich von dem Platinenrest abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet, daß auf den Platinenrest eine weitere Platine (26) aufgelegt wird, die zusammen mit dem betreffenden Platinenrest zur Bildung eines weiteren Hohlkörpers verarbeitet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Hohlstempel (28) als Druckwerkzeug, durch eine in dem Hohistempel (28) verschiebbar geführte Abtrennhülse (30), durch einen in der Abtrennhülse (30) geführten Beul~ und Blasdorn (32), durch Antriebe für eine Axialverschiebung des Hohlstempels (28), der Abtrennhülse (30) und des Beul- und Blasdomes (32), durch eine Druckplatte (18) mit einer zur Aufnahme von Platinen (26) und des Hohlstempels (28) dienenden Ausnehmung (22) und einer im wesentlichen konzentrisch zu dieser Ausnehmung (22) verlaufenden Ausbeulöffnung (20), deren Innendurchmesser ein wenig größer ist als der Außendurchmesser der Abtrennhülse (30), wobei die Antriebe derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Beul- und Blasdorn (32) die Ausbeulung bewirkt, während der

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Hohlstempel (28) die in die Ausnehmung (22) der Druckplatte (18) eingelegte Platine (26) zusammendrückt und die Abtrennhülse (30) nach erfolgter Ausbeulung den Abtrennvorgang vollzieht.

4» Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Druckplatte (18) zwei Aufblas-Formhälften (12,14) mit einem die Form des herzustellenden Formteiles besitzenden Formhohlraum angeordnet sind, daß die Formhälften (12,14) in Bezug auf den = Beul- und Blasdorn (32) zusammen- und auseinanderführbar sind ^ und daß Einrichtungen (34) vorgesehen sind, die durch den Beul- und Blasdorn (32) ein Druckmittel in die rohrförmige Ausbeulung einleiten, die sich daraufhin ausdehnt und an die Wandung des Formhohlraumes der Aufblas-Formhälften (13,14) anlegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlstempel (28) um seine vertikale Achse drehbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe den Hohlstempel (28), den Beul- und I Blasdorn (32) und die Abtrennhülse (30) unabhängig voneinander bewegen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (24) zur Erwärmung der Druckplatte (18) vorgesehen sind.

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8. Vorrichtung nach einem der Anspräche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Beul- und Blasdorn (32) um seine senkrechte Achse drehbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel durch eine in dem Beul- und Blasdorn (32) vorgesehene DurchgangsÖffnung (34) durchleitbar ist, die zumindest durch einen Teil des Beul- und Blasdornes (32) in dessen Längsrichtung verläuft, daß der unterste Teil des Beul- und Blasdornes (32) in dessen endgültiger Ausbeulsteilung bezogen auf den übrigen Teil des Beul- und Blasdornes (32) unter Bildung eines quer verlaufenden, mit der Durchgangsöffnung (34) verbundenen Durchganges (41) axial verschiebbar ist.

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