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Fensteranordnung Die Erfindung bezieht sich auf abgedichtete Isolierglasfensteranordnungen,
die dadurch hergestellt werden, daß Glasscheiben so mit Abstandsstücken dazwischen
angeordnet werden, daß um die Ränder der Anordnung herum eine nach außen weisende
Rinne vorhanden ist, und daß eine Heiß-Schmelzdichtungsmasse, die eine sehr geringe
Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit aufweist, bei einer erhöhten Temperatur und in
einem flüssigen Zustand in die Rinne eingebracht wird, um eine innige Dichtungsverbindung
zwischen dem Glas und den Abstandsstücken herzustellen. Die verwendete Dichtungsmasse
ist eine innige Mischung aus einem elastischen Polymer, plastizierenden
und
verklebenden Kunstharzen und, in einigen Fällen, einem Klebungsbeschleuniger. Die
Dichtungsmasse ist bei Temperaturen ober-0 halb von 93 C flüssig. Sie wird in diesem
Zustand auf die vorher zusammengefügten Glasplatten und Abstandsstücke erst aufgebracht,
nachdem durch Abkühlen eine Härte von etwa 10 bis 80 auf der A-Shorehärteprüferskala
erreicht ist.
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Versiegelte Isolierglasfensteranordnungen haben eine weitverbreitete
Verwendung gefunden. Sie werden bislang dadurch hergestellt, daß eine Dichtungsmasse,
wie beispielsweise ein vorgeformtes Band oder eine Kunststoffstrangpreßmasse auf
ein Abstandsstück aufgebracht wird, woran anschließend die Glasscheiben mit den
Abstandsstücken zusammengefügt und gegen die Dichtungsmasse gepreßt werden. Im allgemeinen
wird sodann ein weiteres Dichtungsband um die zusammengebaute Anordnung aus Abstandsstück
und Glasscheiben aufgebracht und häufig werden zusätzlich um die Einheit herum metallische
Klemmteile angebracht, damit die Dichtungsmasse unter Druck gehalten wird. Die verwendeten
Abstandsstreifen sind im allgemeinen aus Metall hergestellt und so geformt, daß
sie ein n Trockungsmittel zum Trocknen des toten Luftzwischenraums zwischen den
Glasscheiben festhalten. Um das Eindringen von Luft in den toten Luftzwischenraum
oder das Entweichen von Luft aus demselben weiter zu verhindern, sind die Enden
der metallischen Abstandsstücke manchmal zusammengeschweißt. Typische Konstruktionen
dieser Art sind aus den #S-PS'en 2 933 780, 2 974 377, 3 105 274, 3 226 903 und
3 261139 bekannt.
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Die verschiedenen Arbeitsvorgänge, die zum Herstellen derartiger Anordnungen
erforderlich sind, sind zeitaufwendig und erfordern eine beträchtliche Geschicklichkeit,
um eine angemessene Abdichtung herzustellen, damit eine lange Lebensdauer der Anordnung
unter den harten Bedingungen sichergestellt ist, die während der Verwendung unter
sich in einem weiten Bereich ändernden Wetterbedingungen auftreten, und um die Bedingungen
von anerkannten Testverfahren zu erfüllen, wie etwa dem ASTM (Amerikanische Gesellschaft
für Materialprüfungen) E96-63T-Verfahren B.
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Es ist außerdem bereits vorgeschlagen worden, die Abstandsstücke und
Glasplatten vorher zusammenzufügen und durch das Aufbringen einer flüssigen Zweikomponenten-Polysulfidmischung
auf die Ränder der Anordnung mittels einer Dichtkanone abzudichten, wie in der US-PS
3 553 913 beschrieben. Die Bestandteile derartiger, aus zwei Teilen bestehender
flüssiger Polysulfidmassen müssen jedoch die Möglichkeit haben, eine gewisse Zeitspanne
zu reagieren, bevor sie vollständig ausgehärtet sind und abgebunden haben, was mehrere
Stunden erfordern kann und wofür manchmal das Erwärmen der Anordnung in einem Ofen
erforderlich ist. Außerdem ist die Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit von vulkanisiertem
Polysulfidgummi beträchtlich höher als die von vielen anderen elastischen Polymeren,
wie etwa den Butylpolymeren.
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Gemäß der Erfindung ist die verwendete Dichtungsmasse eine lösungsmittelfreie
Heiß-Schmelzverbindung, die bei einer erhöhten Temperatur und in flüssigem Zustand
aufgebracht wird, der ihr gestattet, so zu verlaufen, daß ein inniger Fluidkontakt
mit dem Glas und der Abstandseinrichtung gebildet wird, so daß eine feste und wirkungsvolle
Abdichtung und ein fester und wirkungsvoller Klebekontakt mit dem Glas und der Abstandseinrichtung
geschaffen wird. Solche Dichtungsmassen können in erwärmten Zustand schnell und
leicht aufgebracht werden, und nach dem Abkühlen härten sie aus und erfahren in
einem großen Bereich von Temperaturänderungen und nachdem sie lange dem Wetter ausgesetzt
gewesen sind im wesentlichen keine änderung ihrer Eigenschaften. Darüberhinaus brauchen
die verwendeten Dichtungsmassen nicht überzogen oder durch irgendein Band oder anderes
Element geschützt zu werden; außerdem brauchen sie nach dem Aufbringen auf die Anordnung
nicht unter Druck gehalten zu werden. Ferner sind die Dichtungsmassen durch eine
sehr geringe Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit gekennzeichnet, wodurch die nutzbare
Lebensdauer der Anordnung stark verlängert wird. Es hat sich außerdem gezeigt, daß
die Dichtungsmasse ausreichend fest, elastisch und undurchlässig ist, so daß es
unnötig ist, zum Verhindern des Eindringens von Luft in den toten Luftzwischenraum
oder des Entweichens von Luft aus demselben die Abstandsstreifen an den Ecken zusammenzuschweißen.
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Die gemäß der Erfindung verwendeten Dichtungsmassen sind elastische
Polymere mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 15.000, die mit plastizierenden
und verklebenden Kunstharzen und, in einigen Fällen, Klebungsbeschleunigern innig
vermischt sind. Die Dichtungsmassen sind bei Temperaturen oberhalb von etwa 93 °C
weich oder ausreichend fließfähig, damit sie leicht in Abdichtungs-, Klebungs- und
Fluidkontakt mit dem Glas und der Abstandseinrichtung fließen, während sie sich
nach dem Abkühlen ohne chemische Reaktion oder Freisetzung von Lösungsmittel verfestigen
oder härten. Sie haben eine Härte von ungefähr 10 bis 80 auf der A-Shorehärteprüferskala
(ASTM C 661-70) und eine Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit von weniger als 8 und
im allgemeinen weniger als 2, wenn sie einem Test gemäß dem ASTM E 96-63T-Verfahren
B ausgesetzt sind.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden auf die beigefügte
Zeichnung Bezug genommen, die lediglich als Beispiel dient. Es zeigen: Fig. 1 eine
perspektivische Darstellung einer typischen abgedichteten Isolierglasanordnung nach
der Erfindung, bei welcher Teile weggebrochen sind, und Fig. 2 eine perspektivische
Darstellung eines typischen Verfahrens, welches beim Herstellen der Anordnung von
Fig.1 verwendet werden kann.
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In der für Darstellungszwecke in der Zeichnung gewählten Form der
Erfindung weist die Isolierglasfensteranordnung bzw. -türanordnung mehrere Glasscheiben
2, 4 auf, die durch Abstandsstreifen oder Abstandsteile 6 und 8 auf Abstand gehalten
sind, so daß zwischen den Glasscheiben ein toter Luftzwischenraum 10 gebildet ist.
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Die Abstandsteile 6 und 8, deren Art und Querschnitt in herkömmlicher
Weise gewählt sein können, sind vorzugsweise hohl oder in anderer Weise so geformt,
daß sie ein geeignetes Trocknungsmittel 12 aufnehmen, wie etwa Silikagel, molekulares
Filtermaterial oder dgl. Sie
können aus Aluminium oder einem anderen
Metall hergestellt sein und sind mit einem Schlitz oder Uffnungen 14 versehen, die
mit dem toten Luftzwischenraum 10 in Verbindung stehen, damit das Trocknungsmittel
12 die Möglichkeit hat, die Luft innerhalb des toten Luftzwischenraums wirksam zu
trocknen.
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Die Abstandsstreifen 6 und 8 sind in der Nähe der Ränder der Glasscheiben
2 und 4 und vorzugsweise ein kurzes Stück von den Randkanten der Scheiben aus einwärts
angeordnet, so daß sie mit denselben derart zusammenwirken, daß eine nach außen
weisende Rinne 16 gebildet ist, die sich um den gesamten Umfang der Anordnung erstreckt.
Eine heiß-schmelzende Dichtungsmasse wird in die Rinne 16 bei 18 eingebracht, und
zwar in einem flüssigen Zustand, so daß sie in innigen und klebenden Kontakt mit
den Dichtungsteilen und den Oberflächen der dazu benachbarten Glasplatten fließt.
Außerdem, wenn in den Oberflächen des Glases oder der Seiten der Abstandsstreifen,
die die Glasscheiben tragen, Unregelmäßigkeiten vorhanden sind, wird das Dichtungsmaterial
in die sich ergebenden Hohlräume und Zwischenräume fließen, so daß dieselben abgedichtet
werden, wie bei 20 durch getrichelte Linien dargestellt.
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Zum Einbringen des Dichtungsmaterials in die Rinne 16 wird vorzugsweise
ein beheizter tragbarer Extruder verwendet. Ein typischer Extruder, der für diesen
Zweck verwendet werden kann und der in Fig.2 dargestellt ist, wird von der Firma
Cities Service Company hergestellt und vertrieben. Das einem solchen Extruder durch
eine Uffnung 22 zugeführte Dichtungsmaterial wird durch ein Element 24 erwärmt,
welches eine Trommel 26 umgibt, in der ein Schraubenteil angeordnet ist, welches
die Dichtungsmasse durch eine Düse (Mundstück) 28 hindurchdrückt. Wie in Fig. 2
gezeigt, hat die Düse 28 vorzugsweise zwei entgegengesetzt geneigte oeffnungen,
die dazu dienen, die erwärmte Dichtungsmasse in die Ecken der Rinne 16 zu leiten,
so daß sie nicht nur die Rinne füllt, sondern auch sicherstellt, daß die Dichtungsmasse
in jegliche Hohlräume oder Zwischenräume zwischen den Abstandsstücken und den Glasscheiben
fließt, damit eine wirksame Abdichtung der Anordnung sichergestellt wird. Die Dichtungsmasse
kühlt danach in wenigen Minuten auf Raumtemperatur ab, so daß sie aushärtet
und
die Anordnung schnell und leicht vervollständigt.
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Die Zusammensetzung der verwendeten Dichtungsmasse ist von besonderer
Bedeutung, damit versiegelte Isolierfensterkonstruktionen hergestellt werden, die
in der Lage sind, die sich in einem großen Bereich ändernden Temperatur-, Feuchtigkeits-
und Wetterbedingungen auszuhalten, welchen sie ausgesetzt sein können. Für diesen
Zweck sollte die Dichtungsmasse eine lösungsmittelfreie innige Mischung aus einem
elastischen Polymer mit plastizierenden und verklebenden Harzen sein. In einigen
Zusammensetzungen können Klebungsbeschleunigungsmittel enthalten sein, um ein wirksames
Verkleben der Dichtungsmasse sowohl mit den Glasscheiben wie auch dem Metall sicherzustellen,
aus welchem die Abstandsstücke gebildet sind. Die Dichtungsmasse sollte bei Temperaturen
von oberhalb 93 °C ausreichend fließfähig sein, damit sie in die Ecken und Hohlräume
der Rinne 16 der Anordnung eindringt und nach dem Abkühlen eine Härte von ungefähr
10 bis 80 auf dem A-Shorehärteprüfer hat. Gleichzeitig sollte die Dichtungsmasse
nicht auf Temperaturen oberhalb von etwa 204 °C während längerer Zeitspannen aufgeheizt
werden, um eine Verschlechterung des Materials zu vermeiden. Die Dichtungsmassen
nach der Erfindung besitzen eine ausreichende Elastizität, um eine begrenzte Relativbewegung
der Glasplatten und Abstandsstücke zu ermöglichen, die sich durch Wärmeausdehnung
der Elemente und der Luft innerhalb des toten Luftzwischenraums zwischen den Glasscheiben
ergeben kann.
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Insbesondere sind die Dichtungsmassen nach der Erfindung durch eine
Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeitsgeschwindigkeit unterhalb 8 Gramm pro 100 Quadratmeter
pro 24 Stunden gekennzeichnet, wie in Obereinstimmung mit dem ASTM-E96-63T-Verfahren
B festgelegt.
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Typische Dichtungszusammensetzungen, die für eine Verwendung gemäß
der Erfindung geeignet sind, enthalten 20 bis 100 Gewichtsteile eines oder mehrerer
fester elastischer Polymere, etwa 15 bis 150 Gewichtsteile von plastizierenden und
verklebenden Harzen und etwa O bis 44 Gewichtsteile von Klebungsbeschleunigern zusammen
mit 0 bis 150 Gewichtsteilen von inerten Füllstoffen.
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Ein großer Bereich von elastischen Polymeren kann bei der Ausführung
der
Erfindung verwendet werden, im allgemeinen sind es diejenigen elastischen Polymere,
die ein Molekulargewicht von etwa 15.000 bis zu 200.000 oder 300.000 oder mehr haben.
Typische Beispiele solcher Polymere und der Handelsbezeichnungen, mit welchen sie
manchmal bezeichnet werden, sind folgende: Butylkautschuk, wie etwa Copolymerisate
von Isobutylen und Isopren (EX214 und PB 201); Polyisobutylen ("Vistonex" MML 140);
Styrol-Butadien-Styrol Polymere ("Kraton" SBS); Styrol-Isopren Polymere ("Kraton"
1102); chlorierte Gummis (Parlon S125); und feste Polysulfidpolymere ("Thiokol"
FA und ST). FA-Polysulfidgummi ist ein mahlbares Hartgummielastomer, bei welchem
es sich um das Reaktionsprodukt von Bis (2-Chloräthyl)-Formal- und Athylendichlorid
mit Schwefelpolysulfid handelt. ST-Polysulfidgummi ist ein mahlbares Hartgummielastomer,
bei welchem es sich um ein Reaktionsprodukt von Bis (2-Chloräthyl)-Formal- und Schwefelpolysulfid
zusammen mit 2 Molprozent des Vernetzungsmittels 1, 2, 3-Trichlorpropan handelt.
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Abgewandelte Versionen von ST können hergestellt werden, indem das
Vernetzungsmittel zwischen 0 und 5,0 Molprozent geändert wird.
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Die Polymere werden innig gemischt und mit plastizierenden und verklebenden
Harzen vermengt, wie etwa Terpenharze (Piccohesiv 125), Polyterpenharzen ("Wing
Tack" 95 und "Foral" 105); chloriertes Polyphenyl ("Aroclor" 5460); chloriertes
Diphenyl ("Aroclor" 1254); Polybutene (Indopol 1900); Polyisobutylene (Vistanex
LMMS); Glyptalester von hydriertem Holzharz (Stabilite Ester 10); Phenolharze (SP559);
Kohlenwasserstoffharze (Nevillac 10 oder ERJ683); und Paraffinöle ("tun Par" 2100).
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Wenn Klebebeschleuniger verwendet werden, so können diese sein Epoxidharze
mit einer Epoxidverhältniszahl von etwa 150 bis 3000, organische Silane oder Mischungen
derselben. Typische Klebebeschleuniger sind die Epoxidharze, die von der Firma Shell
Chemical Company unter den Bezeichnungen ~,Epon" 1002, ~,Epon" 1007 und "Epon" 828
verkauft werden. Typische Silane, die verwendet werden können, sind die von der
Firma Union Carbide Corporation verkauften Silane mit Bezeichnungen wie A-186 und
A-187.
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Im wesentlichen kann jeder beliebige Füllstoff verwendet werden, wie
beispielsweise Ruß, Kalziumkarbonat, Talcum, Titandioxid, Asbestfasern oder dgl.
Bei Verwendung solcher Füllstoffe kann ihre Menge in einem Bereich von etwa 5 bis
150 Gewichtsteilen liegen.
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Typische Heiß-Schmelzdichtungsmassen, die bei der Ausführung der Erfindung
verwendet werden, haben folgende Zusammensetzungen in Gewichtsteilen und folgende
Eigenschaften:
Zusammensetzung Nr. 1 2 3 4 5 6 7 EX 214 50 75 --
-- -- 50 50 FA und/oder ST -- -- 50-PB201 -- -- -- 50-Kraton 1102 -- -- -- -- 50-Stearinsäure
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Aroclor 5460 40 25 40 50-Aroclor 1254 -- -- 75-Wing
Tack 95 -- -- -- -- -- 50 50 Epon 1002 10 10 10 15-Epon 1004 -- -- -- -- 10-Epon
1007 -- -- -- - -- -- -- 20 Silan A186 -- -- -- -- -- -- 2.0 Sun Par 2100 50-Indopol
1900 -- 5.0 -- 30 30 25 25 Foral 105 -- -- -- -- 50-Ruß (Sterling MT) -- -- -- --
2.0 -- 2.0 Ruß (Statex RH) 30 25-CaC03 (Super Multifix) -- -- 40 40 60 40 40 Härte
(ASTM C661-70 Shore A) 30 28 40 32 40 28 33 Haftvermögen in kg/cm (1800 nach 7 Tagen
Aushärtung bei 24 OC Glas 1,19 0,85 1,53 1,10 1,44 1,70 1,53 Eloxiertes Aluminium
1,10 0,59 1,36 1,02 1,19 0,68 1,36 Die Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit der Zusammensetzung
Nr. 3 lag zwischen 3 und 8, wohingegen die Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit dew
Zusammensetzungen Nr. 1, 2, 4, 5 und 6 beträchtlich niedriger war als durch ASTM
E96-63T festgelegt ist.
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Der Haftvermögen-Test war ASTM-D903-49, mit modifizierter 1800 Abziehung
mit einer Backentrenngeschwindigkeit von 5,08 cm/min., wobei
das
Kohäsionsvermögen und die Elastizität der Dichtungsmasse sowie das Haftvermögen
der Dichtungsmasse an dem Glas und den Abstandsteilen gemessen wird.
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Die Zusammensetzung Nr. 6, bei welcher kein Klebezusatz verwendet
wurde, zeigte zufriedenstellende Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeitseigenschaften,
obwohl die Haftkraft an Glas nicht ausreichte, um die Anforderungen des ASTM E 96-63T-Verfahrens
B zu erfüllen, als es bei 70 0C bis zu 30 Tage unter Wasser getaucht wurde.
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Um bevorzugte Heiß-Schmelzzusammensetzungen und Verfahren zum Herstellen
derselben anzugeben, werden folgende Beispiele angeführt: Beispiel I Vernetztes
Butylpolymer (EX214) 50 Polyterpenharz (Wing Tack 95) 50 Polybutenharz (Indopol
1900) 75 Stearinsäure 1 Ruß 25 Epoxidharz (Epon 1004) 5 Bei der Herstellung des
Materials werden das Butylpolymer, die Stearinsäure und die Hälfte des Terpenharzes
in einen "Sigma Blade Baker Perkins"-Mixer eingegeben und fünf Minuten lang miteinander
vermengt, woran anschließend das übrige Terpenharz und das gesamte Epoxidharz zugegeben
werden, während der Mischvorgang fortgesetzt wird. Nach 10 Minuten zusätzlichem
Vermischen wird das gesamte Polybutenharz zugegeben und nach 10 Minuten weiteren
Mischens wird allmählich der Füllstoff hinzugefügt und das Mischen und Vermengen
solange fortgesetzt, bis eine gleichmäßige innige Vermischung der Bestandteile erreicht
worden ist, beispielsweise etwa 10 Minuten.
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Während des Mischungs- und Vermengungsvorgangs hat die Temperatur
der Füllung zwar das Bestreben anzusteigen, vorzugsweise wird sie jedoch durch Kühlen
des Mischers mit Wasser unterhalb 93 °C gehalten.
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DAs auf diese Weise erhaltene Produkt hat bei Raumtemperatur auf der
Shore-A-Härteprüferskala eine Härte von 28. Das Material erweicht nach dem Erwärmen
ausreichend stark, so daß es leicht aus einer Dichtkanone extrudiert werden kann,
die die Masse auf etwa 93 °C bis 149 0C aufgeheizt hat. Bei Verwendung der Masse
als Dichtungsmasse in einer Fensteranordnung wies sie eine Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeitsgeschwindigkeit
von weniger als 8 gemäß dem ASTM-E96-63T-Verfahren B auf.
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B.
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Beispiel II Butylpolymer (EX214) 50 Polyterpenharz (Wing Tack 95)
50 Polybuten (Indopol 1900) 25 Stearinsäure 1 Kalziumkarbonat 40 Epoxidharz (Epon
1007) 20 Dieses Produkt hat auf der Shore-A-Härteprüferskala eine Härte von 22.
Es war ebenfalls fließfähig und konnte leicht aus einer Dichtkanone bei Temperaturen
von etwa 93 °C bis 177 °C extrudiert werden.
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Die Feuchtigkeitsdampfdurchlässigkeit war geringer als 8.
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Bei Verwendung der festen Polysulfidelastomere "Thiokol FA" und "Thiokol
ST" werden die Elastomere vorzugsweise vorbereitet, indem man sie einige Zeit vor
dem Einbringen in die Mischapparatur durch Tränken in chloriertem Biphenyl (Arochlor
1254) quellen läßt.
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Sämtliche oben beschriebenen Heiß-Schmelzmassen werden bei 93 °C so
weich, daß sie durch eine beheizte Strangpreßvorrichtung, wie oben beschrieben,
aufgebracht werden können, obwohl sie, wenn eine größere Fließfähigkeit für eine
Verwendung in Verbindung mit zusammengebauten Glasplatten und Abstandsstücken gewünscht
wird, bis zu 177 °C oder sogar 204 °C für mindestens kurze Zeitspannen aufgeheizt
werden können.
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Die auf diese Weise hergestellten Anordnungen können harte Wetterbedingungen
und Testverfahren über lange Zeitspannen aushalten, und sie können schnell und leicht
durch ungeschultes Personal und mit minimalem Zeitaufwand hergestellt werden.
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Obwohl die in der Zeichnung dargestellte Anordnung nur zwei Glasscheiben
und einen einzigen toten Luftzwischenraum aufweist, ist zu erkennen, daß die Erfindung
auf andere Mehrglasanordnungen anwendbar ist, die drei, vier oder mehr Glasscheiben
und eine entsprechende Anzahl von toten Luftzwischenräumen dazwischen haben.
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Obwohl im Rahmen der Beschreibung die Anordnungen auf Fenster bezogen
sind, ist die Erfindung auch auf Türen und andere Konstruktionen anwendbar. Demgemäß
versteht es sich, daß die Erfindung allgemein anwendbar und nicht auf die besonderen
Ausführungsformen der Erfindung und die Zusammensetzungen beschränkt ist, die oben
beschrieben sind.