DE1565046C3

DE1565046C3 - Hochvakuumkammer zur Elektronenstrahlschweißung

Info

Publication number: DE1565046C3
Application number: DE1565046A
Authority: DE
Inventors: David Chicago Ill. Sciaky (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-02-25
Filing date: 1965-02-18
Publication date: 1976-01-08
Also published as: FR1425635A; DE1565046A1; DE1565046B2; US3264004A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvakuumkammer zur vorzugsweise diskontinuierlichen Elektronenstrahlschweißung von den Evakuierungsraum der Kammer überschreitenden Werkstücken mit mindestens einer Durchführungsausnehmung in der Kammerwandung, die gegenüber dem durch diese Ausnehmung ragenden Werkstück abgedichtet ist.

Vakuumkammern zur Schweißung sind bekannt, bei denen Werkstücke größerer Länge über eine abgedichtete öffnung in die Kammer einführbar und über eine abgedichtete öffnung herausführbar sind, so daß eine kontinuierliche Bearbeitung des Werk stückes möglich ist. Die an den Eintritts- und Aus trittsstellen erzielte Dichtwirkung bei diesen bekannten Kammern reicht aber nicht aus, um das für eine einwandfreie Elektronenstrahlschweißung notwendige Hochvakuum von etwa 10~⁶ Torr und mehr auch dann aufrechtzuerhalten, wenn die Möglichkeit bestehen soll, Werkstücke, deren Dimension die Hochvakuumkammer überschreiten, über Öffnungen in die Kammer ein- und auszuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochvakuumkammer zu schaffen, bei der die Dichtwirkung der Dichtungen an den Öffnungen ausreicht, um das für eine Elektronenstrahlschweißung notwendige Hochvakuum aufrecht zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Hochvakuumkammer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Hochvakuumkammer zwei vakuumdicht verbundene Teilkammern aufweist, deren Wandungen an die durch die Kammerteilungsebene geschnittenen Durchführungsausnehmungen für die durch die Kammer jeweils durchgeführten Werkstücke angrenzen, und daß axial und/oder radial verspannbare Schließ- und gegebenenfalls Abschlußplatten den Querschnittskonturen der Werkstücke angepaßte Dichtungsmittel im Verhältnis zur Kammer festlegen.

In der erfindungsgemäßen Hochvakuumkammer kann das für eine einwandfreie Elektronenstrahlschweißung notwendige Hochvakuum aufgebaut wer- den, da die Dichtungen an den öffnungen eine ausreichende Dichtwirkung haben. Die Erfindung bietet nämlich die Möglichkeit, bei völlig entfernter zweiter Kammer auf den Werkstückanfang zwei Runddichtungen und deren Druckfassungen aufzustreifen und hierauf das Werkstück mit den Dichtungen und Fassungen so in die der Bedienung zugewandte Gehäusehälfte einzulegen, daß das Werkstück über die Durchführungsteilausnehmungen beidseitig übersteht. Erst hierauf wird die zweite Gehäusehälfte angeflanscht, und es werden die Mannlöcher benutzt, um die Fassungen der Dichtungen gegen die sie tragenden Gehäusewandungen zu ziehen, um auf diese Weise den erforderlichen Dichtungsdruck für die Runddichtungen zu erzeugen. Nach Beendigung dieser Arbeiten und nach Verschluß der Mannlöcher wird der lichte Kammerraum evakuiert. Nunmehr kann der in der Kammer befindliche Werkstückbereich geschweißt werden. Es besteht sogar die Möglichkeit, kontinuierlich zu arbeiten, wenn die Schweißung so durchgeführt wird, daß die an der Auslaßdurchführungsöffnung liegende Dichtung nicht durch die Schweißraupe zerstört wird. Da es aber gerade ein Vorzug der Elektronenstrahlschweißung ist, daß mit sehr tief gelegenen Schweißstellen gearbeitet werden kann, bilden sich im allgemeinen keine Schweißraupen aus, die zu Beschädigungen der Dichtungen bei der Durchführung des Werkstückes durch die Auslaßausnehmung führen wurden. Der Vorteil der geschilderten Abdichtung besteht darin, daß es nicht mehr der peripheren Nach spannung von Fassungsteilen bedarf. Wird eine ring förmig geschlossene Fassung, die an einer geschlossenen Runddichtung anliegt, axial verspannt, so wird die am äußeren Umfange mit einer metallischen Anlage versehene Dichtung in radialer Richtung auswei- chen und dadurch am Werkstück den Dichtüngsschluß erzeugen, der zur Erhaltung des Hochvakuums erforderlich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Hochvakuumkammer kann eine wirkungsvolle Abdichtung auch an Werkstücken mit unregelmäßigem Querschnitt dadurch erreicht werden, daß Werkstücke mit unregelmäßigem Querschnitt durch Füllstücke zu einer Querschnittsform mit geschlossen-geradlinig und/oder -kurvenförmig verlaufenden, rück- und vorsprungslosen Kontüren ergänzen, an die vorzugsweise als Ringdichtung ausgeführte Dichtungsmittel schließend anlegbar sind.

Die Zeichnung gibt beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgedankens wieder, wobei gleichbezeichnete Bezugsziffern gleich oder gleichartig ausgebildete Teile der Vakuumkammer wiedergeben. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vakuumkammer, wobei die dem Beschauer zugewandte Wandung zur Durchführung eines zweiteiligen Werstückes ausgebildet ist; weiter sind Maßnahmen veranschaulicht, die dazu führen, daß dieser Werkstückeintritt ohne Aufhebung

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des hermetischen Abschlusses der Vakuumkammer ausgeführt sein. Sie besitzt einen den jeweiligen Ver-

gegen die Atmosphäre verwirklicht werden kann, hältnissen entsprechenden Querschnitt, so daß das

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vakuumkammer zweiteilige Werkstück 12 (18, 20) von der Dichtung nach Fig. 1, wobei die Draufsicht auf ein Werkstück völlig umschlossen ist, die dabei der Kontur der abzuveranschaulicht ist, das ein völlig unregelmäßig ausge- 5 dichtenden Querschnittsfläche des Werkstückes gebildetes Profil aufweist. Das Werkstück durchsetzt die nauestens folgt. Es ist nicht erforderlich, daß die Dichbeiden Seitenwandungen der Vakuumkammer und tung aus einem einzigen, zusammenhängenden liegt somit, bezogen auf diese Seitenwände, teilweise Ringstück besteht. Wenn sie aber aus Teilen besteht, vor und teilweise hinter diesen, liegen die einzelnen Teile bündig aneinander, so daß

Fig. 3 eine Seitenansicht auf eine Seitenwandung ¹⁰ keine Undichtigkeitsstelle zwischen den Teilen der entsprechend der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeilrich- Dichtung zu entstehen vermag. Die weiteren Dichtung LA, wobei besonders deutlich die Mittel veran- tungen 16,17 sind zweckmäßig nach Art von Gummischaulicht sind, die erfindungsgemäß benutzt werden, folien oder -platten ausgebildet, so daß der erforderlium trotz des unregelmäßigen Querschnittes des ehe dichtende Abschluß entsteht. Die Dicke der Werkstückes dieses und damit die Vakuumkammer *5 Dichtungen 16, 17 ist durch den aufzuwendenden abzudichten, Dichtungsdruck bestimmt und die Fläche ist den ab-

Fig. 4 die Darstellung der Fig. 3 mit dem Unter- zudichtenden Flächen angepaßt bzw. in Ubereinstimschied, daß ein größerer Maßstab zur Anwendung ge- mung mit diesen ausgebildet. Im allgemeinen reicht kommen ist, so daß die Einzelheiten besser überblick- es aus, die Stärke der Plattendichtungen 16,17 so einbar sind, ^ao zurichten, daß nach Ausübung des erforderlichen

Fig. 5 eine Drauf sieht auf die in Fig. 4 vergrößert Dichtungsdruckes die Dicke der Platten auf Werte

dargestellten Teile, zwischen 50 und 90 % der ursprünglichen Stärke der

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Werkstück und Folien oder Platten zurückgegangen ist.

durch ein Füllstück, das vorgesehen wird, um die Um- Praktisch ausgeführte Kammern haben das Ausse-

rißlinie des Werkstückquerschnittes in der angegebe- ³5 hen nach den Fig. 2 und 3. Derartige Vakuumkam-

nen Weise zu vergleichmäßigen; Fi g. 6 entspricht da- mern eignen sich insbesondere zur Durchführung von

bei einem Querschnitt nach Linie 6-6 der Schweißungen mittels Elektronenkanonen. Fig. 2

Fig. 7, die ihrerseits einer Draufsicht auf Fig. 8 zeigt, daß die als Ganzes mit 30 bezeichnete Kammer

entspricht. In beiden Figuren sind zangenartige Ein- vertikal geteilt ist, wobei die Teilungsebene etwa in

richtungen veranschaulicht, die dazu dienen, das Füll- 3° der Mitte der Gesamtbreite der Kammer liegt. Da-

stück mit dem Werkstück in ständiger Verbindung zu durch bilden sich die Kammereinzelstücke 31, 32 aus,

halten. die jeweils durch oben liegende Wandungsteile 33,

Fig. 1 zeigt zunächst eine erfindungsgemäß ausge- Bodenteile 34 und Seitenwandungen 35, 36 sowie 37, bildete Vakuumkammer, die als Ganzes mit 10 be- 38 abgeschlossen sind. Einzelne der Wandungen weizeichnet ist. Die Vakuumkammer 10 besitzt eine Vor- 35 sen Schaugläser auf, um es der Bedienung des Gerätes derwandung 11, die zur Durchführung eines zweiteili- zu ermöglichen, die innerhalb der Kammer ablaufengen Werkstückes geeignet ausgebildet ist, das als den Vorgänge, beispielsweise die Schweißung zu be-Ganzes mit der Ziffer 12 bezeichnet ist. Es sind Maß- obachten. Ein derartiges, kreisförmiges Beobachnahmen getroffen, um eine dichtende Verbindung tungsfenster 40 befindet sich beispielsweise in der zwischen der Vakuumkammer 10 und dem Werkstück 4° oberen, die Kammer abschließenden Deckenwandung 12 zu schaffen. Zu diesem Zwecke ist die Vakuum- 33 in jedem der beiden Kammereinzelstücke 31, 32. kammer 10 geteilt, so daß zwei Teilstücke 14,15 unter Entsprechende, gleichartig ausgebildete Beobach-Zwischenlage elastisch nachgiebiger Dichtungen 16, tungsfenster, Schaugläser od. dgl. 42 sind in den Sei-17 ober-und unterhalb des Werkstückes 12 entstehen. tenwandungen 37 vorgesehen, weitere Beobach-Auch die Werkstückteile 18, 20 des Werkstückes 12 45 tungseinrichtungen 43 in den Seitenwandungen 38. liegen unter Zwischenlage einer elastisch nachgiebi- Wie man am besten an Hand der Fig. 3 erkennt, sind gen Zwischenschicht 21 aneinander an. Es ist nicht die Beobachtungsfenster 42, 43 bei 44 schwenkbar erforderlich, daß sich die Zwischenschicht 21 über die aufgehängt. Kräftige, metallische Rippen 45, 46 vergesamte Werkstücklänge erstreckt, sondern es genügt, steifen die Seitenwandungen in der Nähe der Schauwenn diese Schicht in der Nähe des Werkstückeintrit- 5° glaser 42, 43, während dasselbe in bezug auf die tes in die Vakuumkammer vorhanden ist. Eine Ring- Schaugläser 40 im Deckenstück der Kammer dadurch dichtung 22 umgibt die Querschnittskonturen des erreicht wird, daß dort die Verbindungsflanschen 48 Werkstückes an der Eintrittsstelle in die Vakuum- liegen, die die Einzelstücke 31, 32 der Kammer mitkammer, so daß dort eine dichtende Verbindung einander verbinden.

sowohl in bezug auf die Wandungen 11 der Vakuum- 55 Die Teilungsfuge erscheint in Fig. 3 als vertikal

kammer 10 bzw. deren Einzelstücke 14, 15 als auch verlaufende Linie, die die Einzelstücke 31,32 vonein-

in bezug auf die elastisch nachgiebigen Mittel 16, 17 ander trennt.

und 21 entsteht. Um das zu erreichen, sind Druckplat- Die Verhältnisse des Ausführungsbeispieles sind

ten 23, 24 an den Kammereinzelstücken 14,15 befe- darauf abgestimmt, daß ein Werkstück 50 völlig unre-

stigt. Die inneren, den Flächen bzw. Teilen 11 und 6o gelmäßiger Ausbildung geschweißt werden soll. Das

14,15 zugewandten Begrenzungsflächen der Druck- Werkstück besitzt die Form eines Y, wobei die einen

stücke 23, 24 sind bei 26 so ausgebildet, daß sie an spitzen Winkel dieser Querschnittsform bildenden

der Runddichtung 22 sowohl in axialer als auch in Schenkel außerdem noch eine verschiedene Länge

radialer Richtung anliegen, womit die Runddichtung besitzen. Das Werkstück wird eingeführt über die Sei-

22 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung 65 tenwandung37(vgl. Fig. 2) und verläßt die Kammer,

komprimiert wird und damit ihre Dichtungsaufgaben nachdem es sie auf ihrer gesamten Länge durchsetzt

erfüllt. hat, über die Wandung 38. Nicht gezeichnet sind die

Die Runddichtung 22 kann in gebräuchlicher Weise zwischen den Kammereinzelstücken liegenden und an

die Teilungsebene 48 angrenzenden, folien- oder plattenförmigen Dichtungen, die nach Art der Dichtungen 16, 17 nach Fig. 1 ausgebildet sind. Sobald die Einzelstücke der-Kammer mit Hilfe der Verbindungsflansche, die an die Teilungsebene 48 angrenzen, fest verbunden sind, liegen diese Dichtungen unter Spannung, so daß sich die Einzelstücke der Kammer wie eine geschlossene Kammer verhalten, womit der Hohlraum der Kammer hermetisch gegen die Außenluft abgeschlossen ist. Die Durchlässe in den Seitenwandungeri, die zur Durchführung des Werkstückes bestimmt sind, können, ohne daß das unbedingt erforderlich ist, dem Profil des Werkstückes angenähert angepaßt verlaufen. Die Durchlässe können aber auch so ausgebildet sein, daß stets ein Werkstück maximalen Querschnittes durch sie durchführbarist. In diesem Falle bedarf es der Anordnung eines Paßplattenstückes 51 (vgl. Fi g. 4 und 5), dessen Ausschnitt dem Querschnitt einer Hälfte des Werkstückes

50 und des noch zu erwähnenden Füllstückes 68 genau angepaßt ist. Das Paßplattenstück 51 ist an der Wandung 37 mittels Befestigungsschrauben 52 festgelegt. Die Lage des Paßplattenstückes 51 ist dabei durch Spannschlösser 53 zu justieren, die zweckmäßig zwischen den kräftigen Rippen 46 und dem Paßplattenstück 51 liegen. An das Paßplattenstück 51 angelegt ist das Schließplattenstück 54, das mittels Befestigungsschrauben 55 in bezug auf das Paßplattenstück

51 festlegbar ist. Das Schließplattenstück 54 weist an der dem Paßplattenstück 51 zugewandten Begrenzungsfläche eine zweckmäßig in Form einer Nut ausgebildete Ausnehmung auf, die der Querschnittskontur des Werkstückes angepaßt ist. Gilt das für das Kammereinzelstück 31, so wiederholt sich dasselbe in bezug auf das Kammereinzelstück 32 in entsprechender, analoger Ausführung. Demgemäß sind an der Wandung 37 des Kammereinzelstückes 32 wieder ein Paßplattenstück 56 und ein Schließplattenstück 58 festgelegt, und zwar mittels der Verschraubungen 57, 59. Weiter sind wieder Spannschlösser 60 zwischen dem Paßplattenstück 56 und der vertikalen Nachbarrippe 46 vorgesehen.

Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, sind die Schließplattenstücke 54,58 decken- und bodenseitig verbunden, und zwar mittels der Gelenkschraubenanordnungen 61, 62. Gelenkbolzen 63, die in dem Schließplattenstück 54 gelagert sind, durchsetzen die ösenförmigen Teile von Schraubenschäften, die ihrerseits in entsprechenden, halbzylindrischen Ausnehmungen des Schließplattenstückes 58 aufgenommen sind. Schraubenmuttern 64, die auf die Gewindeschäfte aufgeschraubt sind, ermöglichen es, die Schließplatten 54, 58 gegeneinander zu ziehen und die erforderlichen, genauen Anpassungen an den Querschnitt des Werkstückes 50 bzw. des Füllstückes 68 so vorzunehmen, daß in Verbindung mit der Dichtung der hermetische Abschluß der Kammer eintritt, ohne daß die Längsbeweglichkeit des Werkstückes notwendiger Weise aufgehoben werden muß. Was für die Teile 63, 64 ausgeführt worden ist, gilt sinngemäß für die Teile 65, 66.

Infolge der völlig unregelmäßigen Ausbildung der Querschnittskonturen des Werkstückes 50 ist es nicht ohne weiteres möglich, mit Hilfe einer in üblicher Weise ausgeführten Runddichtung die notwendige Abdichtung zu erreichen. Die Rille zwischen den beiden verschieden langen Schenkeln des Y-förmigen Querschnittes verhindert das. In weiterer Durchbildung des Erfindungsgedankens wird daher ein Füllstück 68 zur Anwendung gebracht, das die Rinne zwischen den beiden Schenkeln ausfüllt und einen Gesamtquerschnitt der Teile 50,68 herstellt, der etwa dem eines Dreieckes entspricht. Dabei kann es zweckmäßig sein, zwischen den Teilen 50,68 ein elastisches Band anzuordnen, wie es beispielsweise bei 70 in Fig. 6 veranschaulicht ist. Die Länge dieses Bandes ist so bestimmt, daß es zunächst mit den Enden 71 über die seitlichen Begrenzungsflächen der Teile 50, 68 übersteht. Anschließend werden die überstehenden Stücke 71 abgeschnitten oder sonstwie entfernt, so daß ein bündiger Abschluß der Teile 50, 68, 70 an den beiden Seitenflächen des zusammengesetzten

*5 Körpers 50, 68, 70 entsteht. Eine derartige Ausbildung der vereingten Teile 50, 68, 70 hat den Vorteil, daß die zweckentsprechend ausgebildete Ringdichtung längs einer gesamten Querschnittskontur geschlossen an das Werkstück und seine seitlichen Begrenzungsflächen angelegt und das Vakuum in vollem Ausmaß aufrechterhalten werden kann, so daß keine atmosphärische Luft in das Vakuum einzudringen vermag.

Die Runddichtung 72 umgibt, wie Fig. 4 deutlich zeigt, die vereinigten Teile 50, 68, 70 wiederum in annähernd dreieckiger Form, wobei die ringförmige Dichtung an allen Stellen ihrer Längserstreckung unter Spannung steht. Das wäre ohne das Füllstück 68 nicht erreichbar, weil es nicht möglich erscheint, die Dichtung an der Wurzel der Schenkel des F-förmigen Werkstückprofiles 50 unter Druck zu setzen. Fig. 5 läßt erkennen, daß die Paßplattenstücke 51, 56 eine entsprechend verlaufende Ausnehmung zur Aufnahme der Ringdichtung aufweisen. Auf diese Weise stellt sich die erforderliche Abdichtung zwischen den Teilen 50,68,70 einerseits und den anliegenden Teilen der Vakuumkammer andererseits ein. Die so erzielbaren Wirkungen sind noch dadurch zu steigern, daß die Paß- und Schließplattenstücke mittels der in Fig. 4 gezeigten Gelenkschraubenanordnungen 61, 62 gegeneinander gezogen werden können. Auf diese Weise ist es möglich, die erforderliche Dichtung an der Querwand 37 herzustellen. Das gilt entsprechend für die Querwand 38 (Fig. 2) an der Austrittsstelle des Werkstückes, falls das Werkstück eine Länge aufweist, bei der es die Vakuumkammer vollständig durchsetzt und nach beiden Seiten übersteht.

Wie bereits geschildert, macht die vakuumdichte Verbindung der Kammereinzelstücke untereinander keinerlei Schwierigkeiten.

Das gilt auch für die Verbindung der Teile 50, 68 untereinander. Sind diese beiden Teile erst einmal so im Verhältnis zueinander angeordnet, wie dies Fi g. 6 veranschaulicht, dann macht es keine Schwierigkeiten, die Ringdichtung so auszubilden und anzuordnen, daß sie längs der gesamten Querschnittskontur der vereinigten Teile 50, 68, 70 anliegt, so daß dort, wo abgedichtet werden muß, nämlich an den Seitenwänden in bezug auf das Werkstück, an den Teilen 50, 68 durch Vermittlung des elastischen Bandes 70 und längs der Teilungsebene 48 den auftretenden Dichtungsbedingungen in vollem Ausmaß zu entsprechen ist.

Die Fi g. 7 und 8 veranschaulichen eine Zangenan-Ordnung deren Aufgabe es ist, die Teile 50, 68 in der notwendigen Vereinigung untereinander zu halten und zu erhalten. Zu diesem Zwecke sind zwei Zangenschenkel 75 vorhanden, die in der sie verbinden-

den, gemeinsamen Zangenbacke 73 enden. Zwei bewegliche Zangenbacken 74 sind bei 76 an die feststehenden Zangenbacken 75 angelenkt. Die beweglichen Zangenschenkel 74 tragen die Nach- und Feststellschrauben 77, so daß die freien Enden der beweglichen Zangenschenkel 74 mit einer einstellbaren Spannung an Stifte 78 angelegt werden können, die in das Füllstück 68 eingeschraubt oder sonstwie in oder an diesem befestigt sind. Gleichzeitig ist das Profil 50 an seinem unteren Ende an ein Widerlager 78 der feststehenden Zangenschenkel 75 angelegt, so daß die Teile 50, 68, 70 mit einer voreinstellbaren Spannung zusammenzuhalten sind. Ausnehmungen

79 dienen dazu, die feststehenden Zangenschenkel 75 an der anliegenden Wandung der Vakuumkammer festzulegen.

Fig. 7 zeigt die beschriebenen Teile in der Draufsieht. Eine der zangenartigen Vorrichtungen liegt dabei innerhalb, eine andere außerhalb der den Durchlaß für das Werkstück enthaltenden Wandung der Vakuumkammer, so daß also im Bereiche des Auftretens der Runddichtung 22 in Fig. 1, 72 in den Fig. 4 und 5 dafür gesorgt ist, daß ein stetiger Querschnittskonturenverlauf der abzudichtenden Teile eintritt, womit die Aufrechterhaltung des Vakuums keine Schwierigkeiten macht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

309 534/173

Claims

Patentansprüche:

1. Hochvakuumkammer zur vorzugsweise diskontinuierlichen Elektronenstrahlschweißung von den Evakuierungsraum der Kammer überschreitenden Werkstücken mit mindestens einer Durchführungsausnehmung in der Kämmerwandung, die gegenüber dem durch diese Ausführung ragenden Werkstück abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvakuumkammer (10; 30) zwei vakuumdicht verbundene Teilkammern (14, 15; 31, 32) aufweist, deren Wandungen an die durch die Kammerteilungsebene (17; 48) geschnittenen Durchführungsausnehmungen für die durch die Kammer jeweils durchgeführten Werkstücke angrenzen, und daß axial und/oder radial verspannbare Schließ- (23,24; 54, 58) und gegebenenfalls Abschlußplatten (51, 56) den Querschnittskonturen des Werkstückes angepaßte Dichtungsmittel (22; 72) im Verhältnis zur Kammer festlegen.

2. Hochvakuumkammer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung von Füllstükken (68) in Werkstücken (50) mit unregelmäßigem Querschnitt, die diese zu einer Querschnittsform (50, 68, 70) mit geschlossen-geradlinig und/oder -kurvenförmig verlaufenden, rück- und vorsprunglosen Konturen ergänzen, an die vorzugsweise als Ringdichtungen (72) ausgeführte Dichtungsmittel schließend anlegbar sind.