EP0481951A2 - Flachrezipient für Strangpressen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Flachrezipient für Strangpressen und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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EP0481951A2
EP0481951A2 EP91890205A EP91890205A EP0481951A2 EP 0481951 A2 EP0481951 A2 EP 0481951A2 EP 91890205 A EP91890205 A EP 91890205A EP 91890205 A EP91890205 A EP 91890205A EP 0481951 A2 EP0481951 A2 EP 0481951A2
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inner sleeve
parts
stresses
opening
flat
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Werner Dr. Mitter
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Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH
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Boehler Edelstahl GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C27/00—Containers for metal to be extruded

Definitions

  • the invention relates to a flat recipient for extrusion presses consisting of an inner sleeve, optionally formed from several parts, with a non-circular opening, which has rounded edges on the narrow sides of the cross-sectional area, and a further part, which is arranged essentially concentrically and is preferably connected to the inner sleeve by a shrink fit.
  • the invention relates to a method for producing flat receptacles according to the preamble of claim 7.
  • Recipients or block receivers with a flat opening or receiving chamber are used for the production of thin-walled flat profiles made of metals or alloys in extrusion presses.
  • the extrusion process is usually isothermal, so that at least parts, in particular the inner sleeve of the recipient, are heated by heating means to working temperatures of 400 ° C. to 550 ° C. or are kept at them.
  • internal pressures of 300 to 500 N / mm 2 generally occur, which can increase even higher with special materials and / or special profiles. Such high pressure loads lead to elastic deformation or elastic expansion of the recipient during the pressing process.
  • the inner wall of the inner sleeve experiences pulsating or alternating mechanical stresses, in particular on the narrow side or at the fillets of the opening.
  • Unstable tensile stresses particularly at elevated temperatures, can cause cracks even at low loads on the material, which may require the inner sleeve to be replaced or lead to the recipient breaking.
  • attempts have already been made to increase the number of concentrically arranged structural and supporting elements and to apply higher shrinkage stresses.
  • the invention has for its object to provide a flat recipient for extrusion presses with a non-round, narrow in the transverse axis, limited by roundings, in which the risk of cracking is avoided in the area of the roundings of the opening at high internal pressures and increases its service life and operational reliability will.
  • the object is achieved in that, at least in the area of the fillets of the opening, the wall parts in the transverse axis direction or the fillet parts of the inner sleeve have mechanical stresses which are compressive stresses in the zone of the wall or the fillet parts adjacent to the inner surface.
  • the invention is based on a further object of creating a method for producing receptacles with a flat opening, with which compressive stresses are formed in the zones of the inner sleeve near the inner surface.
  • a three-part flat recipient 1 is shown in cross section, which in the transverse axis direction AB has a flat opening 2 or a flat sensor chamber for a block.
  • the flat opening 2 is arranged centrally in an inner sleeve 3 provided with heating medium bores 32, which in turn is surrounded by a concentric intermediate sleeve 4 and an outer jacket 5, which also has heating medium bores 51.
  • the flat container 1, in particular the inner sleeve 3 is heated to an operating temperature of 500 ° to 540 ° C. by heating rods or the like in order to enable a largely isothermal pressing process.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a mechanical treatment of a one-piece inner sleeve 3 according to the invention.
  • pressure forces are applied to the inner surface of the inner sleeve via pressure surfaces 7 by pressure means 8 centrally across the longitudinal extension AB of the opening 2, which forces the inner sleeve to expand or become oval 9 .
  • mechanical stresses are formed which, when the compressive forces in the zones on the inner surfaces 31 and 31 'of the fillets are correspondingly high, cause plastic material deformations.
  • Fig. 3 shows a stress distribution S over the wall thickness AA 'after a mechanical treatment of the inner sleeve, the tensile stresses with Z and the compressive stresses with D are marked in the diagram.
  • the tensile stresses with Z and the compressive stresses with D are marked in the diagram.
  • the inner sleeve forming an opening 2 consists of fillet wedges 34 and 34 'and flat parts 35 and 35' provided with heating medium bores 32.
  • surface cracks occur in the central region 31 31' of the rounding-out parts 34 and 34 'in spite of a segmental construction of the inner sleeve.
  • cracking can be prevented if there are increased compressive stresses in the material in a zone in the area of the inner surfaces 31 and 31 'of the fillet portions 34, 34'.
  • FIG. 5 shows a device with which fillet parts 34, 34 'can be treated in a simple manner.
  • a rounded part 34, 34 'with an essentially circular segment-shaped cross section is applied to a base 10, 10' with a preferably concave bearing surface, which can act as a dimension, such that at least one segment end is at a distance from the bearing surface.
  • the rounded part 34, 34 ' is bent up by pressure means 8', inhomogeneous plasticization taking place over the cross section and stress relief being achieved after relief, as shown in FIG. 3.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem Flachrezipienten für Strangpressen, welcher aus mehreren Teilen (3,4,5) gebildet ist und einen durch Ausrundungen begrenzten Durchbruch (2) aufweist sowie einem Verfahren zur Herstellung desselben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Innenbüchse (3) oder die Ausrundungsteile über deren Längserstreckung mechanisch oder thermisch behandelt werden, während welcher Behandlung zumindest teilweise eine plastische Verformung des Werkstoffes unterhalb der Anlaßtemperatur durchgeführt wird und zumindest im Bereich der Ausrundungen in der oberflächennahnen Zone (31,31') der Innenbüchse (3) erhöhte Druckspannungen gebildet sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Flachrezipienten für Strangpressen bestehend aus einer, gegebenenfalls aus mehreren Teilen gebildeten Innenbüchse mit einem unrunden Durchbruch, welcher an den Schmalseiten der Querschnittsfläche Ausrundungen aufweist, und einem, im wesentlichen konzentrisch angeordneten, vorzugsweise durch Schrumpfsitz mit der Innenbüchse verbundenen, weiteren Teil.
  • Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Flachrezipienten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7. Rezipienten oder Blockaufnehmer mit flachem Durchbruch oderAufnehmenkammerwerden für die Herstellung von dünnwnandigen Flachprofilen aus Metallen oder Legierungen in Strangpressen eingesetzt. Der Strangpreßvorgang erfolgt zumeist isotherm, sodaß zumindest Teile, insbesondere die Innenbüchse des Rezipienten, durch Heizmittel auf Arbeitstemperaturen von 400°C bis 550°C gewärmt bzw. bei diesen gehalten werden. Beim Auspressen des Blockes durch eine formgebende Matrize treten in der Regel Innendrücke von 300 bis 500 N/mm2 auf, welche bei Sonderwerkstoffen und/oder Sonderprofilen noch höher steigen können. Derartig hohe Druckbelastungen führen zu einer elastischen Verformung bzw. einer elastischen Aufweitung des Rezipienten während des Preßvorganges. Die Innenwand der Innenbüchse erfährt dadurch, insbesondere an der Schmalseite bzw. an den Ausrundungen des Durchbruches, pulsierende oder wechselnde mechanische Spannungen. Durch unstete Zugspannungen können jedoch, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, schon bei niedrigen Belastungen des Werkstoffes Risse entstehen, welche gegebenenfalls ein Auswechseln der Innenbüchse erfordern oder zum Bruch des Rezipienten führen. Um eine Rißinitiationsspannung desMaterials im Durch bruchbereich der Innenbüchse nicht zu überschreiten, wurde schon versucht, die Anzahl der konzentrisch angeordneten Bau- bzw. Stützelemente zu vergrößern und höhere Schrumpfspannungen anzuwenden. Diese Maßnahme konnten jedoch nur teilweise Abhilfe schaffen; an den Schmalseiten des Durchbruches bzw. in den Ausrundungen, insbesondere in den Querachsenbereichen, können geometrisch bedingt trotzdem Spannungsspitzen mit unsteter Wirkungsdauer Materialschädigungen verursachen, die zu Rissen führen. Weiters wurde bereits versucht ( DE-PS-2 417 815), in die Innenwandung der Form- bzw. Innenbüchse an deren, die höchsten Spannungen aufweisenden Bereichen eine in Preßrichtung verlaufende Nut einzuformen und diese mit einer elastischen Schweißnaht wieder zu verschließen. Nachteilig dabei ist, daß neben der Schweißnaht in derwärmebeeinflußten Zone des Werkstoffes der Innenbüchse weiterhin Rißbildung erfolgen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flachrezipienten für Strangpressen mit einem unrunden, in Querachsrichtung schmalen, durch Ausrundungen begrenzten Durchbruch zu schaffen, bei welchem bei hohen Innendrücken die Gefahr der Rißbildung auch im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches vermieden wird und dessen Standzeit und Betriebssicherheit erhöht werden.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches die Wandungsteile in Querachsrichtung oder die Ausrundungsteile der Innenbüchse mechanische Spannungen aufweisen, welche in der an die Innenfläche angrenzenden Zone der Wandung oder der Ausrundungsteile Druckspannungen sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Es wurde gefunden, daß die Entstehung von Rissen in den Innenwandungen oder Innenwandungsteilen der Innenbüchse trotz hoher Innendruckbelastungen während der Strangpreßvorgänge, welche unstete pulsierende oder wechselnde Materialbelastungen bewirken, verhindert werden kann, wenn zumindest in den Bereichen der Ausrundungen in der innenoberflächennahen Zone der Innenbüchse Druckspannungen vorliegen. Weiters wurde gefunden, daß auch beim Auftreten von Spannungsspitzen im Zugbereich diese, auch bei oftmaligem Auftreten, ohne nachteilige Wirkung sind, wenn die Höhe der Zugspannungengeringerais die Rißinitiationsspannung für den Werkstoff bei Betriebstemperatur ist. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Temperatur an der Innenoberfläche zumeist höher als im Inneren der Innenbüchse ist.
  • Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Rezipienten mit flachem Durchbruch zu schaffen, mit welchem in den innenoberflächennahen Zonen der Innenbüchse Druckspannungen gebildet werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den Darstellungen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
    • Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Flachrezipienten,
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Innenbüchse,
    • Fig. 3 eine Spannungsverteilung in einem Wandbereich der Innenbüchse,
    • Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Flachrezipienten mit mehrteiliger Innnenbüchse,
    • Fig. 5 eine Behandlung von Ausrundungsteilen
  • In Fig. 1 ist ein dreiteiliger Flachrezipient 1 im Querschnitt dargestellt, welcher in Querachsrichtung AB einen flachen Durchbruch 2 oder eine flache Aufnehmerkammer für einen Block aufweist. Der flache Durchbruch 2 ist zentrisch in einer mit Heizmittelbohrungen 32 versehenen Innenbüchse 3 angeordnet, welche ihrerseits durch eine konzentrische Zwischenbüchse 4 und einen Außenmantel 5, welcher ebenfalls Heizmittelbohrungen 51 aufweist, umgeben ist. Durch Heizstäbe oder dergleichen wird der Flachrezipient 1 , insbesondere die Innenbüchse 3, auf eine Betriebstemperatur von 500° bis 540°C gewärmt, um einen weitgehend isothermen Preßvorgang zu ermöglichen. Wenn auch, wie herkömmlich durchgeführt, eine Verbindung von Innenbüchse 3 mit der Zwischen, büchse 4 und weiters mit dem Außenmantel 5 durch Aufschrumpfen erfolgt, entsteht während der Pressungen auf Grund von hohen Innendrücken im Durchbruch elastische Aufweitungen des Flachrezipienten 1. Geometrisch bedingt werden die höchsten Zugspannungen im Mantel der Innenbüchse 3 im Bereich der Innenoberflächen 31 und 31' der Ausrundungen gebildet, welche Zugspannungen eine Ursache für eine Entstehung von Rissen im Dauerbetrieb sind, wenn die Spannungen den Rißinitiationswert an der Oberfläche überschreiten.
  • Es hat sich gezeigt, daß durch Druckspannungen an der Innenoberfläche der Innenbüchse 3 auch bei Betriebstemperaturen von 540°C es gelingt, eine Rißbildung zu verhindern. Weiters ist es dadurch möglich, die Dimensionen und/oder hohe Belastungen von Stützteilen wie Zwischenbüchse 4 und Außenmantel 5 zu verringern und wirtschaftliche Vorteile zu erreichen.
  • Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße mechanische Behandlung einer einteiligen Innenbüchse 3. Dabei werden über Druckflächen 7 durch Druckmittel 8 zentrisch quer zur Längserstreckung AB des Durchbruches 2 auf die Innenoberfläche der Innenbüchse Druckkräfte aufgebracht, welche eine Aufweitung bzw. Ovalität 9 der Innenbüchse bewirken. In den schmalseitigen Wandbereichen AA' und BB' erfolgt dabei eine Ausbildung von mechanischen Spannungen, welche bei entsprechend hohen Druckkräften in den Zonen an den Innenoberflächen 31 und 31' der Ausrundungen plastische Materialverformungen verursachen. Durch die in den Wandbereichen AA' und BB' über deren Dicke inhomogene Plastifizierung des Werkstoffes bilden sich bei Entlastung Druckspannungen zumindest im Bereich der Innenoberflächen 31, 31' der Ausrundungen aus. Als Druckmittel 8 sind hydraulische Einrichtungen, Keile und dgl. verwendbar.
  • Fig. 3 zeigt eine Spannungsverteilung S über die Wanddicke AA' nach einer mechanischen Behandlung der Innenbüchse, wobei im Diagramm die Zugspannungen mit Z und die Druckspannungen mit Dgekennzeichnet sind. In der innenoberflächennahen Zone im Bereich A' liegen hohe Druckspannungen d vor, wogegen die sich daraus ergebenden Zugspannungen z im übrigen Wandbereich gering sind.
  • In Fig. 4 ist ein Flachrezipient 1' mit einer mehrteiligen Innenbüchse dargestellt. Die einen Durchbruch 2 bildende Innenbüchse besteht dabei aus Ausrundungskeilen 34 und 34' sowie mit Heizmittelbohrungen 32 versehenen Flachteilen 35 und 35'. Eine Zwischenhülse 4 und ein Außenmantel 5, welcher Heizmittelbohrungen 51 aufweist, umschließen die Innenbüchse. Bei herkömmlichen, derart aufgebauten Flachrezipienten 1' entstehen trotz einer Segmentbauweise der Innenbüchse Oberflächenrisse im zentrischen Bereich 31 31'derAusrundungsteile 34 und 34'. Erfindungsgemäß kann eine Rißbildung verhindert werden, wenn in einer Zone im Bereich der Innenoberflächen 31 und31'derAusrundungsteiie34, 34'erhöhte Druckspannungen im Werkstoff vorliegen.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Einrichtung, mit welcher auf einfache Weise Ausrundungsteile 34, 34' behandelt werden können. Dabei wird auf eine Unterlage 10, 10' mit einer vorzugsweise konkaven Auflagefläche, die als Maß wirken kann, ein Ausrundungsteil 34, 34' mit im wesentlichen kreissegmentförmigem Querschnitt derart aufgebracht, daß zumindest ein Segmentende einen Abstand zur Auflagefläche aufweist.
  • Durch Druckmittel 8' erfolgt ein Aufbiegen des Ausrundungsteiles 34, 34', wobei eine inhomogene Plastifizierung über den Querschnitt erfolgt und nach Entlastung eine Spannungsverteilung, wie in Fig. 3 dargestellt ist, erreicht wird.

Claims (13)

1. Flachrezipient für Strangpressen bestehend aus einer, gegebenenfalls aus mehreren Teilen gebildeten Innenbüchse mit einem unrunden Durchbruch, welcher an den Schmalseiten der Querschnittsfläche Ausrundungen aufweist, und mindestens einem, im wesentlichen konzentrisch angeordneten, vorzugsweise durch Schrumpfsitz mit der Innenbüchse verbundenen, weiteren Teil, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches (2) die Wandungsteile in Querachsrichtung (AB) oder die Ausrundungsteile (34,34') der Innenbüchse (3) mechanische Spannungen aufweisen, welche in der an die Innenoberfläche ( 31, 31') angrenzenden Zone der Wandung (AA', BB') oder der Ausrundungsteile ( 34, 34') Druckspannungen sind.
2. Flachrezipient nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlichen Druckspannungen in den Wandungsteilen oder in den Ausrundungsteilen ( 34,34') in Querachsrichtung (AB) der Innenbüchse (3) zur Innenoberfläche ( 31,31') der Ausrundungen hin ansteigend sind.
3. Flachrezipient nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in den Wandteilen der Innenbüchse durch Schrumpfspannungen des (der) mit der Innenbüchse (3) verbundenen Teiles(Teile), zum Beispiel Außenmantel (5) und/oder Zwischenbüchse (4),überlagert sind.
4. Flachrezipient nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Druckspannung in den Wandteilen gleich oder kleiner der Druckfließspannung des Werkstoffes bei Betriebstemperatur ist.
5. Flachrezipient nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in der Innenbüchse (3) zumindest teilseise Eigenspannungen oder Restspannungen einer teilweisen plastischen Verformung bzw. einer inhomogenen Plastifizierung des Werkstoffes sind.
6. Flachrezipient nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in der Innenbüchse zumindest teilweise Eigenspannungen oder Restspannungen einer entsprechenden Wärmebehandlung sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Flachrezipienten für Strangpressen, welcher aus einer, gegebenenfalls aus mehreren Teilen gebildeten Innenbüchse mit einem unrunden Durchbruch, welcher an den Schmalseiten der Querschnittsfläche Ausrundungen aufweist, und mindestens einem, im wesentlichen konzentrisch angeordneten, mit der Innenbüchse verbundenen Teil besteht, und zumindest im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches die Wandungsteile oder Ausrundungsteile der Innenbüchse Spannungen aufweisen, welche in der der Innenoberfläche angrenzenden Zone der Wandung oder des Ausrundungsteiles Druckspannungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchse (3) oder die Ausrundungsteile (34) über deren Längserstreckung mechanisch oder thermisch behandelt werden, während welcher Behandlung zumindest teilweise eine plastische Verformung bzw. eine über den Querschnitt inhomogene Plastifizierung des Werkstoffes bei einer Temperatur unterhalb der Anlaßtemperatur durchgeführt wird, und bei Beendigung der Behandlung Druckspannungen zumindest im Bereich der Ausrundungen in der oberflächennahen Zone der Innenbüchse (3) oder der Ausrundungsteile (34,34') gebildet werden, worauf die Innenbüchse mit zumindest einem äußeren, im wesentlichen konzentrisch angeordneten Teil, z.B. Außenmantel (5) und/oder Zwischenbüchse (4), vorzugsweise durch Aufschrumpfen, verbunden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchse (3) durch im Durchbruch (2) über Druckflächen (7) wirkende Druckmittel (8) mit senkrecht zur Querachsrichtung (AB) bzw. senkrecht zur Längserstreckung des Durchbruchsquerschnittes (2) nach außen gerichteten Kräften beaufschlagt wird, und in den, insbesondere im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches (2) gelegenen, Wandteilen zumindest teilweise eine über deren Dicke (AA', BB') inhomogen verteilte Plastifizierung des Werkstoffes und eine Bildung einer Ovalität (9) der Innenbüchse (3) bewirkt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,daß die Breite der Druckflächen (7) höchstens 40%, vorzugsweise höchstens 25%, insbesondere 15%, der Längserstreckung des Durchbruchsquerschnittes gewählt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisenden Ausrundungsteile (34,34') von mehrteiligen Innenbüchsen in einem Auflager (10,10') längs eier Erzeugenden der Außenoberfläche (36) diese berührend gehalten oder an diese angelegt werden und durch Druckmittel (8'), im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung gebildete Kräfte, eine Verformung bzw. ein Aufweiten der Kreisringform der Ausrundungsteile (34,34') durchgeführt wird und zumindest teilweise eine über deren Wandstärke inhomogen verteilte Plastifizierung des Werkstoffes bewirkt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchse (3) von der Anlaßtemperatur im wesentlichen durch einen verstärkten Wärmeentzug, z.B. Spritzkühlung, an den Innenoberflächen (31,31') der Ausrundungen des Durchbruches (2) abgekühlt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Durchbruch (2) der Innenbüchse (3) ein zumindest teilweise eine größere Abmessung aufweisender Körper durchbewegt und die oberflächennahe Zone zumindest in Bereichen (31,31') der Ausrundungen unter Bildung von ruckspannungen plastisch verformt wird.
13. Verwendung eines Flachrezipienten gemäß Anspruch 7 bis 10 für die Erzeugung von dünnwandigen Flachprofilen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Strangpressen von Blöcken mit einer Temperatur im Bereich zwischen 450° und 600°C.
EP19910890205 1990-10-12 1991-09-12 Flachrezipient für Strangpressen und Verfahren zu dessen Herstellung Withdrawn EP0481951A3 (de)

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