DE102008014342A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Folie, insbesondere einer schlauchförmigen Folie - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie mit erhöhtem Permeationswiderstand durch Verstecken der Folie. Hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Extrusionsdrüse (2) eine Folie extrudiert, wobei zur Verstrickung der Moleküle die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze innerhalb der Extrusionsdrüse (2) zunächst verlangsamt und danach beschleunigt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens, insbesondere zur Herstellung mehrlagiger koextrudierter Folien, wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie mit einem Extrusionsspalt (4), der an einen Extruder anschließbar ist, einem weiteren in Strömungsrichtung diesem nachgeordneten weiteren Extrusionsspalt (6), der an einen weiteren Extruder anschließbar ist, einem Dekompressionsspalt (20), an den der weitere Extrusionsspalt (6) angeschlossen ist und der einen Strömungsquerschnitt aufweist, der größer als der Strömungsquerschnitt des weiteren Extrusionsspaltes (6) ist, und mit einem diesem in Strömungsrichtung nachgeordneten Kompressionsspalt (24), der zu einer Extrusionsdüsenöffnung (26) führt, angegeben, bei der der Strömungsquerschnitt des Dekompressionsspaltes ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie im Wege der Extrusion, insbesondere im Wege der Koextrusion. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine koextrudierte mehrschichtige Folie mit wenigstens einer Folienlage aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat (EVOH).
- Mehrlagige koextrudierte Folien enthaltend wenigstens eine Folienlage aus EVOH bzw. mit einem erheblichen Bestandteil von EVOH werden heutzutage als Sperrfolien mit einem hohen Permeationswiderstand eingesetzt. Diese Folien eigenen sich insbesondere als Sperrfolien gegenüber aggressiven Medien, wie beispielsweise Batteriesäuren oder Kältemittel, und können, sofern die Folien schlauchförmig ausgebildet sind auch als Kühlmittelschläuche beispielsweise in einem Kfz oder einem Kühlschrank zum Einsatz kommen. Es ist bekannt, dass durch Verrecken, insbesondere durch biaxiales Verrecken die Barriereeigenschaften der Folie verbessert werden können. So offenbaren die
DE 10 2005 025 472 , dieWO 00/37253 WO 2004/050353 A2 - Einen entsprechenden Kältemittelschlauch mit hohem Permeationswiderstand offenbart beispielsweise die
EP 0 826 915 . Nach diesem Stand der Technik wird die mehrlagige schlauchförmige Folie mittels Koextrusion aus einer Extrusionsdüse ausgefördert und regelmäßig auf einen Dorn abgelegt, der durch die Extrusionsdüse hindurchgezogen wird. Die Geschwindigkeit des Dorns ist dabei höher als die Austragsgeschwindigkeit des Extrudats an der Extrusionsdüsenöffnung, wodurch das Extrudat zur Erhöhung der Permeationsfestigkeit verstreckt wird. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der eine Folie mit durch Verstrecken verringerter Permeationsrate herstellbar ist.
- Zur Lösung des verfahrensmäßigen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird mit dieser ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Folie im Wege der Extrusion hergestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit des hierbei gebildeten Extrudats wird innerhalb der Extrusionsdüse zunächst verlangsamt und danach beschleunigt. Entgegen dem Stand der Technik, bei dem das Extrudat im Falle einer schlauchförmigen Folie beispielsweise im Bereich der Düsenöffnung beschleunigt und damit verreckt bzw. verstreckt wird, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Beschleunigung des Extrudates innerhalb der Extrusionsdüse und nach vorheriger Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Extrusionsdüse. Das Koextrudat wird danach bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer zunächst verlangsamten Strömungsgeschwindigkeit heraus beschleunigt, wodurch sich ein höherer Verstreckungsgrad der Molekülketten des Koextrudats innerhalb der Extrusionsdüse ergibt. Zusätzlich zu dieser Maßnahme kann das Extrudat hinter der Düsenöffnung durch erhöhte Abzugsgeschwindigkeit zusätzlich verstreckt werden. Im Falle einer Folienbahn kann eine nachfolgende Nachbehandlung der mehrlagigen Folie durch ein- oder biaxiales Verstrecken erfolgen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
- Bei der bevorzugten Weiterbildung wird im Wege der Koextrusion auf eine in einer Extrusionsdüse gebildete Innenschicht eine diese Innenschicht abdeckende Sperrschicht im Wege der Extrusion aufgebracht.
- Die Beschleunigung des Koextrudats in der Extrusionsdüse stellt dabei lediglich eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar. Ein verstärktes Verstrecken kann bereits auch dadurch erzielt werden, dass das Extrudat zunächst innerhalb der Extrusionsdüse verlangsamt und durch erhöhte Abzugsgeschwindigkeit eines Trägers der Folie, beispielsweise eines Dorns für eine schlauchförmige Folie, über die Fördergeschwindigkeit an der Düsenöffnung hinaus beschleunigt und somit verstreckt wird.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschleunigung des Extrudats beim Austritt aus der Extrusionsdüse auf eine Geschwindigkeit, die höher als die Strömungsgeschwindigkeit des Koextrudats beim Bilden derselben in der Extrusionsdüse ist. Danach hat das Koextrudat innerhalb der Extrusionsdüse und vor der Verlangsamung innerhalb derselben eine Strömungsgeschwindigkeit die geringer als die Austrittsgeschwindigkeit aus der Extrusionsdüse ist. Es sollte aber noch einmal betont werden, dass die gewünschte erhöhte Orientierung der Molekülketten in dem mehrlagigen Extrudat und damit die Verstreckung desselben auch dann erreicht werden kann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Koextrudat innerhalb der Düse gebildet wird, und die Austrittsgeschwindigkeit aus der Extrusionsdüse im Wesentlichen gleich sind. Denn durch die Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Extrusionsdüse wird den bereits im Koextrudat durch den dünnen Düsenquerschnitt orientierten Molekülen Gelegenheit gegeben, sich umzuorientieren. Die Verstreckung beim Austrag aus der Extrusionsdüse erfolgt daher aus einem Zwischenstadium, in dem die Molekülketten zu einem höheren Maße beliebig orientiert sind, als dies im in Strömungsrichtung vorderen Teil der Düse, wo das Koextrudat gebildet wird, der Fall ist.
- Neben der zuvor beschriebenen Verbesserung der Folie bezüglich Permeation beispielsweise gegenüber R 744 können spezielle Werkstoffkombinationen für das Koextrudat verwendet werden, die die Permeationsrate weiter erniedrigen. Diese sind in den Ansprüchen 5 bis 12 angegeben. Es sollte noch darauf hingewiesen werden, dass zuvor lediglich auf ein Koextrudat mit zwei verschiedenen Materialien abgestellt worden ist. Selbstverständlich kann innerhalb der Extrusionsdüse auch ein Extrudat mit drei oder mehr Schichten gebildet werden. Dabei wird eine die Innenseite der Folie üblicherweise auskleidende Innenschicht regelmäßig aus Polyamid gebildet. Dies kann ein aromatisch/aliphatisches Polyamid mit oder ohne zusätzlicher Polyethylenvinylalkohol-Sperrschicht oder ein aliphatisches Polyamid mit Polyethylenvinylalkohol-Sperrschicht sein. Die auf diese Innenschicht aufgebrachte verstreckte Sperrschicht ist aus einem Elastomer-Werkstoff gebildet oder enthält diesen zumindest überwiegend, und zwar speziell Ethylenvinylalkohol-Copolymer.
- Zur Lösung des vorrichtungsmäßigen Aspektes wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Folie mit den Merkmalen von Anspruch 13 vorgeschlagen. Diese Vorrichtung, die auch als Extrusionsdüse bezeichnet werden kann, hat einen Extrusionsspalt, der an einen Extruder anschließbar ist, einen weiteren Extrusionsspalt, der in Strömungsrichtung diesem ersten Extrusionsspalt nachgeordnet vorgesehen ist und der an einen anderen, weiteren Extruder anschließbar ist. Der vorerwähnte weitere Extrusionsspalt kann als der zweite oder auch der letzte Extrusionsspalt einer Serie von Extrusionsspalten, die jeweils und für sich einem eigenen Extruder zugeordnet sind, vorgesehen sein. In Strö mungsrichtung hinter dem weiteren Extrusionsspalt ist ein Dekompressionsspalt vorgesehen, an den kein Extruder angeschlossen ist und der einen Strömungsquerschnitt aufweist, der größer als der Strömungsquerschnitt des weiteren Extrusionsspaltes ist. Diesem Dekompressionsspalt nachgeordnet ist ein Kompressionsspalt vorgesehen, der zu einer Extrusionsdüsenöffnung führt und einen Strömungsquerschnitt hat, der kleiner als der Strömungsquerschnitt des Dekompressionsspaltes ist. Innerhalb des Dekompressionsspaltes wird die Strömungsgeschwindigkeit des Koextrudats verringert. In dem sich anschließenden Kompressionsspalt erfolgt eine Beschleunigung des Koextrudats innerhalb der Vorrichtung.
- Mit Rücksicht auf die gewünschte Umorientierung ist es zu bevorzugen, den Extrusionsspalt, den weiteren Extrusionsspalt sowie den Kompressionsspalt geradlinig hintereinander vorzusehen, wodurch sich eine bestmögliche Relaxation von geradlinig orientierten Molekülketten bei Erreichen des Kompressionsspaltes ergibt. Dieser ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem weiteren Extrusionsspalt gestuft ausgebildet. Gewünscht ist insbesondere ein scharfkantiger Übergang zwischen dem weiteren Extrusionsspalt und dem Dekompressionsspalt, wodurch die Reorientierung der Molekülketten innerhalb der Extrusionsdüse bestmöglich gefördert werden kann.
- Im Falle einer ringförmigen Extrusionsdüse zum Ausfördern von schlauchförmiger Folie ist der Kompressionsspalt vorzugsweise radial nach innen gerichtet, wodurch eine zusätzliche Verstreckung durch erhöhtes Abziehen der Folie von der Extrusionsdüsenöffnung durch ein schnelleres Substrat, auf welches die Folie abgelegt wird, begünstigt wird.
- Soweit vorstehend auf den Kompressionsspalt und den Dekompressionsspalt abgestellt wurde sei darauf verwiesen, dass diese Spalte im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere durch Bereiche einer Extrusionsdüse gebildet werden, die ober- und unterseitig im Falle einer Breitschlitzdüse bzw. im Falle einer ringförmigen Düse innen- und außenseitig umfänglich geschlossen sind. Mit anderen Worten wird durch diese Bereiche lediglich das Koextrudat hindurchgefördert, ohne dass weiteres Material zugeführt bzw. Gas oder Extrudat abgeführt wird.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
-
1 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Herstellung einer Folie in Form einer Extrusionsdüse zur Herstellung einer schlauchförmigen Folie; -
2 einen schematischen Geschwindigkeitsverlauf des Koextrudats in der Extrusionsdüse gemäß1 und -
3 eine schematische Darstellung eines mit dem Verfahren herzustellenden Kühlmittelschlauches umfassend eine mehrlagige schlauchförmige Folie. - Die
1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Extrusionsdüse2 für die Koextrusion mit zwei in Strömungsrichtung Pfeil P hintereinander angeordneten ringförmigen Extrusionsspalten4 ,6 , die jeweils über einen Zuführkanal8 ,10 an unterschiedliche Extruder anschließbar sind. Die Innenumfangsfläche der Ringspalte4 ,6 wird durch einen Düsenkern14 gebildet. - Der erste Ringspalt
4 ist kleiner als der zweite Ringspalt6 . Das Volumenverhältnis zwischen dem ersten Ringspalt4 und dem zweiten Ringspalt6 ist auf die jeweiligen Volumenströme aus dem ersten und zweiten Extruder abgestimmt. Dementsprechend wird in dem zweiten Ringspalt6 ein zweilagiges Koextrudat gebildet. In Strömungsrichtung hinter dem zweiten Ringkanal6 schließt sich ein Dekompressionsspalt20 an, der wie die Ringkanäle4 ,6 koaxial zu dem Düsenkern14 ausgerichtet ist, jedoch einen gegenüber dem Strömungsquerschnitt des zweiten Ringspaltes6 vergrößerten Strömungsquerschnitt hat. Die Innenumfangsfläche des Dekompressionsspaltes20 wird durch die Außenumfangsfläche des Düsenkerns14 gebildet. Die Außenumfangsfläche des Kompressionsspaltes20 verspringt gegenüber der Außenumfangsfläche des zweiten Ringspaltes6 radial nach außen, wodurch eine Stufe22 gebildet ist. - Im Anschluss an den Dekompressionsspalt
20 bildet die Extrusionsdüse2 einen Kompressionsspalt24 aus, der radial nach innen gerichtet ist und im Bereich der Stirnseite des Düsenkerns14 mündet. Dort ist eine Extrusionsdüsenöffnung26 gebildet. Der Kompressionsspalt verringert sich zu der Extrusionsdüsenöffnung26 hin kontinuierlich. - Durch die konkrete Ausgestaltung des zuvor diskutierten Ausführungsbeispiels ergibt sich der in
2 schematisch dargestellte Geschwindigkeitsverlauf. Innerhalb des Ringspaltes4 hat die erste Komponente, welche eine Innenschicht der herzustellenden mehrlagigen Schlauchfolie bildet, eine Geschwindigkeit V1. Diese Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit des Koextrudats in dem zweiten Ringspalt6 . Durch den erhöhten Strömungs querschnitt innerhalb des Dekompressionsspaltes20 fällt die Strömungsgeschwindigkeit auf einen Geschwindigkeitswert V2. Das Verhältnis von V1 zu V2 kann 3:1 bis 7:1 sein. Bevorzugt liegt das Verhältnis bei zwischen 4:1 und 6:1. Mit zunehmender Verringerung des Strömungsquerschnitts, d. h. in dem Kompressionsspalt24 ergibt sich eine kontinuierliche Erhöhung der Geschwindigkeit auf einen Endwert V3, der in etwa zwei- bis dreimal so groß wie V1 ist. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Verstreckung der Moleküle innerhalb des Kompressionsspaltes24 . Die Position der Düsenöffnung ist in2 mit Bezugszeichen26 gekennzeichnet. Hinter der Düsenöffnung26 ergibt sich eine zunehmende Erhöhung der Geschwindigkeit des Koextrudats aufgrund einer Abzugsgeschwindigkeit eines durch eine Bohrung28 des Düsenkerns14 hindurch geführten Kerns, auf den die schlauchförmige Folie abgelegt wird. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Abzugsgeschwindigkeit des Dorns und V3 führt zu einer weiteren Verstreckung der Moleküle der schlauchförmigen Folie, bis diese die Abzugsgeschwindigkeit V4 erreicht hat. - Eine auf diese Weise hergestellte schlauchförmige Folie kann Bestandteil einer Kühlmittelleitung sein, wie sie in
3 dargestellt ist. Diese zeigt einen Kraftstoffschlauch28 mit einer Innenschicht30 und einer auf der Außenumfangsfläche dieser Innenschicht durch Koextrusion aufgebrachten Sperrschicht32 . Die Innenschicht30 und die Sperrschicht32 werden durch die schlauchförmige, koextrudierte Folie gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gebildet. Diese auf dem Dorn abgelegte schlauchförmige Folie30 ,32 wird in einem nachfolgenden Schritt mit einem polymerisierbaren Material umhüllt, der eine Außenschicht34 gegebenenfalls auch eine mittlere Schicht36 ausformt, wobei die Außenschicht34 regelmäßig einen Festigkeitsträger38 umgibt und mit diesem durch Vulkanisieren verbunden ist, der durch Fäden aus Kunststoff, Naturprodukt oder dergleichen, die als Gewebe, Gestricke oder Gewirke aufgebracht sind, gebildet ist. In konventioneller Weise werden die Schichten34 ,36 ,38 üblicherweise aufgebracht, solange die mehrlagige Folie von dem Dorn gehalten wird. Danach erfolgt das Vulkanisieren der Schichten34 ,36 . Danach wird der Kühlmittelschlauch auf Länge geschnitten und der Dorn entfernt. -
- 2
- Extrusionsdüse
- 4
- Ringspalt
- 6
- Ringspalt
- 8
- Zuführkanal
- 10
- Zuführkanal
- 14
- Düsenkern
- 20
- Dekompressionsspalt
- 22
- Stufe
- 24
- Kompressionsspalt
- 26
- Extrusionsdüsenöffnung
- 28
- Bohrung
- 29
- schlauchförmige Folie
- 30
- Innenschicht
- 32
- Sperrschicht
- 34
- Außenschicht
- 36
- mittlere Schicht
- 38
- Festigkeitsträger
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005025472 [0002]
- - WO 00/37253 [0002]
- - WO 2004/050353 A2 [0002]
- - EP 0826915 [0003]
Claims (18)
- Verfahren zur Herstellung einer Folie, insbesondere einer schlauchförmigen Folie (
29 ) im Wege der Extrusion einer Folie, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze innerhalb der Extrusionsdüse (2 ) zunächst verlangsamt und danach beschleunigt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließgeschwindigkeit des Koextrudats zunächst in der Extrusionsdüse (
2 ) verlangsamt und anschließend in der Extrusionsdüse (2 ) beschleunigt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koextrudat mit einer Strömungsgeschwindigkeit (V1) in der Extrusionsdüse (
2 ) gebildet wird, die geringer als die Austrittsgeschwindigkeit (V3) des Koextrudats aus der Extrusionsdüse (2 ) ist. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie als Schlauchfolie (
29 ) koextrudiert und beim Verlassen auf einen durch die Extrusionsdüse (2 ) hindurch geführten Dorn abgelegt wird, dessen Abzugsgeschwindigkeit höher als die Austrittsgeschwindigkeit (V3) des Koextrudats ist. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Polyamid mit aromatischen Struktureinheiten mit einer Wandstärke von 0,005 bis 0,5 mm, vorzugsweise von 0,02 bis 0,4 mm und aus einem Werkstoff auf Basis aliphatischer, flexibilisierter oder gemischt aliphatisch/aromatischer Polyamide gebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (
30 ) aus einem Werkstoff auf Basis Polyamid, vorzugsweise flexibilisiertem Polyamid 6 gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (
30 ) aus einer thermoplastischen Legierung ohne Weichmacher gebildet wird, die aus Polyamid 6 und einem Polyolefin mit Additiven gebildet ist. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (
32 ) mit einer Wandstärke von 0,005 bis 0,3 mm, vorzugsweise von 0,01 bis 0,1 mm gebildet wird. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (
32 ) ein Polyvinylalkohol-Copolymerisat umfasst. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht (
32 ) aus einem Ethylencopolymerisat besteht, das aus Ethylen- und Vinylalkohol-Gruppen aufgebaut ist und optional Vinylacetat- oder Methacrylsäureestergruppen enthalten kann. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ethylengehalt zwischen 25 Mol% und 50 Mol% beträgt.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht aus einem Ethylencopolymerisat enthaltend 25 bis 50 Mol% Ethylen, 75 bis 50 Mol% Vinylalkohol und 0 bis 25 Mol% Vinylacetat oder Methacrylsäureester besteht.
- Vorrichtung zur Herstellung einer Folie, insbesondere einer schlauchförmigen Folie (
29 ), mit einem Extrusionsspalt (4 ), der an einen Extruder anschließbar ist, einem weiteren in Strömungsrichtung diesem nachgeordneten weiteren Extrusionsspalt (6 ), der an einen weiteren Extruder anschließbar ist, einem Dekompressionsspalt (20 ), an den der weitere Extrusionsspalt (6 ) angeschlossen ist und der einen Strömungsquerschnitt aufweist, der größer als der Strömungsquerschnitt des weiteren Extrusionsspaltes (6 ) ist und mit einem diesem in Strömungsrichtung nachgeordneten Kompressionsspalt (24 ), der zu einer Extrusionsdüsenöffnung (26 ) führt und einen Strömungsquerschnitt aufweist, der kleiner als der Strömungsquerschnitt des Dekompressionsspaltes (20 ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionsspalt (
4 ), der weitere Extrusionsspalt (6 ) und der Dekompressionsspalt (20 ) geradlinig hintereinander vorgesehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Extrusionsspalt (
6 ) über eine Stufe (22 ) in den Dekompressionsspalt (20 ) übergeht. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionsspalt (
4 ), der weitere Extrusionsspalt (6 ), der Dekompressionsspalt (20 ) und der Kompressionsspalt (24 ) ringförmig ausgebildet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsspalt (
24 ) radial nach innen gerichtet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Bohrung (
28 ), die konzentrisch zu den Spalten (4 ,6 ,20 ,26 ) ausgebildet ist und die in der Extrusionsdüsenöffnung (26 ) mündet.
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DE (1) | DE102008014342A1 (de) |
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