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Die Erfindung betrifft ein Zählergehäuse eines Fluidzählers zum Einsetzen in eine Rohrleitung, mit einem Gehäusekörper und zwei mit der Rohrleitung zu verbindenden Anschlussstutzen, wobei im Zählergehäuse und den Anschlussstutzen ein Strömungsweg für das zu erfassende Fluid ausgebildet ist.
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Fluidzähler sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, beispielsweise als Durchflussmengenzähler oder als Energie- oder Wärmezähler für Gase oder Flüssigkeiten. Ein bekanntes Beispiel ist der Wasserzähler, der in der Regel zur Mengenerfassung dient. Jeder Zähler weist ein Zählergehäuse mit zwei Anschlussstutzen auf, über die der Zähler in der Rohrleitung montiert wird. In das Zählergehäuse mit seinem im Wesentlichen zylindrischen mittigen Gehäusekörper wird eine Messkapsel eingesetzt. In diese Messkapsel tritt das anströmende Fluid, also beispielsweise Wasser über den Anschlussstutzen und den mittigen Gehäusekörper ein, trifft dort beispielsweise auf ein im kapselseitigen Strömungsweg befindliches Flügelrad und setzt dieses in Drehung, welche Drehbewegung über eine zugeordnete Messsensorik erfasst und als Maß für die durchströmende Menge ermittelt und verarbeitet wird, wonach das Fluid wiederum aus der Messkapsel austritt und in den Gehäusekörper strömt und dort über den Anschlussstutzen wieder in die Rohrleitung eintritt. Im Zählergehäuse ist also über die Anschlussstutzen und den mittigen Gehäuseabschnitt selbst ein Strömungsweg für das Fluid ausgebildet.
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Mitunter kann es in der Rohrleitung zu Druckschlägen kommen, das heißt, es kommt im zum messenden Fluid, beispielsweise Wasser, zu einer plötzlichen spontanen Druckerhöhung, die auch unmittelbar auf den Fluidzähler durchschlägt, und dort insbesondere auf das Zählergehäuse, das den primären Strömungsweg über seine Wandflächen ausbildet. Solche Druckschläge sind insbesondere bei Zählergehäusen aus Kunststoff vornehmlich durch den Gehäusewerkstoff selbst abzufangen, es ist hierfür ein entsprechendes Material mit entsprechender Wandstärke zu verwenden. Das heißt, druckbeaufschlagte bzw. druckgefährdete Gehäuseteile sind entsprechend stark zu dimensionieren und zu optimieren, um die geforderte Druckfestigkeit in jedem Fall zu gewährleisten. Dies gilt auch für entsprechende Gehäuseabschnitte in der Messkapsel, dort beispielsweise eine Druckplatte, durch die innerhalb der Messkapsel der fluiddurchströmte Bereich mit dem Flügelrad vom trockenen, das Zählwerk enthaltenen Bereich abgekoppelt wird. Die Flügelraderfassung erfolgt beispielsweise durch magnetische Kopplung des Flügelrads mit dem Zählwerk durch die Druckplatte hindurch, weshalb die Druckplatte im Übertragungsbereich nur eine geringe Wandstärke besitzen darf, gleichwohl aber mitunter beachtlichen Druckbelastungen ausgesetzt ist. Die Geometrie und Bemaßung der Druckplatte ist folglich relativ kritisch und muss an die gegebene Bausituation optimiert angepasst werden, um eine sichere Erfassung bei gleichzeitiger Drucksicherheit zu gewährleisten.
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Aus
EP 1 308 702 A2 ist ein Zähler der eingangs genannten Art bekannt, mit einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuse mit einem Sensorhohlraum, wobei in dem Hohlraum ein Halleffektsensor angeordnet ist. Der Sensorhohlraum kann vergossen sein und einen Temperatursensor aufweisen.
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GB 2 101 219 A beschreibt die Herstellung von Fluidzählern, wobei die Komponenten des Fluidzählers wie Wandabschnitte, Rotoren, Wellen und Lager etc. aus synthetischem Kunststoffmaterial gefertigt sind.
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Aus
EP 1 155 803 A2 ist die Herstellung eines Fluidzählergehäuses aus Kunststoff durch Spritzen der Kunststoffmasse in eine Form bekannt.
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In
US 2003/0140693 A1 wird eine Geometrie eines elliptischen Bodens eines zweiteiligen Fluidzählergehäuses aus Kunststoff beschrieben, wobei Anschlussstutzen mittels einer elliptischen Geometrie an einem Grundkörper angebunden sind.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Zählergehäuse anzugeben, das weitgehend unempfindlich gegenüber etwaigen Druckschlägen im Fluid ist. Zur Lösung des Problems ist bei einem Zählergehäuse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Gehäusekörper und/oder an wenigstens einem Anschlussstutzen wenigstens ein den Strömungsweg begrenzender elastischer Wandabschnitt vorgesehen ist, der durch eine Erhöhung des Fluiddrucks in Form einer Druckspitze derart elastisch verformbar ist, dass es verformungsbedingt zu einer reversiblen Volumenvergrößerung kommt, durch die die Druckerhöhung zumindest teilweise kompensiert wird, wobei der Wandabschnitt eine hinter ihm angeordnete Hohlkammer, die im übrigen von dem Gehäusekörper oder dem Anschlussstutzen begrenzt ist, flüssigkeitsdicht abschließt.
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Gemäß einer alternativen Lösung des Problems ist bei einem Zählergehäuse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Gehäusekörper und/oder in wenigstens einem Anschlussstutzen wenigstens ein den Strömungsweg begrenzender elastischer Wandabschnitt vorgesehen ist, der durch eine Erhöhung des Fluiddrucks in Form einer Druckspitze derart elastisch verformbar ist, dass es verformungsbedingt zu einer reversiblen Volumenvergrößerung kommt, durch die die Druckerhöhung zumindest teilweise kompensiert wird, wobei der elastische Wandabschnitt in einer Wanddurchbrechung des Gehäusekörpers oder des Anschlussstutzens flüssigkeitsdicht angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt der Grundgedanke zugrunde, zur Druckspitzenkompensation eine reversible Volumenvergrößerung im Zählergehäuse zu ermöglichen, wobei diese Volumenvergrößerung allein über die Druckspitze induziert wird. Hierzu ist erfindungsgemäß wenigstens ein den Strömungsweg begrenzender elastischer Wandabschnitt vorgesehen, also ein Wandabschnitt, der über den Fluiddruck das Gehäusevolumen kurzzeitig vergrößernd verformbar ist. Über die Vergrößerung des Innenvolumens des Zählergehäuses ergibt sich ein Abfall des Innendrucks des Fluids, sodass die Druckspitze abgebaut bzw. zum Teil oder weitgehend kompensiert werden kann, sodass die kurzzeitige Druckerhöhung wenn überhaupt so stark gedämpft auf andere Gehäuseabschnitte oder Baugruppen der Messkapsel etc. einwirkt. Je größer die mögliche Volumenvergrößerung ist, um so größer ist der Druckabfall und umso weitgehender die Druckspitzenkompensation, bis hin zur weitestgehenden Vernichtung der Druckspitze. Die Volumenvergrößerung reduziert darüber hinaus auch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Zählergehäuse und ermöglicht so eine ruhigere und bessere Anströmung der Messkapsel.
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Aus der erfindungsgemäßen realisierten Möglichkeit zur Bedämpfung bzw. Kompensation hoher Druckspitzen resultiert nun die Möglichkeit, die bisher druckbeaufschlagten bzw. druckgefährdeten Gehäuse- oder Messkapselteile einfacher konzipieren zu können, da sie eben weit geringeren Druckbelastungen ausgesetzt sind. Beispielsweise kann die bereits einleitend erwähnte Druckplatte, durch die die magnetische Kopplung zum Zählwerk erfolgt, dünner konzipiert werden, da sie einer geringeren Druckbelastung ausgesetzt ist, was die Magnetkopplung und damit die Übertragung verbessert.
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Erfindungsgemäß schließt der elastische Wandabschnitt eine hinter ihm angeordnete Hohlkammer, die im Übrigen von dem Gehäusekörper oder dem Anschlussstutzen begrenzt ist, flüssigkeitsdicht ab. Liegt eine Druckspitze an, wird der Wandabschnitt verformt und in die Hohlkammer eingedrückt, sodass letztlich deren Volumen reduziert wird. Das in der Hohlkammer befindliche Gas (z. B. Luft) wird folglich komprimiert. Letztlich erhöht sich das Volumen im Zählergehäuse, nachdem über den Wandabschnitt das Hohlkammervolumen verkleinert wird. Um eine noch größere Volumenvergrößerung zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Hohlkammer mit wenigstens einer in die Gehäuseumgebung führenden Entlüftungsbohrung zu versehen, sodass die Volumenvergrößerung nicht von der Kompressibilität des in der Hohlkammer eingeschlossenen gasförmigen Mediums, also beispielsweise Luft, abhängig ist, sondern im Falle einer Verformung des Wandabschnitts die Hohlkammer sehr weit im Volumen reduziert werden kann, da die kammerseitige Luft über die Entlüftungsbohrung entweichen kann. Sobald die Druckspitze abgebaut ist, geht die Wand aufgrund ihrer Elastizität wieder in den Ausgangszustand zurück, die Hohlkammer wird wieder in der originären Größe ausgebildet, etwaige entwichene Luft strömt über die Entlüftungsbohrung wieder in die Hohlkammer zurück.
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Eine besonders vorteilhafte Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass mehrere nebeneinander angeordnete Hohlkammern um die im Wesentlichen zylindrische Wand des Gehäusekörpers oder des Anschlussstutzens verteilt angeordnet sind. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere im Bereich des Gehäusekörpers an, da dort eine relativ große Wandfläche gegeben ist. Diese große Wandfläche ermöglicht folglich die Ausbildung relativ großer verformbarer Wandabschnitte und mithin eines entsprechend großen Hohlkammervolumens, das im Falle einer Druckspitze zum Druckabbau reduziert werden kann, woraus zwangsläufig auch eine entsprechend große Innenvolumenvergrößerung im Gehäusekörper und damit ein sehr starker Druckspitzenabbau möglich ist. Dabei müssen die einzelnen Hohlkammern nicht unbedingt vollständig voneinander abgeschlossen sein, vielmehr ist es auch denkbar, dass die Hohlkammern untereinander kommunizieren können.
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Bei der zuvor beschriebenen Erfindungsalternative wird das Äußere des Zählergehäuses, gleich wo nun die Hohlkammern ausgebildet sind, stets vom Material des Zählergehäuses selbst gebildet wird. Die Volumenvergrößerung erfolgt über die Deformation der Hohlkammern. Eine alternative Ausführung zu dieser Art der Gehäuseausbildung sieht vor, dass der elastische Wandabschnitt in einer Wanddurchbrechung des Gehäusekörpers oder des Anschlussstutzens flüssigkeitsdicht angeordnet ist. Hier wird das Äußere des Zählergehäuses durch den oder die mehreren elastischen Wandabschnitte selbst gebildet. Am Zählergehäuse, also entweder an dem oder den Anschlussstutzen oder dem Gehäusekörper, werden entsprechende wandseitige Durchbrechungen vorgesehen, die bei einer Kunststoffausführung beim Spritzen des Gehäuses von Haus aus ausgebildet werden können. Diese Durchbrechungen werden nun mit dem Polymer zur Ausbildung des elastischen Wandabschnitts gefüllt. Der oder die Wandabschnitte liegen nach außen hin frei. Im Falle einer Druckspitze wird also hier das Gehäuse per se abschnittsweise in seiner Außenkontur leicht verformt.
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Auch hier kann vorgesehen sein, dass mehrer nebeneinander angeordnete Wanddurchbrechungen mit diese ausfüllenden elastischen Wandabschnitten um die im Wesentlichen zylindrische Wand des Gehäusekörpers oder des Anschlussstutzens verteilt angeordnet sind. Die Anordnung dieser „fensterartigen” Durchbrechungen kann – wie natürlich auch die Anordnung der mehreren Hohlkammern bzw. Wandabschnitte bei der ersten Ausführungsform – symmetrisch sein, das heißt, die Wandabschnitte sind quasi äquidistant voneinander beabstandet, sie kann aber auch unsymmetrisch sein bzw. im Hinblick auf die tatsächlichen Druckverhältnisse ausgelegt sein, sodass die Wandabschnitte beispielsweise nur in besonders druckbeaufschlagten Gehäuseabschnitten vorgesehen sind.
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Der elastische Wandabschnitt ist in Weiterbildung der Erfindung mittels eines mit dem Gehäusekörper oder dem Anschlussstutzen flüssigkeitsdicht verbundenen Polymerabschnitts gebildet. Das Polymer sollte hinreichende elastische Eigenschaften aufweisen und insbesondere bei einer Ausbildung des Zählergehäuses zum Einsatz bei einem Wasserzähler auch lebensmittelunbedenklich sein. Bevorzugt wird der bzw. – bei Ausbildung mehrerer separater elastischer Wandabschnitte – jeder Polymerabschnitt aus einem Silikonkautschuk, einem Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer gebildet. Vorzugsweise sind diese Werkstoffe im Verarbeitungszustand flüssig oder zählflüssig, sodass sie beispielsweise in einem Spritzverfahren oder Gießverfahren an oder in den Gehäusekörper oder den Anschlussstutzen gespritzt oder gegossen werden können und infolge ihres flüssigen oder zähflüssigen Zustands eine dichte Verbindung mit dem Gehäusekörper bzw. Anschlussstutzen eingehen können. Insgesamt ergibt sich also eine form- und stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Polymer und dem Gehäusekörper bzw. dem Anschlussstutzen, wobei bevorzugt ein Silikonkautschuk verwendet wird.
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Wie beschrieben wird das flüssige oder zähflüssige Polymer bevorzugt im Spritzguss- oder im Gießverfahren verarbeitet. Für eine gute Haftung ist es denkbar, die Verbindungsbereiche am Zählergehäuse oberflächlich zu bearbeiten, beispielsweise durch eine entsprechende Oberflächenprofilierung, die von definierten geometrischen Verformungen bis hin zu unregelmäßig aufgebrachten Oberflächenrauigkeiten reichen können, wie auch beispielsweise eine Plasmaoberflächenbehandlung oder eine Ethanol-Reinigung vorgenommen werden kann. Diese Vorbehandlung der zu umspritzenden Bereiche zum Beispiel mit Atmosphärendruck-Plasma (z. B. Korona oder Ähnliches) oder Ethanol steigert die Oberflächenenergie im Bereich der behandelten Oberflächen und somit die Haftfähigkeit des benetzenden Polymers. Zweckmäßigerweise erfolgt anschließend eine Temperung des Zählergehäuses, nachdem das Polymer eingebracht wurde, um die Vernetzung des Polymers zu beschleunigen.
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Das Zählergehäuse ist vorzugsweise ein Wasserzählergehäuse. Ferner ist es vorzugsweise aus Kunststoff.
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Neben dem Zählergehäuse selbst betrifft die Erfindung ferner einen Fluidzähler, insbesondere einen Wasserzähler, umfassend ein Gehäuse der beschriebenen Art.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines Zählergehäuses einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Schnittansicht des Zählergehäuses aus 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Zählergehäuses einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform und
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4 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Zählergehäuses einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Zählergehäuse 1 beispielsweise aus Kunststoff, umfassend einen im Wesentlichen zylindrischen Gehäusekörper 2, an dem zwei Anschlussstutzen 3, 4 vorgesehen sind, über die das Zählergehäuse 1 in eine Rohrleitung geschaltet wird. Das zu messende Fluid, vorzugsweise Wasser, strömt beispielsweise über den Anschlussstutzen 3 in das Innere 5 des im Wesentlichen zylindrischen Gehäusekörpers 2 ein, von dort in eine hier nicht näher gezeigte, in den Gehäusekörper 2 eingesetzte Messkapsel zum dortigen Messwerk und aus der Messkapsel wieder in den Gehäusekörper 2 und von dort über den Anschlussstutzen 4 zurück in die Rohrleitung. Die Funktionsweise eines Fluidzählers umfassend eine solches Zählergehäuse ist hinlänglich bekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Zählergehäuse 1 sind nun im Strömungsweg des Fluids, der letztlich über die beiden Anschlussstutzen 3 und 4 sowie die Innenwand des Gehäusekörpers 2 definiert wird, mehrere elastische Wandabschnitte 6 vorgesehen, über die Hohlkammern 7 definiert werden, die zwischen diesen Wandabschnitten 6 und der Außenwand 8 des Gehäusekörpers 2 ausgebildet sind. Die elastischen Wandabschnitte sind über ein Polymer, bevorzugt Silikonkautschuk, das für Trinkwasser geeignet ist, gebildet und in einem Spritzguss oder Gießverfahren eingebracht. Zur Bildung der Kammern sind die einzelnen Wandabschnitte 6 über Stege 9 direkt mit der Außenwand 8 des Gehäusekörpers 2 verbunden, die aus dem gleichen Polymermaterial wie die Wandabschnitte 6 gebildet sind. Diese Stege 9 können aber auch Teil des Gehäusekörpers 2 sein, also aus dessen Kunststoffmaterial gebildet sein, sodass sie lediglich noch über die Wandabschnitte 6 verbunden und zu den einzelnen Hohlkammern 7 geschlossen werden. Weiterhin weist jede Hohlkammer 7 mehrere Entlüftungsbohrungen 10 auf, die in die Gehäuseumgebung führen.
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Strömt nun Fluid über den Anschlussstutzen 3 in das Zählergehäuseinnere 5, so beaufschlagt es zwangsläufig die Wandabschnitte 6. Kommt es zu einer Druckspitze, erhöht sich also schlagartig der Fluiddruck, so führt dies dazu, dass die elastischen Wandabschnitte nach außen gedrückt werden, wodurch einerseits das Innenvolumen des Gehäusekörpers 2 vergrößert und gleichzeitig das jeweilige Hohlkammervolumen verkleinert wird. Die in den Hohlkammern befindliche Luft wird dabei komprimiert bzw. entweicht über die Entlüftungsbohrungen 10 nach außen. Diese Volumenvergrößerung führt zu einem sofortigen Abbau des Fluiddrucks, mithin also zu einer Kompensation der Druckspitze, sodass sich der Druckschlag nicht nachteilig auf das Gehäuse oder sonstige Bauteile der Messkapsel auswirken kann.
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Sobald die Druckspitze abgebaut ist, relaxieren die Wandabschnitte wieder, nehmen also ihre unverformte ursprüngliche Ausgangsposition wieder ein, das Innenvolumen verkleinert sich wieder, während das Hohlkammervolumen wieder anwächst.
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Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zählergehäuses 1 zeigt 3. Dort weist der Gehäusekörper 2, der im Wesentlichen hohlzylindrisch ist, eine Vielzahl von hier äquidistant beabstandeten Durchbrechungen 11 auf, die allesamt mit einem elastischen Wandabschnitt 6, aus einem elastischen Polymer, auch hier beispielsweise Silikonkautschuk, flüssigkeitsdicht gefüllt sind. Die Wandabschnitte 6 füllen die Durchbrechungen 11 nicht bis an deren Außenwand aus, sondern enden zurückversetzt und damit geschützt innerhalb der Wand des Gehäusekörpers 2. Strömt Fluid in das Innere 5 des Gehäusekörpers 2, so werden auch hier die Wandabschnitte 6 angeströmt. Kommt es zu einer spontanen Druckerhöhung, so werden die elastischen Wandabschnitte 6 nach außen gedrückt, wodurch sich auch hier das Innenvolumen des Gehäusekörpers 2 erweitert, mithin die Druckspitze abgebaut werden kann. Nach Abbau des Überdrucks relaxieren die Wandabschnitte 6 wieder in die Ausgangsform.
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Bei dieser Ausgestaltung kann das Polymer ausschließlich die Wandabschnitte 6 bilden, mithin also nur die Durchbrechungen 11 ausfüllen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Zählergehäuses 1 zeigt 4. Im dortigen Beispiel ist der Anschlussstutzen 3 mit einer Vielzahl äquidistant beabstandeter Durchbrechungen 11 versehen, die auch hier jeweils mit einem elastischen Wandabschnitt 6 aus dem beschriebenen Polymer flüssigkeitsdicht geschlossen sind.
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Die jeweilige Oberfläche des Gehäusekörpers 2 der des Anschlussstutzens 3, die mit dem flüssigen oder zähflüssigen Polymer flüssigkeitsdicht zu verbinden ist, kann entweder oberflächlich profiliert sein, beispielsweise eine Oberflächenrauigkeit aufweisen, wodurch eine Oberflächenvergrößerung erwirkt wird und es zu einem großflächigen, fest haftenden Verbund kommt. Denkbar ist auch, eine Plasma-Oberflächenbehandlung oder Ethanol-Reinigung vor dem Benetzen mit dem Polymer vorzunehmen.
