DE2330305A1 - Verfahren zur herstellung eines verpackungsmaterials - Google Patents
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Description
DR. ING. VAN DER WERTH . DR. FRAN Z LE DE RE R
• t
21 HAMBURG 9O " β MÖNCHEN 80
München, 8. Juni 1973 Fall U 17 41
Unilever M.V. , Bura. s'Jacobplein 1, Rotterdam, Niederlande
Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials
Die Erfindung bezieht sich auf ein.Verfahren zur Herstellung
eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials, bei dem die mittlere Schicht aus einem Schaumstoff und die beiden äußeren Deckschichten
aus einem festeren Material bestehen.
Verpackungsmaterialien, bei denen eine Schaumstoffschicht beispielsv/eise
mit zwei Deckschichten aus Papier verbunden ist, sind schon vorgeschlagen worden. Dabei wird eine extrudierte
Schaumstoffolie mit den beiden Papierbahnen verbunden, und es ist sogar möglich, den Schaumstoff direkt zwischen die Deckschichten
zu extrudieren. Derartige Materialien sind wegen dieser Herstellungsweise und insbesondere v/egen der verhältnismäßig
hohen Kosten des Schaumstoffes noch teurer als beispielsweise Wellpappe und haben sich daher für normale Verpackungsaufgaben
nicht durchsetzen können. Die bisher für diese Zwecke verwendeten extrudierten Schaum-Polystyrolfolien besaßen ein Raum-,
gewicht von üblicherweise mehr als 70 g/l, in Ausnahmefällen
von mindestens 30 g/l. Nach dem Extrusionsverfahren lassen sich
leichtere und damit auch billigere Schaum-Polystyrolfolien nicht herstellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besseres, leichteres,
Schaumstoff enthaltendes Verpackungsmaterial und verschiedene Anwendungsformen für dasselbe zu schaffen.
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Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß als Schaumstoff ein im Block geschäumter und von diesem in bekannter Weise geschälter
Kunststoff, vorzugsweise eine'Schaum-Polystyrolfolie
mit einem Raumgewicht von 20 bis 7 g/l .verwendet und
mit Deckschichten aus Papier, ungeschäumter Kunststoffolie und/oder Aluminiumfolie durch einen geeigneten Kleber verbunden
wird.
Die Anfertigung eines Schaumstoffblockes aus perlenförmigem
Polymerisat, das die r.chaumbildenden Zusatzstoffe enthält,
geht so vor sich, daß man in einer ersten Stufe durch Behandlung
mit heißem Wasser eine gewisse Expansion der Perlen erzeugt. Diese werden dann in einen Behälter gefüllt
und dort mit Dampf weiter expandiert, bis sie den Behälter voll ausfüllen und sich dabei gegenseitig verbinden. Am geschälten
Material erkennt man noch die einzelnen expandierten Perlen, die durch das gegenseitige Zusammenstoßen zu unregelmäßigen
Vielecken verformt sind, wobei die Perlen je nach dem Ausmaß der Vorschäumung eine Größenordnung von etwa 5 bis 15 mm
haben. An den einzelnen Perlen erkennt man eine schaumige Struktur. Die Bläschengröße ist dabei ni^cht so klein wie beim
extrudierten Material. Bei Zug oder zu starker Biegung reißt die Folie unregelmäßig entlang der Ränder der einzelnen Perlen
bzv/. Vielecke. Als Schaumstoff schicht in dem erfindungsgemäßen
Verpackungsmaterial wird eine Schicht mit einer Dicke von 1 bis 5 mm, vorzugsweise von mindestens 2 mm verwendet.
Für die bevorzugte Schaumstoffschicht aus Polystyrol wird ein Raumgewicht von 10 bis 16 g/l, insbesondere von 12 bis 14 g/l,
als besonders vorteilhaft ermittelt, da eine solche Schicht bei Verwendung geeigneter Deckschichten ein Verpackungsmaterial
ergibt, welches mit einer Wellpappe etwa gleicher Dicke vergleichbar und dieser sogar überlegen ist. Während Wellpappe
in der Richtung der Wellen sehr steif ist, ist die Steifigkeit in der anderen Richtung deutlich geringer. Das erfindungsaemäße
Verpackungsmaterial besitzt dagegen in jeder Richtung etwa diesselbe Steifigkeit. Darüber hinaus besitzt das Verpackungsmaterial
mit einer Schaumstoffzwischenschicht den Vorteil, daß die Oberfläche völlig glatt ist, während sich bei
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Wellpappe die Wellen auf der Oberfläche abzeichnen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Verpackungsmaterial besitzt nach der Verklebung der Schichten eine hohe Steifigkeit. · Es ist deshalb zweckmäßig,
die Bedruckung der Deckschichten vor der Verklebung mit dem Schauinstoff durchzuführen. Außerdem ergibt
sich dadurch der Vorteil, daß man auch hochwertiae Halbtondruckverfahren
wie Tiefdruck und Offsetdruck anwenden kann.
Als Kleber zwischen den Deckschichten und der Schaumstoffschicht wird vorteilhafterweise ein Warmleim, vorzugsweise
auf der Basis von Knochenleim, verwendet. Auch durch den Auftrag eines Hot-Melt-Klebers kann eine gute Verbindung
zwischen Deckschichten und Schaumstoffschicht erreicht werden.
Möglich ist auch die Verwendung anderer wasserlöslicher Klebstoffe sowie von wäßrigen Dispersionen. Letztere können
für eine Naß- oder Trockenkaschierung verwendet werden. Weiterhin können Klebelacke im Trockenkaschierverfahren eingesetzt
werden. Die Trockenkaschierung muß dann angewendet werden,
wenn dichte Materialien, wie Kunststoffolien oder Aluminiumfolien als Deckschichten aufgeklebt v/erden sollen.
Bei der Verwendung von Papier als iuißere Deckschicht sollte
dieses Papier ein Flächengewicht von RO bis 250 g/m besitzen. Die in einem aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellten
Behälter innen liegende Deckschicht kann aus demselben oder einem leichteren Papier gebildet v/erden.
Nach der Herstellung des Verpackungsmaterials unter Verwendung
eines sehr leichten Schaumstoffes als Hittelschicht und von
gegebenenfalls zuvor bedruckten Deckschichten kann das Material je nach dem Verwendungszweck weiterverarheitet v/erden, indem
z.B. in bekannter Weise Faltlinien eingeprägt werden. Dabei ist es möglich, einzelne Teile des !laterials miteinander zu
verbinden. Dies kann in bekannter Weise durch überlappte Klebung der beiden Teile einer Naht geschehen.
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■ · · ■ · A
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die Verbindungsnaht des mehrschichtigen Materials
nicht wesentlich dicker ist als eine Lage dieses Materials. Dies kann dadurch erreicht v/erden, daß sich nur die Deckschichten
zweier Stücke überlappen, während die beiden, Schaumstoffschichten stumpf gegeneinanderstoßen. Weiterhin
bietet das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Material die Möglichkeit, zwei aufeinandergelegte mehrschichtige Lagen unter gleichzeitiger Erwärmung, bei der die Schaumstruktur
der mittleren Schichten aufgehoben wird, bei der Bildung einer verkiekten oder verschweißten Naht so zusammenzudrücken,
daß der aus den beiden mehrschichtigen Lagen bestehende Nahtbereich im wesentlichen dieselbe Dicke wie eine
Lage des mehrschichtigen Materials besitzt. Man kann auch das Material nach der Vereinigung der Schichten zur Bildung
abgerundeter Kanten unter Wärmeeinfluß biegen, und es ist möglich das Material in erwärmtem Zustand beispielsweise zu flachen
Schalen zu verformen.
Auf den beigefügten Zeichnungen-sind einige Ausführungsbeispiele
des nach dem erfindungsgemKßen Verfahren hergestellten
Verpackungsmaterials schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Figur 1 das aus mehreren Schichten zusammengefügte Material.
Figur 2 einen Schnitt durch das Material mit einer Rillinie.
Figur 3 einen Schnitt durch das Material mit einer Finprä.gung.
Figur 4 einen* Schnitt durch die Verbindung zweier Materialenden.
Figur 5 einen Schnitt durch eine andere Verbindung zweier Materialenden.
Figur 6 einen Schnitt durch einen nach der Erfindung hergestellten Rumpf einer etwa rechtecki<ren Dose.
Figur 7 die Zellstruktur der geschäumten Polystyrolschicht.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, v/erden nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine Schaumstoffschicht 1 mit einer inneren Deckschicht
2 und einer äußeren Deckschicht 3 verbunden. Die Verbindung erfolgt durch einen Kleber 4, der entweder auf der
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Deckschicht oder auf der Schaumstoffschicht aufgebracht
sein kann. Die Schaumstoffschicht besteht vorteilhafterweise
aus Polystyrol mit einem Raumgev/icht von 10 bis 1 15 g/l. Die Dicke der Schaumstoffschicht beträgt z.B.
etwa 2 oder 3 mm. Wenigstens die äußere Deckschicht 3 z.B. aus Papier oder Aluminiumfolie ist vor dem Verbinden
mit dem Schaumstoff bedruckt und gegebenenfalls lackiert. Auch wenn als Deckschicht eine beispielsweise eingefMrbte
Polyolefinfolie, vorzugsweise eine Folie aus ungeschäumten Polystyrol, verwendet wird, die gegebenenfalls auch
aus einer mehrschichtigen Folienkombination bestehen kann, ist es zweckmäßig, ein Druckbild auf der äußeren Deckschicht
vor der Verbindung mit dem Schaumstoff anzubringen. Es sind auch Kombinationen möglich, bei denen eine Deckschicht
z.B. aus einer Polyolefinfolie und die andere aus Papier besteht.
In den Figuren 2 bis 6 wurde auf die Darstellung der Klebstoff schicht 4 verzichtet.
Figur 2 läßt erkennen, daß eine Rillung des Materials, wie es beispielsweise für die Herstellung von Faltbehältern
erforderlich ist, ohne eine Zerstörung cfer Schaumstruktur möglich ist.
Figur 3 zeigt eine eingeprägte Faltlinie. Hierbei wird ein erwärmtes Werkzeug gegebenenfalls nach Vorwärmung des Materials
verwendet. Durch dieses ist es möglich, daß die Schaumstruktur der Zwischenschicht ganz oder, wie in Figur
gezeigt, teilweise aufgehoben wird.
Figur 4 zeigt einen stumpfen Stoß zweier Materialenden. Während die Schaumstoffschichten la und Ib stumpf gegeneinanderstoßen,
können die Deckschichten 2a und 2b gegenüber der Stoßstelle der Schaumstoffschichten la und Ib seitlich versetzt
sein, oder ist es möglich, die Deckschichten 3a und 3b überlappend im Nahtbereich 6 zu verkleben.
Eine andere Verbindungsmöglichkeit ist in Figur 5 gezeigt.
Hier wurden die beiden ilaterialenden zunächst überlappend
aufeinandergelegt und danach unter Einfluß von Wärme zu-
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sammengedrückt, so daß die Schaumstoffschicht in Nahtbereich
6 die Schaumstruktur im wesentlichen verloren hat.
Der Nahtbereich 6 hat damit eine Dicke, die je nach dem angewendeten Pressdruck und der Temperatur sov.'ie der ursprünglichen
Dicke der Schaumstoffschicht gleich oder kleiner als
die Dicke eines flaterialendes ist. In Figur β ist ein Nahtbereich
6 gezeigt, bei dem das Material in der Naht auf eine geringere Dicke als eine Lage zusammengepreßt ist.
Figur 6 zeigt, da/? es in den abgerundeten Eckbereichen 7
möglich ist, das Material unter Tiärmeeir.fluß um verhältnismäßig
enge Radien zu biegen.
Wenn das zuvor mit den Deckschichten vereininte Material
unter Wärmeeinfluß gebogen wird und in dieser gebogenen Stellung erkaltet, können bleibende Verformungen erreicht werden.
Eine bei engen Biegeradien vorkommende Faltenbildung der inneren Materiallage kann durch eine unter dem Wärmeeinfluß
erfolgende Verformung der Schaumstoffschicht festgehalten
v/erden. Die aus dem so verformten Material hergestellten Behälter zeichnen sich ebenfalls durch eine außerordentlich gute
Steifigkeit aus. In diesen Behältern können in Umfangsrichtung
innen und/oder außen nach geeigneter Vorwarnung Nuten zum Einrasten
von Deckeln oder zum Anfalzen von Böden angebracht v/erden.
Auch ist es möglich, auf der Innenseite Nuten in Längsrichtung zu erzeugen, um z.B. Trennwände einzuschieben.
Eine andere Art, bleibende Verformungen bei dem erfindungsgemäßen
Material zu erzeugen, ergibt sich durch das Tiefziehen nach geeigneter Vorwärmung. Auf diese Weise können z.B.
flache Schalen erzeugt v/erden. Für das Tiefziehen sind besonders solche Materialien geeignet, die Deckschichten aus Kunststoffolien
haben.
Wenn vorstehend auch als Schaumstoff im v.'esentliehen Polystyrol
genannt ist, so sind doch andere im Block geschäumte Kunststoffe, insbesondere die Copolymerisate des Polystyrols nicht ausgeschlossen.
Neben der hohen Steifigkeit und dem durch die Verwendung einer sehr leichten Schaumstoffzwischenschicht geringen Gewichte be-
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sitzt das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Verpackungsmaterial gute stoßdämpfor.de und wörmeisolierende
Eigenschaften und zeigt im. Gegensatz zur Wellpappe saubere
Schnittkanten. Das Material ist vielseitig verwendbar. Es kann zur Bildung von Faltschachteln und Kartons dienen oder
zur Herstellung von Aufstellplakaten und ähnlichen Werbemitteln,
wobei es von Vorteil ist, daß die sichtbare Deckschicht vor der Vereinigung mit dem Schaumstoff in beliebiger
Weise bedruckt werden kann.
Wenn die Deckschichten aus einem gegen Feuchtigkeit beständigen Material bestehen, lassen sich das erfindungsgemäße Verpackungsmaterial
und die aus ihm zu formenden Behältnisse auch für feuchte Füllgüter verwenden.
Figur 7 zeigt eine von einem Foto erhaltene Ansicht einer Schaum-Polystyrolfolie mit den geringen Gewicht gemäß der Erfindung.
Die Zellstruktur läßt sich darauf deutlich erkennen. Der Maßstab ist 1:1.
Es werden folgende Beispiele gegeben: Beispiel 1
Im ersten Arbeitsgang wurde auf einem "dJLXon coater" auf ein
Schrenzpapier (Papier auf der Basis von Altpapier) von 100 g/qm Flächengewicht Knochenleim in Form einer 60prozentigen
wäßrigen Lösung von ca. 50°C aufgetragen. Das Auftragsgewicht
betrug ca..20 g/qm, bezogen auf trockenen Leim. Auf die noch nasse Leimschicht wurde eine 2,2 mm dicke geschalte
Schaum-Polystyrolfolie vom Flächengewicht 4 2 g/qm und Raumgewicht
19 g/l gepreßt. Der Verbund lief durch einen Trockenkanal von 4 m Länge bei einer Geschwindigkeit von 8 m/min
und einer Lufttemperatur von ca. 80°C. Das Material wurde am
Ende der Maschine aufgerollt. In einem zweiten Arbeitsgang wurde auf die ungebleichte Seite eines 200 g/qm Chromo-Duplex-Kartons
in gleicher Weise und Menge Knochenleim aufgetragen und in der Haß-Kaschierstation das Material aus dem
ersten Arbeitsgang mit seiner KunststoffSeite auf die" Leimschicht
gepreßt. Da das kaschierte Material aus diesem Arbeitsgang so steif ist, daß es sich nicht mehr über Leitwalzen
führen und aufrollen läßt, wurde das Material aus der Kaschierstation auf geradem Weg zum Querschneider aefuhr^undln Bo-
ABiAiMlI
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gen von 1 m Länge geschnitten. Die Feuchtigkeit von der
zweiten Kaschierung verbleibt somit in Material und wird erst nach und nach bei der v/ei tor en Lagerung und Verarbeitung
abgegeben. Dan Material wurde in bekannter Weise zu Faltschachteln verarbeitet, was ohne Schwieriakeiten
möglich war.
Unverarbeitetes Bogenmaterial wurde einigen Prüfungen unterworfen und zeigte dabei folgende Werte:
Durchstoßfestigkeit nach DIN 53 142: 29 kp χ cm. Steifigkeit nach Bischoff (das Gerät ist veröffentlicht
in der Verpackungs~Ruhdschaü,Heft 1, 1970, technischwissensehaftliche
Beilage, Seite 8, Bild 11): in Längsrichtung (= in Faserrichtung der Deckschicht) 1210 g,
in Querrichtung 1190 g.
In gleicher Weise wie bei Beispiel 1 wurde ein kaschiertes Material erzeugt. Dabei wurde jedoch eine 2,2 mm dicke
extrudierte Schaum-Polystyrolfolie vom Flächengewicht 76 g/qm und Raumgewicht 34 g/l verwendet. Auch dieses Material
ließ sich ohne Schwierigkeiten in bekannter Weise zu Faltschachteln verarbeiten. Die Durchstoßfestiakeit betrug
28 kp χ cm. Die Steifiakeit nach Bischoff 1870 g in
Längsrichtung und 1310 g in Querrichtung. (Vermutlich ist die Schaum-Polystyrolfolie beim Extrudieren in Längsrichtung
eingermaßen orientiert.) Beim Vergleich mit Beispiel 1 zeigt sich, daß trotz des wesentlich höheren Einsatzgewichtes
an Polystyrol, das im Flächengewicht zum Ausdruck kommt, die
Durchstoßfestigkeit die gleiche ist. Die für die Formbeständigkeit
von Faltschachteln wichtige Steifigkeit ist in Querrichtung nur unbedeutend erhöht. Für die Gebrauchseigenschaften
eines Faltschachtelrohstoffes ist entscheidend, wie die geringste Festigkeit, bezogen auf die beiden Richtungen
des Materials, ist. Bei dem erfindungscrein'ißen Material nach
Beispiel 1 spielt die Lage des Zuschnittes in bezug auf die Richtung größter Festigkeit keine Rolle. Die Zuschnitte können
also beliebig in der Bahn angeordnet sein. Bei den bekannten Material nach Beispiel 2 ist die unterschiedliche Festig-
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keit zu berücksichtigen, auch bei der Gestaltung der Packungen.
Auf dem "dixon coater" v/urde auf eine ungerechte Hart-PVC-Folie
in Tiefziehqualitat, Typ Europhan MZ 100, von lOO.u
Stärke, ca. 5 g/qm (bezogen auf Trockengewicht) eines Zweikomponentenklebers
auf Polyurethanbasis aufgetragen. Der Auftrag v/urde im Trockenkanal bei einer Lufttemperatur von
ca. 80°C und Maschinengeschwindiakeit von 8 m/min getrocknet.
In der Trockenkaschierstation wurde eine 2 mm dicke geschälte
Schaum-Polystyrolfolie vom Flächengewicht 23 g/qm und Raumgewicht
11 g/l aufkaschiert. In einem, zv/eiten Arbeitsgang wurde in gleicher Weise wie oben verfahren, jedoch wurde in
der Trockenkaschierstation das Material nach dem ersten Arbeitsgang mit der Polystyrolseite aufkaschiert und dann auf
geradem Weg zum Querschneider geführt und in Bogen von Im Länge geschnitten. Das Material, blieb etwa 10 Tage im Stapel
liegen, so daß der Zweikomponentenkleber aushärten konnte.
Das derart kaschierte Material wurde auf einer Tiefziehmaschine
der Firma Illig zu 30 ran tiefen Schalen verformt. Die Auf- '
wärmung erfolgte in dieser Maschine mit den üblichen Infrarotstrahlern. Die Verformung machte keine Schwierigkeiten.
Auf ein 80 g/qm gebleichtes Natronkraftpapier wurde mit Hilfe von Knochenleim (vergleiche Beispiel 1) eine 3 mm starke
Schaum-Polystyrolfolie vom Flächengewicht 52 g/qm und Raumgewicht
14 g/l aufkaschiert. In einem zweiten Arbeitsgang wurde mit Hilfe von Zweikomponentenklebern (vergleiche Beispiel 3)
eine 12»u starke Aluminiumfolie beschichtet, abgetrocknet und
an der Trockenkaschierstation das Material aus dem ersten Arbeitsgang aufkaschiert und auf geradem Weg zum Querschneider
geführt. Dieses Material zeichnet sich durch absolute Gas-
und Wasserdampfdichtigkeit sowie Lichtdichtigkeit aus. Wenn Packungen daraus gebildet werden, bei denen die Aluminiumschicht
nach außen liegt, werden Licht- und Wärmestrahlen reflektiert. Die Schaum-Polystyrolschicht stellt eine zusätzliche WMrmeisolation
gegen Kontaktwärme dar, so daß das Material einen
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doppelten Schutz gegen Wärmeeinfluß bietet, der z.B.
für Tiefkühlpackungen von Bedeutung ist.
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BADOR1G1NAL 309882/1079
Claims (8)
- PatentansprücheVerfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials, bei dem eine mittlere Schicht aus einem Schaumstoff und die Deckschichten aus einem festeren Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaumstoff ein im Block geschäumter und von diesem in bekannter Weise geschälter Kunststoff, vorzugsweise eine Schaum-Polystyrolfolie mit einem Raumgewicht von 20 bis 7 g/l verwendet und mit Deckschichten aus Papier, ungeschäumter Kunststoffolie und/oder Aluminiumfolie durch einen geeigneten Kleber verbunden wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffolie eine Dicke von 1 bis 5 mm, vorzugsweise von mindestens 2 mm besitzt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgewicht des Schaumstoffes 10 bis 16 g/l, insbesondere" 12 bis 14 g/l beträgt.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Deckschichten vor der Verklebung bedruckt wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Teile des Materials so miteinander verbunden sind, daß die Verbindungsnaht im wesentlichen nicht dicker als eine Lage dos Materials ist.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsnaht zwei Lagen des mehrschichtigen Materials aufeinandergelegt und bei gleichzeitiger Erwärmung unter wenigstens teilweiser Aufhebung der Schaumstruktur der mittleren Schichten zusammengedrückt werden, wobei zumindest die beiden aufeinanderliegenden Deckschichten miteinander verklebt oder verschweißt werden.- 12 -BAD ORIGiKAl. 30988TiΛ 0 79
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach der Vereinigung der Schichten zur Bildung abgerundeter Kanten unter Wärmeeinfluß gebogen v/ird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach der Vereinigung der Schichten (1, 2, 3) in erv/ärmtem Zustand durch Tiefziehen verformt v/ird.3 0 9882/1079 BAD ORDINAL-45-Leerseite
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