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Die Erfindung betrifft ein Mehrkomponenteneinlagenbauteil, eine Einlage, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenteneinlagenbauteils und ein Verfahren zur Herstellung einer Einlage.
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Einlagenbauteile sind aus dem Stand der Technik zahlreich bekannt. Eine Einlage mit orthopädischer Wirkung besteht aus den Fuß stützenden und den Fuß weichbettenden beziehungsweise polsternden Elementen. Sowohl die stützenden als auch die weichbettenden beziehungsweise polsternden Elemente der Einlage können halbsohlig, dreiviertelsohlig oder langsohlig sein. Bisher werden Einlagen beziehungsweise deren Elemente aus EVA (Ethylvinylacetat), KORK, PU (Polyurethan), PP (Polypropylen), Holz, PE (Polyethylen) verschiedenen Acrylaten, Polycarbonaten oder glasfaserverstärkten Polycarbonaten hergestellt. Man verwendet Halbzeuge (Plattenware), Mehrkomponentenflüssigkeiten oder Granulate und das entweder im Tiefzieh-, Press-, Spritz-, Fräs- oder Schäumverfahren. Auch Carbon-, Glasfaser- und Polyesterverbundplatten werden in der Einlagenfertigung eingesetzt, aber immer nur pur, also als Monomaterial verwendet. Bei ca. 200°C wird das Material aufgewärmt und mit Unterdruck und/oder im Vakuumverfahren mit Hilfe einer Einlagenform aus Holz, Aluminium o. ä. verformt. Der Grund für den Temperaturbereich liegt in der Zusammensetzung, bei der die Carbon-, Glas- und Polyesterfasern mit einer Folie umschlossen und gepresst werden, die nicht jede einzelne Faser des Gestricks erreicht.
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Dieser Stand der Technik verwendet Carbon-, Glasfaser- und Polyesterverbundplatten in der Produktion, um eine erhöhte Stabilität zu erreichen. Dies steht jedoch zahlreichen Schwierigkeiten gegenüber:
Zum ersten ist der Temperaturbereich von 200° zu hoch für die üblichen Materialkombinationen in der Orthopädie. Üblicherweise werden Temperaturen zwischen 100°–160°C genutzt, zur Formgebung und Zusammenfügung der Materialien.
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Zum zweiten verlieren Carbon-, Glasfaser- und Polyesterverbundplatten sehr schnell die erreichte Verarbeitungstemperatur. Um dem entgegenzuwirken werden unter hohem Aufwand die Formen auf Temperaturen gebracht oder direkt über den Formen Wärmequellen angebracht, um die Zeit zu verlängern, die man für die Positionierung und Verformung der Platten benötigt.
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Zum dritten werden, um Lufteinschlüsse während der Verformung zu vermeiden, die zu verformenden Teile in einer Umgebung ohne Luft verformt. Dieses Vakuum zu erzeugen ist sehr aufwendig und stört in erheblicher Weise den Produktionsfluss. In der Phase der Vakuumerzeugung verliert das Material wieder seine Verformungstemperatur.
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Zum vierten sind Carbon-, Glasfaser- und Polyesterverbundplatten keine fließenden Materialien, d. h. sie behalten nach ihrer Verformung Größe und Nennstärke bei. Dadurch entstehen bedingt durch die Härte des Materials sehr scharfe Abschlusskanten, und zwar einmal hin zu anderen Elementen der Einlage (wie z. B. der Decke) und zum anderen im Übergang zum Schuh. Um das Problem zu beheben, werden die Kanten gebrochen beziehungsweise abgerundet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Stand der Technik zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Mehrkomponenteneinlagenbauteil gelöst, wobei es eine Faserverbundplatte und eine Thermoplastplatte aufweist, die untrennbar miteinander verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur der Faserverbundplatte in der Phase der Positionierung des Materials und Verformung über die Einlagenform gleichmäßig niedrig gehalten werden kann. Das zusätzlich in Plattenform eingesetzte Thermoplast speichert die erforderliche Wärme solange, dass man den Produktionsprozess ohne Einsatz von beheizten Formen und/oder Wärmequellen gestalten kann. Durch die Kombination der Faserverbundplatte mit dem Thermoplast in einem Stück sinkt die Verarbeitungstemperatur um ungefähr 25 bis 50%, also auf ungefähr 100 bis 150°C. Damit ist man im üblichen Temperaturbereich, bei dem die Materialien in der orthopädischen Einlagenfertigung verarbeitet werden.
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Vorteilhafterweise weist die Faserverbundplatte eine Dicke von 0,1 bis 6 Millimeter, vorzugsweise von 0,5 Millimeter bis 3 Millimeter auf. Weiter vorteilhafterweise muss das Thermoplast in Abhängigkeit der Fließeigenschaften des Thermoplasts im Verhältnis zur Materialstärke der Faserverbundplatte 50% bis 100% stärker sein. Diese Angabe bezieht sich auf das Materialverhältnis bevor die Komponenten miteinander verbunden sind. Dasselbe gilt auch für das Volumenverhältnis der beiden Komponenten.
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Vorteilhafterweise kann die Faserverbundplatte eine Carbon-, Glasfaser- oder Polyesterverbundplatte sein.
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Von Vorteil ist, wenn die Abschlusskanten der Faserverbundplatte von Thermoplast umhüllt sind. Dabei können der komplette Umfang oder auch nur Teile des Umfangs von Thermoplast umhüllt sein. Dies hat den Vorteil, dass die scharfen Abschlusskanten sicher umschlossen sind
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Hierbei kann das Thermoplast unterschiedlich weit überstehen, insbesondere zwischen 0 und 20 Millimetern.
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Weiter kann das Thermoplast in dem über die Faserverbundplatte überstehenden Teil dünn auslaufen. Dies erhöht den Tragekomfort und erleichtert einen kontinuierlichen Übergang von Einlagenabschlusskante zum Schuh.
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Bei geeigneter Dimensionierung der Thermoplastplatte können auch Aussparungen innerhalb der Einlage entsprechend ausgefüllt werden.
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Von Vorteil ist, wenn das Mehrkomponenteneinlagenbauteil eine dritte Lage aufweist und die Thermoplastplatte zwischen Faserverbundplatte und dritter Lage angeordnet ist und mit diesen untrennbar verbunden ist.
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Die dritte Lage kann ein Verbundmaterial aus einer Thermoplastplatte und einem Vließstoff oder eine zweite Thermoplastplatte sein.
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Von Vorteil ist, wenn die dritte Lage 1 bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm übersteht.
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Weiter von Vorteil ist, wenn das Mehrkomponenteneinlagenbauteil eine vierte Lage aus einem weichbettenden Material aufweist. So kann dieses direkt mit den anderen Teilen untrennbar verbunden werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Einlage, die ein erfindungsgemäßes Mehrkomponenteneinlagenbauteil aufweist. Mit dieser Erfindung können Einlagen in verschiedensten Formen – halbsohlig, dreiviertelsohlig, langsohlig, randlos, schalig – und für viele orthopädische Anwendungsfelder – Knicksenkfuß, Hohlfuß, Supination, Hallux Valgus, Hallux Rigidus, sportartenspezifisch – gefertigt werden.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkomponenteneinlagenbauteils, wobei in einen ersten Schritt Teile aus einer Faserverbundplatte, einer Thermoplastplatte und/oder einem Verbundmaterial aus einer Thermoplastplatte und einem Vliesstoff gestanzt werden und in einem zweiten Schritt ein Teil einer Faserverbundplatte und einer Thermoplastplatte oder in einem zweiten Schritt ein Teil einer Faserverbundplatte und einer Thermostatplatte oder in einem alternativen zweiten Schritt ein Teil einer Faserverbundplatte und ein Teil einer Thermoplastplatte und ein weiteres Teil einer Thermoplastplatte oder ein Teil aus einem Verbundmaterial aus einer Thermoplastplatte und einem Vliesstoff miteinander zu einem Mehrkomponentenstück fixiert werden und in einem dritten Schritt das Mehrkomponentenstück auf einer Einlagenform tiefgezogen oder verpresst wird.
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Um eine Verbindung der Teile zu ermöglichen, werden diese beispielsweise in einem Umluftofen vorgewärmt. In einem zwischengelagerten Schritt können sie herausgenommen werden und aufeinander positioniert werden. Im Anschluss können die Teile als ein Stück wieder in einem Ofen auf die Verformungstemperatur gebracht werden. Durch den Einsatz des Thermoplasts werden beim Verformen der Einlagen die Abschlusskanten umhüllt und laufen dünn aus.
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Von Vorteil ist, wenn zusätzlich in dem ersten Schritt ein Teil aus einem weichbettenden Material gestanzt wird und in dem zweiten Schritt mit den anderen Teilen zu einem Mehrkomponentenstück fixiert wird.
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Von Vorteil ist, wenn das Teil aus der Thermoplastplatte 0,5 bis 50 mm insbesondere 1 mm über das Teil aus der Faserverbundplatte überstehend zugestanzt wird. So wird sichergestellt, dass alle Kanten sicher umschlossen sind und gegebenenfalls vorhandene Aussparungen je nach Wunsch ausgefüllt werden. Auch ein teilweises Umschließen der Kanten beziehungsweise ein teilweises Ausfüllen von Aussparungen ist möglich.
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Von Vorteil ist weiter, wenn ein zweites Teil aus der Thermoplastplatte oder einem Vliesstoff 1 bis 10 mm, insbesondere 5 mm, über das erste Teil aus der Thermoplastplatte überstehend zugestanzt wird.
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Nach gewünschtem Überstand des Thermoplasts im Einlagenbauteil kann der Überstand sowohl des ersten Teils als auch des zweiten Teils gleichmäßig über den kompletten Umfang oder auch nur teilweise vorgesehen sein. Auch unterschiedliche Überstände je nach Position sind möglich.
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Weiter von Vorteil ist, wenn das Mehrkomponenteneinlagenbauteil mit der Faserverbundplatte nach unten erwärmt wird. Es ist jedoch auch möglich, insbesondere in einem nachgelagerten Schritt das Mehrkomponentenstück mit der Faserverbundplatte nach oben zu erwärmen.
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Auf das vorgewärmte Mehrkomponentenstück kann eine Silikonfolie aufgelegt werden. Dann kann das Mehrkomponentenstück mit der Folie in einem nachgelagerten Schritt auf Verarbeitungstemperatur erwärmt werden. Dies hat den Vorteil, dass so Lufteinschlüsse vermieden werden können. Bei Verwendung eines zweiten Teils aus der Thermoplastplatte oder einem Vliesstoff übernehmen diese ebenfalls die Vermeidung von Lufteinschlüssen und sorgen für einen guten Abtransport der Luft unter dem Thermoplast sowie für das kontrollierte Überstehen des Thermoplastes über dem Faserverbundmaterial.
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Von Vorteil ist weiter, wenn in einem zwischengelagerten Schritt eine zweite Silikonfolie auf das Zweikomponentenstück aufgelegt wird. So kann es zur Presse oder Tiefziemembran isoliert werden.
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Ein vierter und letzter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Einlage, insbesondere einer erfindungsgemäßen Einlage, dadurch gekennzeichnet, dass ein erfindungsgemäßes Mehrkomponentenbauteil oder ein durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestelltes Einlagenbauteil mit weiteren Einlagenbestandteilen, wie beispielsweise weichbettenden oder polsternden Bestandteilen verbunden wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Hierin zeigen in schematischer Darstellung:
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1 die Komponenten eines Zweikomponenteneinlagenbauteils
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2 die Komponenten eines Zweikomponentenbauteils und eine Silikonfolie
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3 die Komponenten eines Zweikomponenteneinlagenbauteils auf einer Presse oder Tiefziehmembran
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4 verschiedene halbsohlige Zweikomponenteneinlagenbauteile
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5 eine Seitenansicht eines Zweikomponenteneinlagenbauteils
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6a, b die Bestandteile eines Dreikomponenteneinlagenbauteiles
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7 die Bestandteile eines Dreikomponenteneinlagenbauteils auf einer Presse oder Tiefziehmembran
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8a, b, c und d verschiedene halbsohlige Dreikomponenteneinlagenbauteile
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9a, b, c und d verschiedene langsohlige Dreikomponenteneinlagenbauteile
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10 eine Seitenansicht eines Schnitts durch ein Dreikomponentenlagenbauteil
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11 die Bestandteile eines Vierkomponenteneinlagenbauteils und
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12a, b, c verschiedene halbsohlige Vierkomponenteneinlagenbauteile
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Im Folgenden wird die Herstellung eines Zweikomponenteneinlagenbauteiles wie in 4a dargestellt im Einzelnen beschrieben. In einem ersten Schritt werden ein Teil aus einer Faserverbundplatte 1 und ein Teil aus einer Thermoplastplatte 2 gestanzt beziehungsweise geschnitten. Ebenso werden alle weiteren Elemente der Einlage wie zum Beispiel weichbettende oder polsternde Elemente ausgestanzt beziehungsweise ausgeschnitten (nicht abgebildet).
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In einem zweiten Schritt werden die Teile aus Faserverbundplatte und aus Thermoplastplatte miteinander fixiert.
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Hierfür wird das Zweikomponentenstück mit der Faserverbundseite nach Unten in einem Umluftofen bei 110°C gelegt.
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Nach einer Minute wird das Zweikomponentenstück aus dem Ofen genommen und mit der Thermoplastseite auf eine 1 mm starke Silikonfolie 3 gelegt (vergleiche 2).
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Das Zweikomponentenstück wird wieder in den Ofen gelegt und ca. 10 Minuten auf die Bearbeitungstemperatur gebracht.
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Das Zweikomponentenstück wird aus dem Ofen genommen und auf der Einlagenform 4 positioniert (vergleiche 3). Eine weitere 3 mm starke Silikonfolie (nicht abgebildet) wird auf das Zweikomponentenstück gelegt, um es von der Presse oder Tiefziehmembran zu isolieren (Silikonfolie nicht abgebildet).
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Das Zweikomponentenstück wird bei 2,5 Bar tiefgezogen oder verpresst.
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Nach zehn Minuten Kühlung kann es von beziehungsweise aus der Einlagenform genommen werden.
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Mögliche weitere Einlagenformen eines Zweikomponenteneinlagenbauteils aus einer Faserverbundplatte 11, 21, 31 und einer Thermoplastplatte 12, 22, 32 sind in der 4b, c, d zu erkennen.
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Auch in dem schematischen Schnitt durch ein Zweikomponentenbauteil in 5 sind die Faserverbundplatte 1 sowie die Thermoplastplatte 2 gut zu erkennen. Hier umschließt das Thermoplast 2 die scharfe Kante der Faserverbundplatte 1 vollständig.
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Ähnlich erfolgt auch die Herstellung eines Dreikomponenteneinlagenbauteils, wie in 8a dargestellt.
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Hierfür werden in einem ersten Schritt ein Teil aus einer Faserverbundplatte 41, ein erstes Teil einer Thermoplastplatte 42 und ein zweites Teil aus einer Thermoplastplatte, beziehungsweise ein zweites Teil aus einem Verbundmaterial aus einer Thermoplastplatte und einem Vliestoff 43 gestanzt, beziehungsweise geschnitten (vgl. 6b). Die Teile aus Faserverbundplatte, Thermoplastplatte und aus zweiter Thermoplastplatte, beziehungsweise Verbundmaterial mit einer Thermoplastplatte und einem Vliesstoff, werden miteinander fixiert.
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Das Dreikomponentenstück wird mit der Faserverbundseite nach oben in Umluft auf Ofen bei 110° für ca. 10 bis 20 Minuten erwärmt, um auf die Verarbeitungstemperatur gebracht zu werden.
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Das Dreikomponentenstück wird auf der Einlagenform 44 positioniert (vgl. 7, wobei das Einlagenbauteil aus Faserverbundplatte 41, Thermoplastplatte 42 und Thermoplastplatte beziehungsweise Verbundmaterial aus Thermoplastplatte und Vliesstoff 43 als Explosionszeichnung dargestellt ist).
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Das Dreikomponentenstück wird bei 2 bis 4 bar tief gezogen oder verpresst.
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Nach 10 Minuten Kühlung kann es von, beziehungsweise von der Einlagenform genommen werden.
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Alternative Ausgestaltungsformen von halbsohligen Dreikomponenteneinlagenbauteilen sind beispielsweise in 6a, 8b, c und d zu entnehmen. Diese bestehen wieder aus den drei Bestandteilen Faserverbundplatte (51, 61, 71, 81), einer Thermoplastplatte (52, 62, 72, 82) und einer zweiten Thermoplastplatte, beziehungsweise einem Verbundmaterial aus Thermoplastplatte und Vliesstoff (53, 63, 73, 83). Beispiele für langsohlige Einlagenbauteile sind in der 9a, b, c zu entnehmen. Auch diese weisen wieder die drei Bestandteile Faserverbundplatte (91, 101, 111, 151), Thermoplastplatte (92, 102, 112, 152) und zweite Thermoplastplatte, beziehungsweise Verbundmaterial aus Thermoplastplatte und Vliesstoff (93, 103, 113, 153) auf.
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Auch in dem schematischen Schnitt durch ein Dreikomponentenbauteil in 10 sind die Faserverbundplatte 41 sowie die erste Thermoplastplatte 42 mit der zweiten Thermoplastplatte beziehungsweise dem Vließstoff 43 gut zu erkennen. Hier umschließt das Thermoplast 42 die scharfe Kante der Faserverbundplatte 41 vollständig.
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Für die Herstellung eines Vierkomponenteneinlagenbauteils, wie in 11 dargestellt, wird zusätzlich zu einem Teil aus einer Faserverbundplatte, einem ersten Teil einer Thermoplastplatte 122 und einem zweiten Teil aus einer Thermoplastplatte bzw. einem zweiten Teil aus einem Verbundmaterial aus einer Thermoplastplatte und einem Vließstoff 123 ein Teil aus einem weichbettenden Material 124 gestanzt bzw. geschnitten. Diese Teile werden dann wie beim Zweikomponentenbauteil oder beim Dreikomponentenbauteil miteinander fixiert.
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Mögliche Einlagenformen eines Vierkomponentenbauteils aus einer Faserverbundplatte 121, 131, 141 und einer Thermoplastplatte 122, 132, 142 und einer zweiten Thermoplastplatte bzw. einem Verbundmaterial aus einer Thermoplastplatte und einem Vließstoff 123, 133, 143 und einen Teil aus einen weichbettenden Material 124, 134, 144 sind in der 12a, b, c zu erkennen.
