DE2702043A1 - Fuellmaterial fuer die abwasserbehandlung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Fuellmaterial fuer die abwasserbehandlung und verfahren zu dessen herstellung

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DE2702043A1 DE19772702043 DE2702043A DE2702043A1 DE 2702043 A1 DE2702043 A1 DE 2702043A1 DE 19772702043 DE19772702043 DE 19772702043 DE 2702043 A DE2702043 A DE 2702043A DE 2702043 A1 DE2702043 A1 DE 2702043A1
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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke el-nun*· Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber SFMi
8 MÜNCHEN 86, DEN
P63/384 Postfach 860820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22
TADAKI MORIMURA, No.4-25, 5-chome, Segawa, Minoo-shi,
Osaka / Japan
Füllmaterial für die Abwasserbehandlung und Verfahren
zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft allgemein ein Füllmaterial für die Abwasserbehandlung und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Für die Behandlung von unterschiedlichen Arten von industriellem Abwasser und von Abwasser aus Wohngebieten wurde bisher ein biologisches Behandlungsverfahren angewandt, insbesondere das Aktivschlammverfahren. Die bekannten Verfahren waren jedoch von der Schwierigkeit des Kontrollierens und Aufrechterhaltens derartigen Schlamms, der hohe Aktivität und gute Ausscheidungsfähigkeit aufweist, begleitet, und es hat sich gezeigt, daß große Sorgfalt bei der Kontrolle und Aufrechterhaltung in den meisten Anlagen bzw. Ausrüstungen dieser Art notwendig ist. Trotzdem wurden oft die Erscheinungen des Vollstopfens bzw. Aufhäufens und der Auflockerung verursacht, wodurch es zum Abfließen des Aktivschlamms mit begleitendem Verderb von behandeltem Wasser kommt.
70983fi/089R
Bei einem Versuch, diese Schwierigkeit beim Aktivschlammverfahren zu überwinden, wurde seit langem versucht, den Schlamm, der in dem zu behandelnden Abwasser schwebend gehalten wird, zu fixieren bzw. festzulegen. Zum Zwecke des Fixierens bzw. Festlegens wurde die Verwendung von kleinen Bambuszweigen oder von Bäumen oder von Plastik- bzw. Kunststoffnetzen vorgeschlagen, sowie außerdem das Drehscheibenverfahren, das auch als "RBC" oder "ΒΙΟ-SURF" bezeichnet wird, wobei in letzterem Verfahren ein derartiges Befestigungsmittel rotiert wird, damit man einen besseren Kontakt mit dem Luftsauerstoff erzielt; einige dieser Vorschläge werden zur Zeit praktiziert.
Darüberhinaus sind als Entwässerungsrohre für die unterirdische Drainage tönerne bzw. irdene Rohre, Betonrohre, poröse Rohre, die aus synthetischem Harz bzw. Kunststoff hergestellt sind, etc. verwendet worden. Diese Rohre haben jedoch nur eine begrenzte wasserdurchlässige Fläche. Infolgedessen ist es selbst in porösen Rohren, die aus synthetischem Harz bzw. Kunststoff hergestellt worden sind, welche die größte wasserdurchlässige Fläche aufweisen, aus Gründen der Aufrechterhaltung der Druckfestigkeit bzw. -dichtigkeit unmöglich, einen Anteil von mehr als 50% wasserdurchlässiger Fläche zu erzielen.
Mit der Erfindung soll ein verbessertes Bakterienfixier- bzw. -befestigungsmittel zur Verfügung gestellt werden, das in vieler Hinsicht vorteilhaft gegenüber den bisher bekannten Fixier- bzw. Befestigungsmitteln ist.
Weiterhin wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Füllmaterials für die Abwasserbehandlung vorgeschlagen, wobei dieses Füllmaterial als das erwähnte Fixier- bzw. Befestigungsmittel geeignet ist.
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Außerdem wird mit der Erfindung ein Füllmaterial geschaffen» das in Form eines Rohres gepreßt ist und sich auch als verbessertes Entwässerungsrohr für die unterirdische Drainage eignet, wobei dieses Rohr gegenüber den konventionellen Entwässerungsrohren in vieler Hinsicht vorteilhafter 1st.
Kurz zusammengefaßt, wird mit der Erfindung ein Füllmaterial für die Abwasserbehandlung, insbesondere für das Aktivschlammverfahren, zur Verfügung gestellt, das eine dreidimensionale, netzartige Anordnung von gekräuselten, synthe tischen Harzfäden bzw. Kunststoffäden umfaßt, die an ihren Kontaktstellen durch Schmelzverbindung miteinander verbunden sind. Das Füllmaterial kann in verschiedenen gewünschten Formen gepreßt bzw. formgepreßt werden, z.B. in Form eines Waffelbzw. Wabenmusters mit einer Mehrzahl von Kanälen oder in Form eines Rohrs, wobei letzteres auch zur Verwendung als Entwässerungs- bzw. Drainagerohr geeignet ist. Das Füllmaterial weist einen ausgezeichneten Mikroorganismen/Bakterien-Fixierungseffekt auf. Es kann durch Ziehen von Fäden aus synthetischem Harz bzw. Kunststoff hergestellt werden, die aus Düsen stranggepreßt bzw. extrudiert werden, während sie sich noch nicht verfestigt haben, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die niedriger als die Geschwindigkeit ist, mit der die Fäden aus den Düsen extrudiert werden, so daß jeder Faden zu einer Spule gekräuselt wird und die Fäden an ihren Kontaktstellen miteinander eine Schmelzhaftung eingehen, und unmittelbar danach wird die durch Schmelzhaftung miteinander verbundene Fadenanordnung zu ihrer Verfestigung gekühlt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand einiger, in den Fig. 1 bis 5 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische und schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines geformten bzw. gepreßten Erzeugnisses gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf das geformte bzw. gepreßte Erzeugnis, das in Fig. 1 veranschaulicht ist und in einen Wasserbehandlungstank bzw. -behälter eingesetzt bzw. eingefüllt worden ist;
Fig. 3 eine teilweise Veranschaulichung eines anderen AusfUhrungsbeispiels eines geformten bzw. gepreßten Erzeugnisses gemäß der Erfindung, wobei die Darstellung zum Teil im Schnitt sowie schematisch ist;
Fig. 4 eine teilweise Veranschaulichung der gleichen Ausbildungsform eines geformten bzw. gepreßten Erzeugnisses, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, jedoch mit der Ausnahme, daß das Erzeugnis mittels eines unterschiedlichen Verfahrens hergestellt wird, wobei die Darstellung teilweise im Schnitt sowie schematisch erfolgt ist; und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht des geformten bzw. gepreßten Erzeugnisses, das in den Fig. 3 oder 4 dargestellt ist.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Füllmaterial zur Abwasserbehandlung eine dreidimensionale, netzartige Anordnung von gekräuselten Fäden aus synthetischem Harz bzw. Kunststoff, die an ihren Kontaktstellen eine Schmelzhaftung aneinander aufweisen.
Für die Herstellung dieses Füllmaterials wird ein Verfahren vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte umfaßt: Ziehen von aus synthetischem Harz bzw. Kunststoff bestehenden, aus Düsen extrudierten bzw. stranggepreßten Fäden, während sie sich noch nicht verfestigt haben, wobei das Ziehen mit einer niedrigeren Geschwindigkeit erfolgt,als es die Spinn- bzw. Drehgeschwindigkeit ist, so daß jeder Faden zu einer Spirale, Schlange, Wicklung oder dergl. gekräuselt wird und eine Schmelzhaftung der Fäden aneinander an ihren Berührungsstellen er-
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zielt wird, unmittelbar danach gefolgt von einem Kühlen der schmelzhaftenden Fadenanordnung zum Zwecke ihrer Verfestigung.
Der Durchmesser des Fadens, der aus der Düse stranggepreßt bzw. extrudiert wird, wird so festgelegt, daß er vorzugsweise im Bereich von 1 bis 2 mm liegt, wobei das spezifische Gewicht des Fadens etwa 0,93 beträgt und wobei ferner das Leervolumen der Netzanordnung 80 bis 98% beträgt, wenn die Fäden zu Spiralen,Schlangen oder dergl. gekräuselt sind.
Als synthetisches Harz kann irgendein geeignetes thermoplastisches Harz verwendet werden. Es wurde jedoch gefunden, daß Polypropylenharze für diesen Zweck besonders geeignet sind, da sie ein geringes Gewicht haben, mechanisch fest und gegenüber Zersetzung in Wasser widerstandsfähig sind, sowie aufgrund der Tatsache, daß sie keine Plastifizierungsmittel oder dergl. enthalten, niemals schädliche oder organische Materialien in Wasser freisetzen.
Das Füllmaterial kann alle geeigneten Formen und Abmessungen für die jeweiligen Verwendungszwecke haben. Es kann z.B. die Form eines Waffel- bzw. Wabenmusters mit einer Mehrzahl von Kanälen oder die Form eines Rohrs oder einer Matte besitzen. Beim Gebrauch werden diese geformten Produkte innerhalb des Wasserbehandlungstanks bzw. -behälters eingetaucht.
Das Füllmaterial gemäß der Erfindung zeigt, wenn es im Aktivschlammverfahren benutzt wird, einen ausgezeichneten Mikroorganismen/Bakterien-Fixierungseffekt. Im einzelnen weist das Füllmaterial insbesondere die folgenden Vorteile auf:
(a) Es hat Leerräume von unterschiedlichen Abmessungen, und zwar sowohl große als auch kleine, und es hat ein großes Leervolumen. Infolgedessen weist es folgende Eigenschaften auf:
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(b) Es ist in der Lage, große Beträge an Mikroorganismen/Bakterien zu fixieren bzw. festzuhalten;
(c) wenn es in einer Belüftungsanlage verwendet wird, dann setzt es das verfügbare Volumen der Belüftungsanlage nicht zu stark herab; und
(d) das Wachsen der Mikroorganismen/Bakterien verursacht kein Auftreten von Verstopfung.
(e) Die Leerräume und Formen des Füllmaterials können in gewünschter Weise verändert werden, und zwar insbesondere in Abhängigkeit von der Qualität des Abwassers, der BOD-BeIastung, des Betrags an Schlamm, etc.;
(f) das Füllmaterial hat ein geringes Gewicht und ist hart, fest und zäh sowie widerstandsfähig gegenüber Zersetzung über lange Zeitdauern hinweg.
(g) Wenn das poröse Füllmaterial durch Verbinden von Fäden unter Verwendung eines Klebemittels hergestellt wird, dann ist die Klebewirkung einer Zerstörung durch Bakterien ausgesetzt, wohingegen die Klebewirkung bzw. die Haftung bei der dreidimensionalen, netzartigen Anordnung von Fäden gemäß der Erfindung nicht durch Bakterien zerstört wird, sondern semipermanent stabil ist, da die Fäden durch Schmelzhaftung miteinander verbunden sind.
Das Füllmaterial nach der Erfindung kann infolgedessen nicht nur in allgemeinen Wasserkläranlagen benutzt werden, sondern auch in Anlagen bzw. Ausrüstungen zur Behandlung unterschiedlicher Arten von industriellen Abwässern. Darüberhinaus kann es nicht nur zur Herabsetzung des BOD (oder des COD) verwendet werden, sondern auch für die Entfernung des Stickstoffgehalts oder für dergleichen tertiäre Behandlungen. Auf diese Weise erhält man bei BOD-Volumenbelastungen im Bereich von 0,15 bis 1,7 kg-BOD/ra .Tag und bei Verwendung des Füllmaterials in 40 bis 50% scheinbarem bzw. tatsächlichem Volumen, bezogen auf das Volumen der Belüftungsanlage, behandeltes Wasser von
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guter, stabiler Qualität und von niedrigem SS-Gehalt. Wenn das Füllmaterial verwendet wird, dann wird die Mikroflora in der Kläranlage überwiegend von Fadenbakterien besetzt, und es wird möglich, Schlamm (Fadenbakterien) von hoher Dichte und Aktivität wiederzuerhalten, d.h. daß das Füllmaterial eine hohe Kapazität für die SS-Retention hat. Außerdem wird es durch Verwendung des Füllmaterials möglich, eine stabile Nitrierung von Ammoniakstickstoff zu bewirken.
Es sei nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein Ausführungsbeispiel des Füllmaterials nach der Erfindung gezeigt ist, und zwar handelt es sich um ein gepreßtes, geformtes oder formgepreßtes Erzeugnis 3» das eine dreidimensionale, netzartige Anordnung von synthetischen Harzfäden umfaßt bzw. aufweist; diese Anordnung ist so gepreßt, geformt oder formgepreßt, daß sie eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, die gleichartig bzw. ähnlich wie in einem Waffelbzw. Wabenmuster sind. Die Herstellung erfolgt dadurch, daß man Polypropylenharzfäden 1, die nach abwärts aus Düsen (nicht dargestellt) extrudiert bzw. stranggepreßt werden, zieht, während sich die Fäden noch nicht verfestigt haben, und zwar erfolgt das Ziehen mit einer Geschwindigkeit, die niedriger als die Spinngeschwindigkeit ist, so daß jeder Faden 1 zu einer Spirale, Schlange oder dergl. gekräuselt wird und es zu einer Schmelzhaftung der Fäden 1 aneinander an deren Kontaktstellen kommt. Unmittelbar anschließend erfolgt das Abkühlen der durch Schmelzhaftung verbundenen Fäden zum Zwecke ihrer Verfestigung. Das Füllmaterial wird in einen Abfallwasserbehandlungstank bzw. -behälter 4 eingefüllt und innerhalb des Tanks eingetaucht. Dieses Ausführungsbeispiel eines Füllmaterials nach der Erfindung hat insbesondere die Vorteile, daß es außerordentlich leicht herstellbar ist und daß eine Anzahl derartiger Füllmaterialien leicht, z.B. parallel zueinander, in einen Behandlungstank in einer Ordnung eingefüllt werden kann, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
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Unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des Füllmaterials nach der Erfindung, wie es oben veranschaulicht wurde, wurde ein Experiment einer Abwasserbehandlung durchgeführt; die experimentellen Bedingungen und die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle enthalten.
Behandlungsbedingungen
BOD von zufließendem Zufließendes Wasser Wasser, 100 ppm
Verweilzeit
BOD-Volumenbelastung		 Wasser Standard-
Aktivschlamm
verfahren		 12 Stunden
0,2 kg-BOD/m3.Tag
BOD-SS-Belastung 6,62
(6,55-6,77)		 6,71
(6,00-6,76)		 0,1 kg-BOD/kg.SS.Tag
Behandlungsergebnisse 75,0
(72,0-80,0)		 20,8
(13,0-39,0)
103
(99,0-110,0)		 21,8
(9,0-51,0)		 behandelt durch
0 20,3
(16,0-31,0)		 Aktivschlammverfahren
mit fixiertem Bett
nach der Erfindung
pH 2020 6,56
(6,18-6,84)
(ppm; 9,8
(6,0-14,0)
BOD
(ppm)		 6,8
(6,0-9,0)
SS
(ppm)		 2,8
(2,0-5,0)
MLSS
(ppm)		 3
Bemerkungen:
(1) Die numerischen Werte sind Mittelwerte während der Betriebszeit.
(2) Die numerischen Werte in Klammern sind Minimal- und Maximalwerte.
Diese Ergebnisse zeigen, daß das Aktivschlammverfahren, das unter Verwendung des Füllmaterials nach der Erfindung durchgeführt wird, im Vergleich mit dem konventionellen Aktivschlammverfahren eine ausgezeichnete Kapazität für die Abwasserbehandlung besitzt.
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Es sei nun auf die Fig. 3 bis 5 Bezug genommen, in denen eine andere Ausführungsform des Füllmaterials nach der Erfindung gezeigt ist. In Fig. 3 ist die abwärtsgerichtete Strangpreßform 5 einer Strangpresse so ausgebildet, daß sich eine Ringanordnung mit einer Anzahl von Düsen kleinen Durchmessers ergibt, wobei durch die Düsen eine Anzahl von Fäden 6 aus thermoplastischem, synthetischem Harz (z.B. Polypropylen) in Form eines Rohrs extrudiert wird. Unterhalb der Strangpreßform 5 ist ein doppelwandiger, zylindrischer Kühlmittelinjektor 7» vorzugsweise für Kühlwasser, dessen Innenwände mit einer Anzahl von Düsen 8 versehen sind, so angeordnet, daß die Fäden 6, nachdem sie aus den Düsen der Strangpreßform 5 extrudiert worden sind, durch den zylindrischen Kühlmittelinjektor 7 hindurchlaufen. Unterhalb des Injektors 7 sind Rollen bzw. Walzen 9, 91 vorgesehen, und zwar in der Weise, daß sie die Fäden 6 herausziehen, während diese durch die Wirkung des aus den Düsen 8 spritzenden V/assers gekühlt und verfestigt werden. Im Betrieb werden die Fäden 6 von den Rollen bzw. Walzen 9» 9' mit einer Geschwindigkeit herausgezogen, die niedriger als die Geschwindigkeit ist, mit der die Fäden 6 aus den Düsen der Strangpreßform 5 extrudiert werden; infolgedessen kommt es dazu, daß die weicheren Teile der Fäden oberhalb der wassergekühlten und verfestigten Teile dieser Fäden zu einer Spirale, Schlange oder dergl. gekräuselt und an ihren Kontaktstellen miteinander durch Schmelzhaftung verbunden werden, so daß man ein Rohr 10 mit netzförmigen Wänden erhält. Das erhaltene, endlose Rohr kann in jeder gewünschten Länge abgeschnitten werden.
In Fig. 4 ist ein gleichartiges bzw. ähnliches Ausführungsbeispiel wie in Fig. 3 gezeigt, jedoch mit der Abänderung, daß ein Stab 11 vorgesehen ist, der den inneren Durchmesser definiert bzw. festlegt, und dieser Stab 11 erstreckt sich von der Mitte der unteren Fläche der Strangpreßform in den doppel-
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wandigen, zylindrischen Kühlmittelinjektor 7. Der Stab 11 ist dazu vorgesehen, daß man einen einheitlichen inneren Durchmesser des Rohrs 10 erhält.
In beiden Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht sind, sind die oberen Innenwände des doppelwandigen, zylindrischen Kühlmittelinjektors 7 nach unten bzw. nach dem Boden zu abgeschrägt bzw. konisch ausgebildet, so daß sie einen trichterförmigen Hohlraum im oberen Hohlraumbereich des Injektors begrenzen. Weiterhin ist der nach einwärts vorstehende, untere Rand 12 an seinem Boden mit einer Düse 8' versehen, von der ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, gespritzt wird, um zu verhindern, daß extrudierte Fäden 6 an den inneren Oberflächen des Kühlmittelinjektors 7 anhaften.
Das sich ergebende Rohr hat einen Hohlraum, der von kreisförmigem Querschnitt ist, wie Fig. 5 zeigt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Hohlraum auch jede andere gewünschte Querschnittsform haben kann, z.B. luffaförmig.
Das auf diese Weise erhaltene Rohr wird in einen Wasserbehandlungstank bzw. -behälter in geeigneter bzw. angemessener Ordnung eingetaucht und eingefüllt. Jedoch ist ein solches Rohr auch zur Verwendung als Drainagerohr für die unterirdische Drainage geeignet. Die wasserdurchlässige Fläche des Rohrs ist größer als diejenige von konventionellen, porösen Rohren aus synthetischem Harz, und zwar um 20 bis 3O?6. Darüberhinaus weist das Rohr eine ausgezeichnete Druckfestigkeit bzw. -dichtheit auf, und infolgedessen ist es, wenn es in den Erdboden eingegraben worden ist, widerstandsfähig gegen Beschädigungen aufgrund des Erddruckes. Außerdem sind die wasserdurchlässigen Poren in dem Drainagerohr dicht über die gesamte Oberfläche verteilt, so daß ein Verstopfen der Poren verhindert werden kann. Zusätzlich kann die Dichte, d.h.
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- rr-
der wasserdurchlässige Flächenanteil des Drainagerohrs, leicht der Qualität des Erdbodens angepaßt werden, den die Erde hat, in welche das Rohr eingegraben werden soll; und diese Anpassung läßt sich durch geeignete Einstellung der Bedingungen für das Formen bzw. Pressen bzw. Formpressen erreichen, wie z.B. durch Einstellung der Temperatur oder der Viskosität der geschmolzenen Fäden aus synthetischem Harz, die aus den Düsen extrudiert werden, oder durch Einstellung der Geschwindigkeit, mit der die Fäden extrudiert werden, mit der sie nach abwärts wandern, mit der sie gekühlt und verfestigt oder gezogen werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß Abkürzungen, die in der Beschreibung verwendet wurden, folgende Bedeutung haben:
BOD = biochemischer Sauerstoffbedarf COD = chemischer Sauerstoffbedarf
SS = suspendierter Feststoff
HLSS = Gemischte Flüssigkeit suspendierter Feststoff.
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    (Y) Füllmaterial für die Abwasserbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß es eine dreidimensionale, netzartige Anordnung von gekräuselten Fäden (1,6) aus synthetischem Harz aufweist, die an ihren Berührungsstellen durch Schmelzhaftung miteinander verbunden sind.
  2. 2. Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harz Polypropylen ist.
  3. 3. Füllmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fäden (1,6) im Bereich von 1 bis 2 mm liegt.
  4. 4. Füllmaterial nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leervolumen der Anordnung (3,10) von 80 bis 9896 beträgt.
  5. 5. Füllmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (3) eine Mehrzahl von Kanälen (2) aufweist, die durch dieselbe hindurchgehen.
  6. 6. Füllmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (10) die Form eines Rohrs hat.
  7. 7. Verwendung des Füllmaterials nach Anspruch 6 als Entwässerungs- bzw. Drainagerohr.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung des Füllmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :
    709830/0895
    ORIGINAL INSPECTED
    Ziehen von aus Düsen extrudierten Fäden von synthetischem Harz,während dieselben noch nicht verfestigt worden sind, mit einer Geschwindigkeit, die niedriger als die Spinngeschwindigkeit ist, so daß jeder Faden gekräuselt wird, insbesondere zu einer Spirale, Schlange oder dergl., und daß die Fäden an ihren Berührungsstellen miteinander durch Schmelzhaftung verbunden werden; und
    unmittelbar danach gefolgt von einem Kühlen der durch Schmelzhaftung verbundenen Fadenanordnung zu deren Verfestigung, sowie Formen oder Pressen oder Formpressen der Anordnung zu einer gewünschten Gestalt.
    7 0 9830/0895
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