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Die bisher bekannten Filterstöpsel für Tabakwaren, insbesondere für
Zigaretten, lassen sich in zwei Klassen einteilen: a) Filterstöpsel, die eine Papierbahn
enthalten, die aufgerauht, perforiert oder auf andere Weise zerfasert und anschließend
durch Aufrollen oder Zusammenraffen zu einem Filterstöpsel umgeformt wurde; b) Filterstöpsel,
die ein lockeres Fasermaterial enthalten, aus dem ein Filterstrang hergestellt wurde.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Filterstöpsel aus einem
lockeren Fasermaterial, also auf solche der obengenannten Klasse b. Für die Herstellung
geeigneter Filterstöpsel aus losen Fasern besteht die größte Schwierigkeit darin,
auf geeignete Weise einen genügend guten inneren Zusammenhalt der einzelnen Fasern
innerhalb des Filterstöpsels zu gewährleisten. Bekanntlich werden Filterstöpsel
aus einem endlosen Filterstrang abgeschnitten, und zwar auf Längen von beispielsweise
10 bis 12 mm. Es ist verständlich, daß bei einem derart kurzen Abschnitt eines Faserbündels
die einzelnen Fasern, wenn dieselben nicht aneinander befestigt werden, herausfallen
oder beim Gebrauch herausgesogen werden können. Dies ist insbesondere deshalb der
Fall, weil natürlich nicht sämtliche Fasern die ungefähre Länge des Abschnittes
besitzen, sondern eine Vielzahl kürzerer Faserenden in einem solchen Abschnitt vorhanden
sind.
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Es existieren viele Vorschläge, um einen genügend guten inneren Zusammenhalt
der Fasern in einem solchen Faserbüschel zu gewährleisten. Beispielsweise wurde
die Verwendung von thermoplastischen Fasern vorgeschlagen und der Faserstrang erhitzt,
damit die nahezu schmelzenden Fasern an ihren Berührungsstellen zusammengeschweißt
werden. Bei weitverbreiteten Filterstöpseln wird durch Beifügung eines Bindemittels
eine genügende Anzahl von Haftpunkten zwischen sich berührenden Fasern innerhalb
des Faserbündels geschaffen. Es wurde auch vorgeschlagen, den Fasern im Faserbündel
eine gewisse Menge dickerer Stützfasern beizugeben, wodurch bei gleichmäßiger Verteilung
dieser dickeren Fasern oder Fäden innerhalb des Faserbündels ein guter innerer Zusammenhalt
erzielt werden soll.
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Es hat sich gezeigt, daß die Schaffung eines Stützskeletts aus solchen
Haftpunkten innerhalb eines derartigen Faserbündels durch Verklebung der thermoplastischen
Fasern untereinander bzw. mit den nicht thermoplastischen Fasern zwar möglich ist,
aber die Erhitzung der thermoplastischen Kunstfasern so weit getrieben werden muß,
daß dieselben nahezu schmelzen, damit sie zusammengeschweißt werden. Es ist offensichtlich,
daß auf diese Weise zwar ein sehr kompakter Strang aus Fasern erzeugt werden kann,
daß aber eine Struktur dieses Gebildes entsteht, die eher einem porösen Schwamm
als einem durch ein Stützskelett verfestigten Faserstrang gleicht. Derartige Zigarettenfilter
zeigen in der Praxis entweder einen sehr hohen Zugwiderstand oder bei normalem Zugwiderstand
eine ziemlich niedrige Absorptionswirkung.
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Ein ganz anderes bekanntes Verfahren zur Verwendung für Absorptionszwecke
geeigneter dünner Fasern besteht darin, ein solches Fasermaterial in dünner Schicht
auf einer Papierunterlage auszubreiten und dieses kombinierte Material durch Aufrollen
oder Zusammenraffen zu einem Filterstrang zu verarbeiten. Derartige Filterstöpsel
unter Verwendung von einem »bewatteten« Papier sind in großer Zahl und in den verschiedensten
Ausführungen bekannt, sind aber relativ teuer und schwierig herzustellen.
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Es ist ferner vom Erfinder bereits vorgeschlagen worden, das Stützskelett
nicht erst im gebündelten Faserstrang herzustellen, sondern das vorgesehene Fasermaterial
vor der Verformung zu einem Faserstrang in die Gestalt eines sehr dünnen und leichten
Flors zu bringen und in dieser Form mit einem Haftpunktskelett zu versehen, aus
welchem verfestigten Flor dann durch Zusammenraffen in Querrichtung erst das Faserbündel
erzeugt wird. Dieses Verfahren zur Herstellung von Filterstöpseln, die nach ihrer
Fertigstellung einen Faserstrang mit rundem oder ovalem Querschnitt bilden und ein
Stützskelett aus willkürlich verteilten Haftpunkten zwischen den Fasern innerhalb
des Strangs aufweisen, ist insofern besonders vorteilhaft, weil natürlich die Erzeugung
der Haftpunkte in der flachen und ausgebreiteten Florbahn in Form eines mehr oder
weniger dichten Netzes oder Musters erfolgen kann, so daß ganz nach Wunsch der fertige
Faserstrang ein dichteres oder weniger dichtes Stützskelett aufweist.
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Bei der Weiterentwicklung dieses zuletzt erwähnten Verfahrens ist
vom Erfinder erkannt worden, daß durch ein Stützskelett innerhalb des hergestellten
Filterstrangs vor allem auch die Elastizität desselben senkrecht zur Stranglängsachse
erhöht wird. Es besteht also die Aufgabe, ein Faservlies herzustellen, welches nach
Zusammenraffung quer zu seiner Bewegungsrichtung zu einem Strang, eine möglichst
große Zahl von Kreuzungsstellen zwischen Einzelfasern aufweist, wobei die Einzelfasern
an den Kreuzungsstellen gegenseitig fixiert sind, so daß sie beim Zusammenraffen
des Faservlieses gekrümmt und mit einer elastischen Vorspannung versehen werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung dieses Problems und
ermöglicht die Herstellung von Tabakwarenfiltern aus einem durch Zusammenraffung
und Umhüllung eines Faservlieses entstandenen Faserstrang. Die Tabakwarenfilter
sind dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies in an sich bekannter Weise einen
Anteil an quer zur Laufrichtung verzerrten Fasern aufweist, wobei jedoch dieser
Anteil querverzerrter Fasern eine Größe hat, daß der noch nicht umhüllte Faserstrang
pro Längeneinheit ein um mindestens 2 : 1 größeres Volumen als ein in gleicher Weise
aus einem gleichschweren Faservlies ohne querverzerrte Fasern hergestellter Faserstrang
aufweist.
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Die erfindungsgemäßen Tabakwarenfilter weisen einen wesentlichen technischen
Fortschritt auf. Für einen Filterstöpsel von vorgeschriebenem Zugwiderstand ist
eine bestimmte Fasermenge erforderlich, die dann, wenn erfindungsgemäß ein genügender
Anteil von querverzerrten Fasern vorgesehen wird, ein größeres Volumen pro Strangabschnitt
ergibt, als ohne querverzerrte Fasern. Bei den üblicherweise verwendeten Zugwiderständen
kann ohne querverzerrte Fasern ein Strang genügender Stabilität nur dann erzeugt
werden, wenn auf geeignete Weise ein Haftpunktskelett im Faserstrang geschaffen
wird, was bei eineni Strang mit genügendem Anteil querverzerrter Fasern nicht erforderlich
ist, da dessen größeres Volumen eine ausreichend feste Füllung des
Filterstöpsels
gewährleistet; trotzdem enthält natürlich der mit querverzerrten Fasern hergestellte
Filterstöpsel keine größere Fasermenge. Wollte man ohne Haftpunktskelett auskommen,
so müßte ein ohne querverzerrte Fasern hergestellter Filterstöpsel eine größere
Fasermenge enthalten, um gleiche Festigkeit wie ein Filterstöpsel zu erlangen, der
erfindungsgemäß einen Anteil an querverzerrten Fasern enthält.
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Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen an
Hand der F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Von diesen zeigen F i g. 1 und 2 je eine
vergrößerte Wiedergabe eines normalen bzw. eines mit querverzerrten Fasern versehenen
Faservlieses, zusammen mit einer Auswertung bezüglich der Faserrichtungen, F i g.
3 die Wiedergabe einer Photographie je eines Faserstrangs, hergestellt aus einem
normalen bzw. einem mit querverzerrten Fasern versehenen Faservlies.
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Die Erzeugung eines lockeren Faservlieses, wie es zur Herstellung
von Filterstöpseln der vorliegenden Bauart verwendet wird, erfolgt üblicherweise
dadurch, daß die betreffenden Fasern über eine sogenannte Karde bekannter Bauart
als dünner Schleier auf ein unter dem Austrittsschlitz der Karde vorbeibewegtes
Transportband ausgebreitet werden. Nach der bisherigen Ansicht ist in einem derartigen
normalen Faservlies keine bevorzugte Richtung der einzelnen Fasern feststellbar,
vielmehr wurde bisher angenommen, daß die Richtung der Einzelfasern innerhalb des
Faservlieses völlig willkürlich ist, also sämtliche Richtungen gleich häufig auftreten.
Bei der Betrachtung eines derartigen normalen Faservlieses bei entsprechender Vergrößerung
erhält man auch den Eindruck, daß diese bisherige Ansicht über die Richtungsverteilung
der Fasern innerhalb eines solchen Faservlieses durchaus richtig ist.
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Die F i g. 1 zeigt auf der linken Seite eine vergrößerte Photographie
eines Flächenstücks eines derartigen normalen Faservlieses. Bei Betrachtung des
Fasergewirrs erhält man tatsächlich den Eindruck, als ob keine Richtung seitens
der Fasern bevorzugt wird. Eine genauere Untersuchung zeigt jedoch, daß dieser Eindruck
unrichtig ist. Zur Ermittlung der Richtungsverteilung für die einzelnen Fasern in
einem derartigen Faservlies wurden, wie in F i g. 1 angedeutet ist, in einer vergrößerten
Photographie gemäß dem linken Teil der F i g. 1 sieben verschiedene horizontale
Streifen ausgeblendet und näher untersucht. Die Untersuchung erfolgte derart, daß
in den jeweiligen ausgeblendeten Streifen einerseits die Fasern gezählt wurden,
die innerhalb eines Winkels von -30 bis -I-30° zur Laufrichtung gelegen sind, und
andererseits die Anzahl der Fasern ermittelt wurde, die eine Richtung innerhalb
des Winkelbereichs von - 90 bis - 30° und von -I- 30 bis -I- 90° aufweisen. Bei
völlig willkürlicher Richtung der Fasern innerhalb des Faservlieses müßte eigentlich
erwartet werden, daß im erstgenannten, insgesamt 60 Winkelgrade umfassenden Winkelbereich
nur halb so viel Fasern festgestellt werden, als in dem zuletzt genannten, insgesamt
120 Winkelgrade umfassenden Winkelbereich.
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Das Ergebnis der Auszählung der sieben mit Nr. 1 bis Nr. 7 bezeichneten
horizontalen Streifen der Vergrößerung eines normalen Faservlieses zeigt die Tabelle
auf F i g. 1. Dort ist der Winkelbereich von - 50 bis -I- 30° mit L und von -f-
30 bis -f- 90° sowie von - 30 bis - 90° mit Q bezeichnet. überraschenderweise stellt
sich heraus, daß entgegen den Erwartungen die Anzahl der im Winkelbereich L gelegenen
Fasern wesentlich größer als die Anzahl der im Winkelbereich Q gelegenen Fasern
ist. Dabei ist ersichtlich, daß die Bevorzugung der Richtung L sowohl für ein besonders
dünnes Stück des Faservlieses, etwa für den Streifen Nr. 3, als auch für ein besonders
dichtes Stück des Faservlieses, etwa für den Streifen Nr.7, feststellbar ist. Wird
der Mittelwert aus dem Zählergebnis für die Streifen Nr. 1 bis Nr. 7 gebildet, so
kann beim normalen Faservlies gemäß F i g. 1 festgestellt werden, daß das Verhältnis
L/Q den Wert 3,6 besitzt, also im Winkelbereich L die 3,6fache Anzahl von Fasern
festgestellt wurde als im Winkelbereich Q. Anders ausgedrückt besitzen also von
den insgesamt betrachteten Einzelfasern nur 21,3 % eine Richtung innerhalb des Winkelbereichs
Q und 78,7 % eine Richtung innerhalb des Winkelbereichs L. Bei völlig gleichmäßiger
und willkürlicher Richtungsverteilung der Einzelfasern innerhalb des Faservlieses
müßte die Anzahl der in den Winkelbereich Q fallenden Fasern etwa 67 % und die Anzahl
der in den Winkelbereich L fallenden Fasern etwa 33 % betragen. Die gemäß F i g.
1 ermittelten Ergebnisse eines derartigen, auf normale Weise hergestellten Faservlieses
zeigen also, daß hierbei eine deutliche Bevorzugung der Laufrichtung des Vlieses
bei seiner Herstellung vorhanden ist.
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Die F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Photographie eines Flächenstücks
eines in bekannter Weise mit querverzerrten Fasern versehenen Faservlieses. Das
Gewicht dieses Faservlieses ist identisch mit dem Gewicht des zur Auswertung nach
F i g. 1 verwendeten normalen Faservlieses, und auch der Vergrößerungsmaßstab der
Photographie des Faservlieses ist in F i g. 1 und in F i g. 2 der gleiche. Die Auszählung
der in den Winkelbereich L bzw. Q
fallenden Fasern ist bei diesem »Wirrvlies«
gemäß F i g. 2 in gleicher Weise durchgeführt worden wie an Hand von F i g. 1 beschrieben.
Die Ergebnisse der Auszählung zeigen aber wesentliche Unterschiede gegenüber denjenigen
der Auswertung von F i g. 1, denn das Verhältnis L/Q ist hier 1,07, und von den
insgesamt festgestellten Fasern gehören im Mittel etwa 48 % dem Winkelbereich Q
an und nur 52 0/0 dem Winkelbereich L. Bei diesem mit einem Anteil an querverzerrten
Fasern versehenen sogenannten Wirrvlies ist es also gelungen, die Anzahl der quer
zueinander verlaufenden Fasern wesentlich zu vergrößern.
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Es hat sich durch Versuche mit derartigen Wirrvliesen gezeigt, daß
die mechanischen Eigenschaften sowohl im trockenen als auch im nassen Zustand gegenüber
dem Verhalten vergleichbarer normaler Faservliese wesentlich günstiger sind. Insbesondere
ist, bei gleicher Saugwirkung eines derartigen Faservlieses, die Naßzerreißfestigkeit
des neuartigen Wirrvlieses wesentlich größer als diejenige eines normalen Vlieses
aus den gleichen Fasern und mit gleichem Flächengewicht. Diese Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften von saugfähigen Faservliesen durch Vergrößerung der Anzahl
der quer zueinander verlaufenden Fasern macht derartige Wirrvliese besonders geeignet
zur Herstellung eines Faserstrangs für Rauchwarenfilter, insbesondere von Zigarettenfilterstöpseln.
Es hat sich dabei gezeigt, daß zur Erzielung einer deutlichen Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften solcher Materialbahnen bei vergleichbarer
Saugfähigkeit
derselben, die Anzahl der angenähert quer zur Bahnlängsrichtung verlaufenden Fasern
mindestens 50 % der angenähert in Bahnlängsrichtung verlaufenden Fasern betragen
muß. Wenn dieser Prozentsatz größer ist - bei dem Wirrvlies gemäß F i g. 2 ist die
Anzahl der angenähert quer zur Bahnlängsrichtung verlaufenden Fasern etwa 94 % der
angenähert in Bahnlängsrichtung verlaufenden Fasern - ergibt sich eine entsprechende
Erhöhung der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
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Die Vorrichtungen zur Vergrößerung der Anzahl der quer zueinander
verlaufenden Fasern in einem Faservlies sind bekannt. Durch geeignete Bürsten oder
andere ähnliche Mittel wird z. B. ein Teil der Fasern auf der Abnehmerwalze (Doffer)
einer Karde oder Krempelmaschine quer zur Rotationsbewegung gezerrt.
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Durch diese Querverzerrung eines Teils der Fasern wird eine wesentlich
stärkere sperrende Verkettung der Fasern erreicht als beim normalen Faservlies und
auf diese Weise ein selbsttragendes Fasergebilde von einer gewissen Steifheit erzeugt.
In an die Krempelmaschine anschließenden bekannten Vorrichtungen wird das mit einem
Anteil querverzerrter Fasern versehene Vlies in ebenfalls bekannter Weise quer zu
seiner Laufrichtung zu einem Faserstrang von rundem oder ovalem Querschnitt zusammengerafft.
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Das auf die beschriebene Weise hergestellte Wirrvlies besteht zweckmäßigerweise
aus natürlichen hydrophilen Fasern, wie Baumwolle usw., oder vorzugsweise aus regenerierten
Fasern wie Viscose-Zellwolle.
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Die für die Herstellung des Wirrvlieses bestimmten Fasern, die nicht
aviviert, entschwefelt und nicht mattiert zu sein brauchen, verschiedene Stapellängen
und Deniers aufweisen können, werden beispielsweise in loser Flockenform mittels
Soda und verschiedener für die Reinigung geeigneter Hilfsmittel während einer Stunde
bei 90 bis 95° C gebrüht. Diese Behandlung hat zum Ziele, die Verunreinigungen,
die an der Zellwollfaser haften, aufzuschließen, zu lösen und zu dispergieren. Dadurch
erhält man die für Filterzwecke gewünschte Reinheit der Faser und eine erhöhte Saugfähigkeit.
Nachher werden die gebrühten Zellwollflocken oder Baumwollflocken abgesäuert und
mit Wasser gut gespült.
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Um ein reines und dauerhaftes Weiß sowie die erwünschte Steifheit
der Woll- oder Baumwollfaser zu erreichen, werden die Faserflocken während etwa
; 30 Minuten bei maximal 24° C in Chlor und nach einer kurzen Spülung während etwa
3 Stunden bei 85° C in einem Peroxydbad gebleicht. Die gebleichten Flocken werden
anschließend wiederum abgesäuert, gespült, intensiv gewaschen und getrocknet. ;
Durch diese Vorbehandlung der Fasern durch Brühen und Bleichen wird auf natürlichem
Wege und ohne Zuhilfenahme irgendwelcher Verfestigungs-oder Stärkemittel, die auf
der Faser zurückbleiben können, eine feste Struktur und rauhe Oberfläche der Fasern
erhalten. Dies bewirkt, daß einerseits die aus diesem Material hergestellte Materialbahn
eine große Festigkeit aufweist, ohne daß die Porösität beeinträchtigt wird und andererseits
die gereinigte Faseroberfläche dem Faserstrang eine sehr hohe Saugfähigkeit(Absorptionsvermögen)
verleiht. Bei Verwendung von Viscose-Zellwolle als Fasermaterial besteht die Faser
auch nach der obigen Behandlung immer noch zu 100 % aus reiner Zellulose, d. h.,
es sind darauf keine Stoffe feststellbar, die sich bei Verwendung zu hygienischen
Zwecken irgendwie nachteilig auswirken könnten.
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Diese Koch- und Bleichverfahren sowie die hierzu notwendigen Maschinen
und Apparaturen sind bekannt und )verden unter anderem auch für das Bleichen von
Verbandwatte benützt.
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Eine andersartige Vorrichtung zur Herstellung von Faservliesen mit
einem Anteil an quergezerrten Fasern besteht in der Anwendung eines an sich bekannten
sogenannten Querverlegers (s. beispielsweise das schweizerische Patent 273 053),
durch welchen auf eine Trägerbahn ein sehr lockeres Faservlies mittels einer hin-
und hergehenden Querbewegung in bekannter Weise aufgelegt wird. Wenn hierbei die
Längsbewegung der Trägerbahn und die Querbewegung des Vliesverlegers in ihrer Geschwindigkeit
richtig aufeinander abgestimmt werden, können die querverlegten Vliesabschnitte
sich schräg zueinander weitgehend überlappen. Auch hierdurch entsteht, besonders
wenn sehr lockere dünne Vliese auf diese Weise verlegt werden, ein Faservlies, bei
welchem die Anzahl der quer zueinander verlaufenden Fasern vergrößert ist, weil
auch hier Fasern in sich kreuzenden Richtungen gegenseitig überlagert werden. Da
derartige Querverleger für Faservliese allgemein bekannt sind, erübrigt sich eine
nähere Beschreibung derselben.
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Die Wirkung der beschriebenen Erhöhung der Anzahl quer zur Laufrichtung
des Faservlieses verlaufenden Einzelfasern läßt sich sehr einfach dadurch nachweisen,
daß das erzeugte Faservlies durch eine Düse mit rundem Querschnitt gezogen und auf
diese Weise zu einer sogenannten Lunte bzw. einem Faserstrang umgeformt wird. Beim
Verlassen der Düse ergibt sich ein runder Faserstrang, dessen Durchmesser je nach
der Elastizität des Strangs quer zu seiner Längsachse größer oder kleiner ist. Wird
ein normales Faservlies beispielsweise durch eine Düse von 6 mm lichter Weite gezogen,
so ergibt sich der in F i g. 3 wiedergegebene dünnere Strang; dagegen entsteht der
dickere Strang gemäß F i g. 3, wenn das Faservlies einen genügend großen Anteil
quergerichteter Fasern aufweist. Der dickere Strang weist einen mittleren Durchmesser
von etwa 40 mm auf, der dünnere Strang einen solchen von nur etwa 20 mm. Die Dichte
und das Gewicht pro Flächeneinheit des Faservlieses waren für beide Faservliese
gleich groß. Durch die Erhöhung der Anzahl sich kreuzender Fasern wird beim Beispiel
nach Fig. 3 eineVolumenvergrößerung des Stranges um etwa 1: 4 erzielt, lediglich
hervorgerufen durch die größere Anzahl quergerichteter Einzesfasern im Faservlies.
Die Elastizität des dickeren Strangs in Querrichtung ist entsprechend größer als
diejenige des dünneren, aus dem bisher bekannten Faservlies hergestellten Stranges.
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Wird ein Wirrvlies der oben beschriebenen Art zu einem Filterstrang
und zu Filterstöpseln verarbeitet, so zeigen dieselben, ohne zusätzliche Maßnahmen
zur Herstellung eines künstlichen Stützskeletts, sowohl im ungebrauchten Zustand
als auch beim Gebrauch eine ausgezeichnete Festigkeit trotz geringen Zugwiderstands.