DE2338868A1 - Verfahren und mittel zum abdichten von stopfbuechsen - Google Patents

Description

dr. MOLLER-BORE dipl-phys.or. MANiTZ dipi.-chem. dr. DEUFEL DlPL-ING- FINSTERWALD DiPL-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE

31. Juli 1973

- P 2210

Polysar Limited, Samia, Ontario, Canada

Verfahren und Mittel zum Abdichten von Stopfbüchsen

Die Erfindung betrifft das Abdichten von Fluiddichtungen des Stopfbüchsentyps und bezieht sich insbesondere auf solche Fluidabdiehtungen, wie sie in Absperrorganen und Ventilen in Fluiasysteioen, in denen Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe unter Bedingungen transportiert werden, die sowohl hohe Drucke als auch hohe Temperaturen beinhalten, vorkommen,

Praktisch jedes Energieerzeugungssystein oder Materialverarbeitungssystem unter Einschluss von Fluids sieht das Fliessen von Fluid (flüssig oder gasförmig) durch ein !leitungssystem vor. Das Steuern des Fliesseus in dem System erfolgt durch Ventile. Um diese Ventile von ausserhalb des Systems zu betätigen, müssen ihre Betätigungseinrichtungen sich von innerhalb des Systems nach e.ussen erstrecken. Diese Yen-

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tile müssen daher gegen einem lecken von Fluid abgedichtet v/erden. Um eine Abdichtung zu erzielen, wird ein Hohlraum um den Arbeitsstössel eines Fluidventils gebildet, in welchen ein deformierbares Dichtungsmaterial eingebracht wird, das in einem gewissen Ausmaße zu federn vermag. Dieses Dichtungsmaterial wird dann unter einem Druck gehalten, der von einer verstellbaren Wand oder S topf büchsen brille in dem Hohlraum erzeugt wird. Es gibt viele Dichtungsmaterialien. Erwähnt seien beispielsweise Leder oder geflochtener Flachs in Absperringen oder -schnecken für kaltes Wasser oder mit Kautschuk vermischte Baumwolle- oder Asbestgewebe für heisses Wasser, Wasserdampf, Ammoniak etc. unter niederem Druck. Für Hochtemperatur^und Hoehdruckzwecke werden oft gewalzte oder zusammengedrückte und verdrehte Metallfolien verwendet. Der Flachs kann mit Wachs "beladen" werden, um seine Dichtungs- und Schmierqualitäten zu verbessern. Der gleiche Zweck wird durch pulverisierten Graphit in Kombination mit anderen Materialien erzielt.

Unter den Arbeitsbedingungen werden Dichtungsmaterialien verschlechtert, wobei sie ihr Federungsvermögen verlieren. Iritt ein Leck auf, dann kann es in der Weise verschlossen werden, dass die Stopfbüchsenbrille nach unten geschraubt wird, wodurch der DiGhtungsdruck wieder eingestellt wird. Diese Reparaturmaßnahme kann solange durchgeführt werden, als eine Bewegung der Stopf büchs en brille möglich ist. Ist keine weitere Einstellung mehr möglich, dann muss die Dichtung ersetzt werden. Bei einigen Ventilen ist es möglich, erneut eine Dichtung einzusetzen, während das System in Betrieb ist, da v/eitere Dichtungseinrichtungen vorgesehen sind, die dem Stössel und Ventilkörper zugeordnet sind. Diese Dichtung erfolgt nur durch vollständiges Öffnen des Ventils. Da es nicht immer möglich ist, eine Ventileinstellung in einem laufenden System zu verändern, besteht die einzige Alternative darin, einen Teil des Systems oder das ganze System stillzulegen, um das leckende Ventil erneut mit

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einer Dichtungsmasse zu versehen. Derartige Stillegungen sind unzweckmässig und im Hinblick auf die entgangene Produktion oft kostspielig.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren und - ein Mittel zum Abdichten eines Tentils durch Ein-sprItζ en einer härtbaren flüssigen elastomeren Masse in die Stopfbüchse zur Verfügung gestellt, ohne dass dabei die Ventileinstellung oder die Ventilanordnung in irgendeiner ¥eise verändert wird. Dieses Abdichtungsmittel füllt alle Räume in dem Dichtungsmaterial selbst oder zwischen dem Dichtungsmaterial und dem Stössel sowie den Stopfbüchsenwänden aus. Da das Dichtungsmittel ein bei tiefer temperatur härtendes Material' ist, härtet es an Ort und Stelle aus und unterbindet Lecks. Diese. Methode kann sowohl als Reparatur· angewendet werden, bis sich die Gelegenheit bietet, die Dichtung in entsprechender Weise erneut einzubringen, oder als normales Verfahren zur Aufrechterhaltung dex- Dichtung zum Einsatz kommen.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung wird ein Ve rf ahren zum Abdichten einer Stopfbüchse geschaffen, welches aus folgenden Stufen besteht:

1) Einführen einer flüssigen härtbaren elastomeren Masse in die Stopfbüchse in einer Menge, die dazu ausreicht, im wesentlichen den Stopfbüchsen-Hohlraum auszufüllen, und

2) die Hasse in situ unter Gewinnung einer federnden Abdichtung auszuhärten.

Gemäss einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein Fluidabdichtungs-Stopfbüchsengehäuse geschaffen, wobei ein Fliessweg durch das Gehäixse vorhanden ist, der mit der Stopfbüchse in Verbindung steht, um die Einführung einer härtbaren flüssigen

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- 4 elastomeren Masse zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche Seile mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Es zeigen:

Pig. 1 eine Seitenansicht eines typischen Absperrventils, teilweise im Schnitt, um die Zone der Stösselabdichtung besser erkennbar zu machen.

Fig-. 2 in vergrössertem Ausmaß den umrandeten Abschnitt gemäss Mg. U

Das Absperrventil 10 gemäss Pig. 1 entspricht einer typischen Ventilkonstruktion der Art, wie sie in Leitungen mit einer Bohrung von weniger als 25 mm (1 inch) bis ungefähr 610 mm (24 inch) verv/endet wird. Die grösseren Ventile können mittels eines Motors betätigt v/erden. Das Ventil besteht aus einem Hohlkörper 11. Die Einlass- und Auslassöffnungen 12 bzw. 13 sind über einen geraden Pliessweg verbunden und für einen Einsatz in Leitungen und dergleichen geeignet. Ein Ansatz 14, der senkrecht zu der Richtung des Fluidflusses angeordnet ist, trägt eine Kappe oder ein Abdichtungsgehäuse 15 mit einem Joch Die Kappe ist in dem Ansatz 14 zentriert und wird entfernbar durch eine Verschraubungsmutter 17 festgehalten. Die Lagervcrbindung ist durch eine Dichttmg 18 abgedichtet.

Das Joch 16 ist drehbar und trägt ein Handrad 19, das mit einem Abschnitt 20 mit einem Gewinde eines Stössels oder Schafts 21 verbunden ist, so dass eine axiale Bewegung erfolgt, wenn dac Rad gedreht wird. Der Schaft erstreckt sich gleitbar durch eine Bohrung 22 in der Kappe 15 in das Innere eines Hohlkörpers 11, in welchem eine Verbi?idung mit einen gleitenden Absperrorgan vorgesehen ist, das gestrichelt gezeichnet ist.und durch die

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Bezugszahl 23 gekennzeichnet ist. Die Bohrung 22 ist tief mit einer Gegenbohrung versehen, wodurch eine Stopfbüchse 24 ton den Schaft 21 gebildet wird. Eine bewegbare Stopfbüchsenbrille 25 mit sich gegenüberstehenden Ansätzen 26, die auf dem Schaft gleitbar ist, erstreckt sich in die Stopfbuchse und bildet darin eine bewegbare Stirnwand 27. Die bewegbare Wand 27 sowie eine fixierte Stirnwand 28 sind mit kegeistumpff örniigen Oberflächen ausgebildet, welche auf das Dichtungsmaterial 29 in der Stopfbuchse eine Belastung ausüben sollen, die sowohl axiale als auch radiale nach innen gerichtete Komponenten aufweist. Es gibt viele Stopfbüchsenbrillen-Dichtungsmaterialien, Die geeigneten Materialien werden im Hinblick auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften in Bezug a,uf das Systemfluid ausgewählt. Einige Beispiele wurden bereits erwähnt. Bügelarme 30 tragen schwingbar Ringbolzen, die durch Schlitze in den Enden der Stopfbüchsenbrille-AnsätzG 26 und iragerouttern 32 hindurchragen. Auf diese Weise kann eine Anfangabelastung an das Dichtungsmaterial 29 "abgegeben werden, wobei die Stopfbüchsenbrille in die Stopfbuchse vorwärtsbewegt werden kann, um die Belastung zu erneuern, wenn das Dichtungsmaterial. 29 durch Abrieb und/oder durch einen Materialzusammenbrueh infolge der Arbeitsbedingungen bezüglich Druck und Temperatur verschlechtert wird.

Irgendwann ist keine v/eitere Einstellung der Belastung des Dichtungsmaterials mohr möglich. Die Pigur 1 zeigt die Stopfbüchsenbrille in dieser Position. Eine v/eitere Verschlechterung des Dichtun^smaterials hat die Bildung eines Decks zwischen dem Schaft 21 und der Stopfbüchsenbrille 25 zur Polge. Die Abdichtung kann jedoch wieder hergestellt werden, ohne dass dabei die Ventileinstellung verstellt wird odei- die Ventilstruktur in irgendeiner v/eise auseinandergenommen werden muDS. Dies kann in der folgenden Weise geschehen:

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Soll ein Schaftventil für hohe Drucke und hohe !Temperaturen mit einer zusammengefalteten und zusammengedrückten Graphitfolienabdichtung erneut abgedichtet v/erden, dann ist es zunächst erforderlich, die durch die Bezugszahl33 (Fig. 2) gezeigte Vorrichtung herzustellen. Ein Verlängerungsrohr· 34 mit einer geeigneten G-rösse und Länge wird an einem Ende mit einem Schraubengewinde 25 und an dem anderen End.e mit einem fest verbundenen, beispielsweise angelöteten, fassartigen Absperrhahn 36 oder irgendeinem anderen geeigneten Ventil mit einem geraden Durchfluss versehen. Eine freie öffnung des Absperrhahns 36 ist dahingehend ausgelegt, dass sie, beispielsweise über ein Schraubengewinde, eine Einweg-Fliesseinrichtung 37 aufzunehmen vermag, welche trennbar mit der Düse einer nicht gezeigten Einspritzeinrichtung verbunden werden kann. Die Einrichtung 37 kann in Form eines knopfartigen Standard-Fettnippels mit einem Rückschlagventil ausgestattet sein. Die Einspritzeinrichtung kann beispielsweise eine von Hand betriebene Fettpistole sein. Ss ist ferner zweckmässig, eine Drehdichtung irgendeines nicht gezeigten Typs vorzusehen, die mit einem Spiralbohrereinsatz verwendet werden kann. Es handelt sich um ein Drehsitzspiel in einer Bohrung 38 des Verlange rungs rohr es 34. Die Abdichtung ist so gemacht, dass sie an dem Hahn 36 anstelle der Einrichtung 37 befestigt v/erden kann.

Um das leckende Ventil nach der erfindungsgemässen Methode erneut abzudichten, wird in dem Stopfbüchsengehäuse der Kappe ein mit einem Schraubengewinde versehenes Blindloch 39 ausgebildet. In zugänglich gemachtem Zustand befindet sich der günstigste Platz an den Stellen unterhalb der Büge3.arme 30. Ansonsten muss der lange Weg durch einen Arm des integralen Jochs 16 genommen werden. Dann wird in das Blindloch das mit einem Gewinde versehene Ende 35 der Vorrichtung 33 eingeschraubt,

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Ist die Einrichtung 37 von der Vorrichtung entfernt und der Hahn 36 weit offen, dann wird die vorstehend erwähnte Drehdichtung in die Vorrichtung anstelle der Einrichtung 37 eingesetzt. Ein längschaftiger Drefrbohrereinsatz in einem tragbaren Bohrer wird durch die Abdichtung, den Ansperrbahn 36 und die Bohrung 38 des Verlängerungsrohres eingeführt» Das Stopfbüchsengehäuse wird dann solange angebohrt, bis dex' Bohrereinsatz in die Stopfbuchse eindringt. Das Dichtungsmaterial 29 wird dann sorgfältig durchbohrt, bis der Schaft 21 erreicht worden ist.

Nachdem das Bohren beendet ist, wird der Bohrereinsatz herausgezogen und der Absperrhahn 36 verschlossen, sobald das Bohrereinsatzende den fassartigen £eil verlässt. Auf diese Weise wird verhindert, dass Fluid oder Dampf durch die Vox^vrichtung 33 -austritt, v/enn der Bohrereinsatz vollständig herausgezogen wird, Die Drehbohrabdichtung wird entfernt und durch den Einsatz 37 ersetzt. Das Ventil ist dann fertig zur Aufnahme der Abdichtungsmasse»

Die erfindungsgeroäss verwendete Abdiclitungsmasse ist eine flüssige Mischung aus 1) einem Polymeren aus ein konjugiertes Diolefin enthaltenden polymeren Molekülen mit mehr als einer allylischen Halogenidgruppe, vorzugsweise in lndstellungen_? und 2) einem polyfunktionelleti Aminhärtungsmittel. Das Polymere 1) ißt vorzugsweise flüssig, damit es leicht eingespritzt werden kann, und besitzt ein Molekulargewicht entsprechend einer Intrinsicviskosität von nicht mehr als 1,0 dl/g, gemessen bei 50°0 in Toluol. Das polyfunktionelle Aminhärtungsmittel 2) ist ein Polyamin, das zwei oder mehr Amingruppen enthält, vorzugsweise sekundäre und tertiäre Gruppen. Repräsentative Beispiele füi' derartige Amine sind alkylierte Alky-Ienpolyamine, Polyalkylenimine sowie heterocyclische Polyamine. Die i-Isnge des Polyamine kanu innerhalb breitex^ Grenzen sv/isclisn

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ungefätn? 0,5 und 15 G-ev/iclatsteilen des Polymeren schwanken. Andere Additive können in der flüssigen Masse verwendet werden, beispielsweise Kuß, Graphit, anorganische Füllstoffe, Weichmacher, Antioxydationsmittel etc. Die Aviswahl der Additive sowie deren Mengen hängen von der gewünschten Härtungs-geschwindigkeitj der Pluidviskosität vor der Härtung sowie den gewünschten 33igenschaften des gehärteten Diclrbungsmaterials ah. Andere flüssige Blastomersysteine können verwendet v/erden, falls sie eine niedrige Viskosität vor dem Härten "besitzen"," relativ schnelle Härtungsgeschwindigkeiten aufweisen und zufriedenstellende kautschukartige elastische Eigenschaften und eine gute Stabilität während des Betriebes ergeben« Derartige Polymere sind beispielsweise dicarboxylische Poly-, butadiene, Dihydroxy poly butadiene sowie Merkaptan--terminierte Polymere von konjugierten Tiolefinen. Sie können alle durch Polyisocyanate gehärtet werden.

Das Abdichtungsmaterial wird in eine Einspritzvorrichtung eingebracht, die,wie bereits erwähnt, beispielsweise eine Standard· Pettpistole ist, die im Zusammenhang mit der Einrichtung 37 verwendet werden kann, d.h., dass die Düse der Pistole auf die Einrichtung 37 passt, wobei über die Pistole keine Reaktion auf den Einspritsdruck festzustellen ist. Das Abdichtung-mittel wird durch die Vorrichtung 33 bei geöffnetem Absperrhahn 36 solange eingespritzt, bis das Leck abgedichtet ist. Erscheint Abdichtungsmittel um den Ventilschaft, dann kann angenommen v/erden, dass die Stopfbuchse soviel aufgenommen hat, wie sie aufnehmen kann. Andererseits ist es erforderlich, abzuschätzen, wieviel Material eingespritzt worden ist, und zu entscheiden,ob die eingespritzte Menge ausreicht.

Die vorstehend geschilderte Methode sowie die beschriebene Vorrichtung stellen nur eine Möglichkeit der erneuten Abdich-

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tung, wie sie unter den meist schwierigen Bedingungen erforderlich, ist, dar. Natur lieb, kann auch ein erneutes Abdichten unter niedrigem Druck sowie bei einer Temperatur durchgeführt werden, bei welcher das Abdichtungsmittel sehr schnell aushärtet, ohne dass dabei irgendein Teil der Vorrichtung verwendet werden muss. Ein in die Stopfbuchse gebohrtes Loch, das mit einem Einschliff versehen wird, wobei Abdichtungsmittel aus einer Einpresspistole mit einer Düse eingespritzt wird, die in den Einschliff passt, kann alles sein, was erforderlich ist. Das gehärtete Abdichtungsmittel dient dann zur Abdichtung der Bohrung. Werden die Arbeitsbedingungen des Systems, welche die Leckabdichtung enthält, hä3?ter, dann kann es erforderlich sein, ein zusätzliches Element der Figur 33 zii verwenden, das beispielsweise in seiner einfachsten 3?orin ein Gewindestopfen sein kann.

Leckende Stopfbuchsen von Ventilen in Dampf- und Wasserleitungen wurden nach dem erfindungsgemässen Verfahren abgedichtet, wobei es sich gezeigt hat, dass bei einem häufigen Ingangsetzen der Ventile lange Abdichtungszeiten erzielt v/erden. Mach 12 Monaten zeigen Viasserventile noch keine Lecks, während bei Dampf ventilen nach 4 Monaten keine Lecks festgestellt werden können. Hatürlich kann das Abdichtungsverfahren wiederholt werden, wenn sich ein Leck zeigt, so dass eine Wiederholbarkeit gegeben ist. Die Ventile wurden mit Abdichtungsmassen abgedichtet, wie sie in den nachfolgenden Beis£)ielen geschildert werden.

Beispiel 1

Eine härtbare flüssige Masse wird hergestellt, die folgende Bestandteile enthält:

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-ΙΟΙ Teil eines flüssigen Polymeren aus Butadien mit endständigen allylischen Bromidgruppen, 1 Teil eines ve mahlen en Kalziumcarbonats, 0,75 Teile eines naphth.enisch.en Ver»streckungsöls und 0,02 Teile eines Polyäthylenimins mit einem Molekulargewicht von 600.

Die Mischung wird zum Abdichten der Stopfbuchse in einem Absperrventil, das in eine 457 mm (18 inch.)-ZaItwasserleitmig eingebaut ist, verwendet. Die Mischung ist eine viskose Flüssigkeit und besitzt eine Topfzeit von 45 Minuten bei 20⁰C. !fach 24 Stunden härtet sie zu einem v/eichen Kautschuk, der eine Zugfestigkeit von 14 kg/cm , eine Dehnung von 570 ^C,O und eine Reissfestigkeit von 6 kg/cm besitzt.

Die Mischung wird in das in der vorstehenden Weise vorbereitete Yentil ungefähr 30 Minuten nach dem Vermischen eingespritzt, und zwar in einer Menge, die dazu ausreicht, den Hohlraum der Stopfbuchse auszufüllen und bis an die Spitze rund um den Ventilschaft herum anzusteigen. Das Wasserleck wird sofort verschlossen. Das Ventil muss während, einer Zeitspanne von mehr als einem Jahr nicht mehr mit einem Dichtungsmaterial versehen werden.

Beispiel 2

Eine härtbare flüssige PοIymemasse wird durch Vermischen der folgenden Bestandteile hergestellt:

70 Teile eines flüssigen Polymeren von Butadien mit endständigen allylischen Bromidgruppen, 20 Teile eines Verstreckungsöls, 10 Teile eines ausgefällten Siliciuvrlioxyds und 4,5 Teile Hexamethylentetramin.

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SAD

Die Min drang wird in die Stopfbuchse eines entsprechend vorbereiteten Schaftventils eingespritzt, das in einer Dampfleitung eingebaut ist, in der bei einer l'emperatur von ungefähr 37O⁰O Wasserdampf unter einem Drude von 28,1 kg/cm (400 psi) transportiert wird. Die Lecks werden in der zuvor geschilderten Weise abgedichtet. Die Ventile arbeiten während einer Zeitspanne von 4 Monaten zufriedenstellend..

¥enn auch die Erfindung in Verbindung mit der Abdichtung von Stopfbüchsen von Ventilen, mit denen !Fluids gesteuert werden, beschrieben worden ist, so lässt sie sich auch in gleicher Vieise auf andere Abdichtungen dieses lyps in anderen Zusammenhängen verwenden, falls ein sofortiges erneutes Einführen von Dichtungsmaterial, nicht praktisch oder zweckmäösig ist.

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Claims (12)

Patentansprüche Verfahren zum Abdichten einer Stopfbüchse, dadurch gekenn-.chnet, dass

1) in die Stopfbüchse eine flüssige härtbare elastomex'e Masse in einer Menge eingeführt \ilxd, die dazu ausreicht, im wesentlichen den Hohlraum der Stopfbüchse auszufüllen, und

2) die Masse in situ zur Erzeugung einer federnden Abdichtung ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen 1) und 2) dann durchgeführt werden, während sich die Stopfbüchse in Betrieb befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Stufe 1) die Stopfbüchse eine Abdichtung enthält, welche unvollständig den Hohlraum der Stopfbüchse ausfüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Masse in die Stopfbüchse durch einen Durchgang in der Viand eingespritzt wird.

'5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang nach dem Einspritzen verschlossen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete flüssige Masse aus einem flüssigen Polymeren von konjugiertes Diolefin enthaltenden polymeren Molekülen mit mehr als einer allylischen Halogenidgruppe, wobei das Halogen aus Chlor, Brom oder Jod besteht, und einem polyfunktionellen Amiuhärtungsmittel besteht.

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7. Stopf büolisen-Fluidabdiehtungsgehäuse, gekennzeichnet durch einen .Fliessweg durch das Gehäuse, v/elcher zu der Stopfbuchse zum Einspritzen einer härtbaren flüssigen elastomeren Masse führt,

8. Stopfbüehsen-Fluidabdichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass ein Stopfen lösbar an dem Gehäuse in dem Fliessweg sitzt.

9. Stopfbüchsen-Fluidabdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen aus einem Einwa g-Fliessventileinsatz besteht, der trennbar mit einer Fluideinspritzeiprichtung verbunden werden kann.

10. Stopfbüohsen-Fluidabdichtung nach Anspruch. 9» dadurch gekennzeichnet» dass der Stopfen aus einem gerade durehfliessbaren Absperrhahn besteht, der sich in Abstromriehtung zu dem Einwegfliessventileinsatz befindet,

11. Stopfbttchsen-Fluidabdichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Dichtungsmaterial gefüllt XBt_f welches aus einer in situ gehärteten Masse aus einem flüssigen Blastomeren besteht.

12. Dichtungsmaterial, gekennzeichnet durch einen verdichteten Kern aus einem faserartigen oder folienähnlichen Material und eine Schicht aus einer in situ gehärteten Masse aus einem flüssigen Elastomeren.

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