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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Element mit hohem mechanischen
Widerstand und hoher Vibrationsdämpfung
und auf ein Verfahren zu dessen Anwendung.
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Insbesondere
wird das erfindungsgemäße Element
nicht unbedingt vorzugsweise für
Handgriffe von Werkzeugen verwendet, wie zum Beispiel Hammer, Schmiedehammer,
Werkzeuge zum Fällen
von Bäumen
oder zum Ernten von Früchten, Äxte und dergleichen,
sondern auch zum Herstellen von Konstruktionen, welche hohe mechanische
Eigenschaften, gute Verarbeitungseigenschaften und gleichzeitig
eine hohe Vibrationsdämpfung
erfordern, kombiniert mit speziellen physikalischen Eigenschaften, wie
zum Beispiel Korrosionsbeständigkeit
und das Nichtvorhandensein von Hygroskopie von Porosität, von Schrumpfen
und von Dilatation.
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Es
ist eine allgemein bekannte Tatsache, dass Elemente, welche zur
Anwendung in der Hand gehalten werden müssen, wie zum Beispiel Handgriffe
und dergleichen, und welche eine mechanische Widerstandsfähigkeit
besitzen und Vibrationen dämpfen
können,
traditionell aus Holz gefertigt sind, um eine beträchtliche
technologische Leistungsfähigkeit
wegen der Faserstruktur des Holzes zu garantieren (Spalt- und Schneidfähigkeit,
Flexibilität,
Sauberkeit und Verformbarkeit), kombiniert mit physikalischen Eigenschaften
(Porosität,
Dichte, Hygroskopie, Homogenität,
Schrumpfen und Dilatation) und einer guten Vibrationsdämpfung.
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Jedoch
erweisen sich in bestimmten Fällen die
mechanischen Eigenschaften von Holz (Zugfestigkeit, Druckfestigkeit,
Biegefestigkeit, Schneidfähigkeit,
Torsionsfestigkeit) als nicht ausreichend für bestimmte Anwendungen, zum
Beispiel wenn die vorwiegende Belastung starke Stöße beinhaltet
(Stoßbelastung)
oder Biegung beinhaltet.
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Ergebnisse
haben gezeigt, dass Holz, welches in Form eines Handgriffs in einer
breiten Vielfalt von Arbeitsbereichen eingesetzt wird, in diesen
Fällen
wegen seiner Beschaffenheit brechen kann.
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Darüber hinaus
kann Holz mit Verschleißmerkmalen
splittern und den Anwender verletzen, und sobald es Umwelteinflüssen ausgesetzt
ist (zum Beispiel wenn es im Freien bleibt), neigt es wegen seiner
hygroskopischen Eigenschaft dazu, zu schrumpfen oder sich zu weiten,
und verursacht auf diese Weise einen Spielraum zwischen dem Holz und
den anderen Elementen, welche an ihm befestigt sind, und welche
gewöhnlich
aus Metall gefertigt sind.
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Um
diese Probleme auszuräumen,
sind andere Typen von Handgriffen aus einem Kunststoffkern gefertigt
worden, welcher mit Glasfaser verstärkt wurde, welches als eine
Beschichtung dient und dafür
sorgt, dass die richtige Griffigkeit vorhanden ist.
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Jedoch
haben auch diese Lösungen
viele Probleme geschaffen, hauptsächlich wegen dem Umstand, dass
der glasfaserverstärkte
Kunststoffkern die Vibrationen überträgt, welche
durch den Werkzeugeinsatz hervorgerufen werden, und so die Vibrationen
auf den Arm des Anwenders übertragen werden,
nahezu ohne eine Dämpfung,
wodurch Folgeschäden
an dem Arm verursacht werden.
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Darüber hinaus
müssen,
sobald Glasfaser für
Handgriffe und dergleichen verwendet wird, Spezialklebstoffe verwendet
werden, um eine korrekte Klebeverbindung zwischen den verschiedenen
Komponenten zu schaffen, und dies führt zu einer beträchtlichen
Erhöhung
der Produktionszeit, zu einem höheren
Arbeitsbedarf, und zu einem Anstieg der Produktionskosten, und auch
dem Fakt, dass alle Klebstoffe unterschiedliche Alterungszeiten
aufweisen, welche die chemischen und physikalischen Eigenschaften
beeinflussen.
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Der
Gebrauch von Klebstoffen kann verhindert werden, aber dies verursacht
lange Vorbereitungszeiten der Form, in welcher die verschiedenen Komponenten
angeordnet werden.
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Diese
Situation hat einen beträchtlichen
Einfluss auf die Produktionskosten und erfordert unakzeptabel hohe
Qualitätsanforderungen. US-A-5,588,343
und US-A-4,334,563 beschreiben ein Element gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1. Deshalb besteht die in dieser Erfindung gestellte technische
Aufgabe darin, ein Element mit sehr hohem mechanischen Widerstand
und einer hohen Vibrationsdämpfung
zu schaffen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung, welches die
technischen Probleme gemäß dem Stand
der Technik löst.
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Innerhalb
des Gesamtkomplexes dieser technischen Aufgabe besteht eine Teilaufgabe
dieser Erfindung darin, ein Element zu schaffen, dass sowohl hervorragende
chemische und physikalische Eigenschaften aufweist, als auch Vibrationen
sehr wirkungsvoll dämpfen
kann, welche während
der Anwendung erzeugt werden.
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Eine
andere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Element und
ein Verfahren zur Herstellung des genannten Elementes zu schaffen,
ohne einen Bedarf an spezialisierten Arbeitskräften, mit einer kurzen Produktionszeit
und unter Anwendung von automatiechen Produktionsverfahren.
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Eine
weitere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Element zu
schaffen, welches wegen seiner über
einen langen Zeitraum beständigen
physikalischen und chemischen Eigenschaften extrem zuverlässig ist,
welches derart konstruiert werden kann, dass es keine Funktionseinbußen aufgrund
der unvermeidlichen Alterung von einigen seiner Komponenten zeigt,
wie zum Beispiel des Klebstoffes.
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Die
letzte, aber keinesfalls die geringste Teilaufgabe der Erfindung
besteht darin, ein Element und ein Herstellungsverfahren zu schaffen,
welche im Wesentlichen wirtschaftlich sind, und welche unter Anwendung
eines Pultrusionsverfahrens ausgeführt werden können, welches
im Wesentlichen automatisch abläuft.
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Die
erfindungsgemäßen technischen
Aufgabenstellungen werden genauso wie andere Aufgabenstellungen
gelöst,
indem ein Element gemäß Anspruch
1 mit hohem mechanischen Widerstand und einer hohen Vibrationsdämpfung vorgesehen
wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Elementes gemäß Anspruch
9 mit einem sehr hohen mechanischen Widerstand und einer hohen Vibrationsdämpfung.
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Darüber hinaus
sind die anderen Kennzeichen dieser Erfindung in den davon abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die
weiteren Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden anhand der
Beschreibung einer bevorzugten aber nicht einschränkenden
Ausführungsform
des Elementes mit einem hohen mechanischen widerstand und einer
hohen Vibrationsdämpfung
deutlicher erkennbar, und des Verfahrens zu dessen erfindungsgemäßen Herstellung,
wobei das Element in einer erklärenden
aber keinesfalls einschränkenden
Art und Weise in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, in welchen:
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die 1 einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen Elementes
zeigt, welches als ein Handgriff definiert ist, und ein in gestrichelten
Linien dargestelltes Werkzeug, welches in diesem Fall rein als Beispiel
als ein Hammerkopf dargestellt ist; und
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die 2 und 3 jeweils
als Querschnitt und als Perspektivansicht eine unterschiedliche
Ausführungsform
des in 1 dargestellten Elementes zeigen.
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Mit
Bezug auf die oben genannten Abbildungen wird das dargestellte Element
mit hohem mechanischen Widerstand und der hohen Vibrationsdämpfung in
allen Zeichnungen mit der Bezugsnummer 1 versehen.
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Das
Element 1, welches wie oben erklärt wurde, vorzugsweise ein
Element sein kann, welches als ein Handgriff für bestimmte Werkzeuge verwendet
wird oder zum Fällen
von Pflanzen oder dergleichen verwendet wird, umfasst mindestens
einen inneren Kern 20, welcher aus mindestens einem ersten Werkstoff 2 mit
einem vorwiegend sehr hohen mechanischen Widerstand besteht, nur
mittels chemischer Bindung und ohne die Anwendung von Klebstoffen
mit einem mindestens zweiten Werkstoff 3 verbunden, mit
vorwiegend sehr hohen elastischen Eigenschaften.
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Insbesondere
wird die Struktur eines Werkzeughandgriffs hier nachfolgend beschrieben
als eine bevorzugte aber nicht einschränkende Ausführungsform, wobei berücksichtigt
wird, wie vorher erklärt
wurde, dass ein Element, welches die oben genannten chemischen und
physikalischen Eigenschaften erfordert, auch für andere Anwendungen produziert
werden kann.
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Beispielsweise
wird in dem Fall eines Werkzeughandgriffs der erste Werkstoff 2 verwendet,
um zwei oder mehr stangenförmige
Elemente 4 zu bilden, welche im Wesentlichen dieselbe Länge aufweisen
wie der Handgriff, welcher hergestellt wird.
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Der
zweite Werkstoff 3 wird zwischen diese stangenförmige Elemente
eingefügt,
wie nachfolgend weiter beschrieben wird, um die eigentliche Dämpfung 5 zu
bilden, um die Vibrationen zu dämpfen,
welche dazu neigen, entlang der zwei stangenförmigen Elemente übertragen
zu werden, sobald der Handgriff einem Stoß ausgesetzt wird, welcher
während
des Werkzeuggebrauchs auftritt.
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Vorteilhafterweise
wird der Kern 20 erhalten, indem einfach der erste Werkstoff 2 mit
dem zweiten Werkstoff 3 mittels chemischer Bindung verbunden wird,
welche durch eine Wärmeanwendung
mit einer erprobten Temperatur erzielt wird, und ohne die Anwendung
von Klebstoffen zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstoff, oder
mittels der Anwendung eines Klebstoffes in dem Fall einer Adhäsionsinkompatibilität zwischen
den zwei Werkstoffen.
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Dies
vereinfacht und beschleunigt die Herstellung des Kernes 20,
und ermöglicht
auch die Herstellung ohne einen Bedarf an spezialisierten Arbeitskräften für die Produktionsvorbereitung,
wodurch beträchtliche
Vorteile wegen einer großen
Einsparung bei Kosten und Zeit erzielt werden.
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Entsprechend
besteht der erste Werkstoff (wie zum Beispiel TPV, PP, PET) aus
einem thermoplastischen Harz, in welches eine Vielzahl von natürlichen
oder synthetischen Fasern eingelegt ist (beispielsweise Glasfaser),
und der zweite Werkstoff besteht aus einem elastomeren Polymer,
wie zum Beispiel einem thermoplastischen Polyurethan.
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Beispielsweise
kann der erste Werkstoff aus einem künstlichen Polyurethanthermoplastpolymer bestehen,
industriell bekannt unter dem Namen ETPU (Engineering Thermoplastic
Polyurethane) und der zweite Werkstoff umfasst einen elastomeren Polymer,
vorzugsweise vom Typ eines Polyurethans.
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Bei
Element 1 kann der Kern 20 auch mit einer Deckschicht 6 aus
einem elastomeren Polymer überzogen
werden.
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Vorteilhafterweise
werden die stangenförmigen
Elemente 4 unter Verwendung eines Pultrusionsverfahrens
hergestellt.
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Ein
Koextrusionskopf wird verwendet, um in einer linearen und fortlaufenden
Art und Weise die zwei stangenförmigen
Elemente 4 zu verbinden, welche mittels Pultrusion hergestellt
werden, mit dem zweiten Werkstoff 3, um das Dämpfungselement 5 zu bilden.
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Beispielsweise
kann die Deckschicht 6, welche aus einem dritten Werkstoff
gefertigt ist, welcher aus einem elastomeren Polymer besteht, auf
dem Kern 20 mittels eines zweiten Koextrusionskopfes angebracht
werden.
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In
dem Fall, in welchem die Form der Handgriffe von der zylindrischen
Form abweicht, beispielsweise bei ergonomisch geformten Handgriffen,
kann der dritte Werkstoff als ein elastomerer Kunststoff 6 einer
formgebenden Wärmebehandlungsstufe
unterzogen werden.
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Bei
einer konstruktiven Variante kann die chemische Bindung zwischen
dem ersten und dem zweiten Werkstoff direkt während der Stufe ablaufen, in
welcher die Glasfasern mit dem thermoplastischen Harz getränkt werden.
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In
dem in 1 dargestellten Fall weist jedes der stangenförmigen Elemente 4 eine
ebene Oberfläche 10 auf,
und eine gekrümmte
Oberfläche 11.
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Dies
bedeutet, dass die Dämpfung 5,
welche aus dem zweiten Werkstoff gefertigt ist, zwischen die zwei
ebenen Oberflächen 10 eingefügt werden
kann.
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Bei
dieser Lösung
wird während
eines starken Stoßes
die Hauptbiegung im Handgriff entlang der zwei ebenen Oberflächen 10 auftreten,
wodurch eine Gleitbewegung zwischen beiden Elementen wegen der Elastizität des Dämpfungswerkstoffes
zustande kommt, welcher zwischen die zwei ebenen Oberflächen eingefügt ist.
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Gleichzeitig
werden die Vibrationen gedämpft
und können
sich nicht mehr entlang des Handgriffes ausbreiten.
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In
dem in 2 dargestellten Fall sind vier stangenförmige Elemente
vorhanden, und ein Längsträger mit
einem kreuzförmigen
Querschnitt, welcher aus dem zweiten Werkstoff gefertigt ist, ist
zwischen die vier Elemente eingefügt.
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In
diesem Fall kann eine Biegung um eine Achse auftreten, welche jede
Richtung im gesamten 360° Winkelbereich
einnehmen kann, und die Vibrationsdämpfung ist hervorragend.
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Entsprechend
den Erfordernissen kann die Konfiguration der stangenförmigen Elemente
unterschiedlich sein.
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Beispielsweise
können
die stangenförmigen Elemente
in bestimmten Fällen
Scheiben sein oder dergleichen.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Elementes
mit hohem mechanischen Widerstand und hoher Vibrationsdämpfung ist
der Beschreibung und den Abbildungen zu entnehmen.
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Beispielsweise
zeigt 1 einen Hammerkopf in gestrichelten Linien, welcher
mit der Bezugsnummer 15 versehen ist.
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Sobald
ein Hammer verwendet wird, um mit einem starken Schlag auf etwas
zu treffen, neigen die stangenförmigen
Elemente dazu, die Vibrationen zu übertragen, welche durch den
Längsträger 5 und
die Deckschicht 11 gedämpft
werden.
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Darüber hinaus
wird eine leichte Gleitbewegung zwischen den zwei stangenförmigen Elementen
angeregt, um den Stoß weiter
zu dämpfen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung
eines Elementes mit einem hohen mechanischen Widerstand und einer
hohen Vibrationsdämpfung.
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Das
Verfahren beruht auf einer automatisiert ablaufenden Verbindung
eines ersten Werkstoffes mit vorwiegend hohen mechanischen Eigenschaften mit
mindestens einem zweiten Werkstoff mit vorwiegend hoch elastischen
Eigenschaften ohne die Anwendung von Klebstoffen.
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Vorteilhafterweise
wird diese Verbindung insbesondere mittels chemischer Bindung hergestellt, welche
mit einer Wärmeanwendung
bei einer erprobten Temperatur zustande kommt.
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In
einer konstruktiven Variante und in dem Fall, bei welchem der erste
und der zweite Werkstoff wechselseitig für eine Bindungsadhäsion nicht
geeignet sind, können
sie mit einem chemischen Bindemittel zusammengeklebt werden.
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Auf
diese Weise wird ein Kern gebildet, welcher eventuell noch mit mindestens
einem dritten Werkstoff überzogen
werden kann.
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Vorteilhafterweise
wird der erste Werkstoff unter Verwendung eines thermoplastischen
Harzes hergestellt, in welchem eine Vielzahl von natürlichen oder
synthetischen Fasern eingelegt ist (beispielsweise Glasfaser), und
wird der zweite Werkstoff unter Verwendung eines elastomeren Polymers
hergestellt wie zum Beispiel einem thermoplastischen Polyurethan.
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Beispielsweise
kann der erste Werkstoff ein künstlicher
Polyurethanthermoplastpolymer sein, industriell bekannt unter dem
Namen ETPU (Engineering Thermoplastic Polyurethane) und umfasst
der zweite Werkstoff ein elastomeres Polymer, vorzugsweise vom Typ
eines Polyurethans.
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Die
Deckschicht ist aus einem elastomeren Polymer gefertigt.
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Vorteilhafterweise
werden die stangenförmigen
Elemente 4 unter Anwendung eines Pultrusionsverfahrens
gefertigt.
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Die
zwei stangenförmigen
Elemente 4, welche unter Anwendung eines Pultrusionsverfahrens gefertigt
sind, werden in einer linearen und fortlaufenden Art und Weise unter
Verwendung eines Koextrusionskopfes mit einem zweiten Werkstoff 3 verbunden,
welcher den Längsträger 5 bildet,
während
ein zweiter Koextrusionskopf verwendet werden kann, um den dritten
Deckschichtwerkstoff aufzubringen, sofern es notwendig ist.
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Im
Falle von ergonomisch geformten Handgriffen kann nach dem Anbringen
des dritten elastomeren Kunststoffwerkstoffes eine formgebende Wärmebehandlungsstufe
folgen.
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In
einer konstruktiven Variante kann die chemische Bindung zwischen
dem ersten und dem zweiten Werkstoff hergestellt werden, während die
Glasfasern mit dem thermoplastischen Harz getränkt werden. Darüber hinaus
ist es möglich,
den Kern 20 direkt in eine der Formen einzuführen, um
beispielsweise einen Werkzeughandgriff zu erhalten, wobei er zusammen
mit verschiedenen Adhäsionswerkstoffen in
einen thermoplastischen Werkstoff eingegossen wird und zu einem
Verbundwerkstoffkern geformt wird mit einer erfindungsgemäßen Struktur.
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Es
wurde nachgewiesen, dass das Element mit hohem mechanischen Widerstands
und hoher Vibrationsdämpfung,
und das Verfahren zu dessen erfindungsgemäßen Herstellung sich als besonders vorteilhaft
erweisen, weil das Element Vibrationen sehr wirkungsvoll dämpfen kann
und das Herstellungsverfahren wenig Zeit in Anspruch nimmt und keine
spezialisierten Arbeitskräfte
erfordert, und deshalb sehr kostengünstig ist.
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Das
Element mit einem hohen mechanischen Widerstand und einer hohen
Vibrationsdämpfung,
und das Verfahren zu dessen erfindungsgemäßen Herstellung können mit
zahlreichen Varianten und Modifikationen produziert werden, von
welchen sich alle innerhalb des Anwendungsbereiches der Ansprüche befinden.