Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wellschlauch, der
aus einer flammhemmenden Harzzusammensetzung gebildet ist,
die ein hochdichtes Polyethylen als Hauptkomponente enthält.
Ein Kommunikationskabel oder dgl. wird in einem geschützten
Zustand installiert, in dem das Kabel in einen Wellschlauch
mit einer unregelmäßigen Oberfläche, der aus einer
Harzzusammensetzung gebildet ist, eingeführt ist. In dieser
Art Welleitung hat man sich zusätzlich zur mechanischen
Festigkeit, wie Rückstellfähigkeit von Kompression und
Beständigkeit gegen Knicken, insbesondere auf die
flammhemmende Eigenschaft konzentriert.
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Ein halogeniertes Flammschutzmittel wird in herkömmlichem
feuerfestem Leitungsschlauch mit dem Ergebnis verwendet, daß
eine schädliche Substanz wie Dioxin leicht erzeugt wird, wenn
der Leitungsschlauch angebrannt oder verbrannt wird. Um
dieses Problem auszuräumen wird eine flammhemmende
Harzzusammensetzung vorgeschlagen, die anstelle des
halogenierten Flammschutzmittels ein Phosphor-
Flammschutzmittel verwendet. Jedoch sind einige Phosphor-
Flammschutzmittel hoch toxisch. Ebenfalls ist roter Phosphor
explosiv, und dies führt zu Sicherheitsproblemen im
Herstellungsschritt vor seiner Zugabe zum Harz.
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Andererseits wird eine Nicht-Halogen-Harzzusammensetzung
vorgeschlagen, die durch Vermischen eines Metallhydroxids
oder eines Phosphor-Flammschutzmittels mit einem
niederdichten Polyethylen oder einem Copolymer auf Ethylen-
Basis hergestellt wird. Jedoch spiegeln sich die
Eigenschaften der Basisharzkomponente im Leitungsschlauch
wider, wenn eine solche Nicht-Halogen-Harzzusammensetzung zur
Herstellung eines Leitungsschlauchs verwendet wird, mit dem
Ergebnis, daß die mechanische Festigkeit des
Leitungsschlauchs, wie Rückstellfähigkeit nach Kompression
oder Beständigkeit gegen Knicken, verringert ist. Es folgt,
daß es bezüglich des Kabelschutzes unerwünscht ist, eine
Nicht-Halogen-Harzzusammensetzung zu verwenden.
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In dieser Situation wird es als vorteilhaft betrachtet,
hochdichtes Polyethylen als Basisharzkomponente zu verwenden,
um eine ausreichende mechanische Festigkeit zu erhalten, die
für den Leitungsschlauch erforderlich ist. Jedoch werden im
Fall, daß das hochdichte Polyethylen einfach als
Basisharzkomponente verwendet, Probleme dahingehend erzeugt,
daß das Flammschutzmittel nicht gleichförmig in der
Basisharzkomponente dispergiert wird, und daß die mechanische
Festigkeit deutlich verringert ist.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Wellschlauch bereitzustellen, der eine ausreichende
mechanische Festigkeit und eine ausreichende
Feuerbeständigkeit hat, während ein halogeniertes
Flammschutzmittel oder ein Phosphor-Flammschutzmittel in der
geringsten Menge oder nicht verwendet wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Wellschlauch bereitgestellt, der aus einer
Harzzusammensetzung hergestellt ist, die zu einem Schlauch
mit einer unregelmäßigen Oberfläche zum Schutz eines darin
eingeführten elektrischen Drahtes geformt ist, worin die
Harzzusammensetzung 100 Gew.-Teile einer Harzkomponente, die
75 bis 99 Gew.-% hochdichtes Polyethylen und 25 bis 1 Gew.-%
wenigstens eines Polymers einschließt, ausgewählt aus der
Gruppe, die aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-
Acrylsäure-Copolymer und Ethylen-(Meth)acrylat-Copolymer
besteht, und 3 bis 39 Gew.-Teile eines oberflächenbehandelten
Metallhydroxids umfaßt.
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Es ist wünschenswert für den erfindungsgemäßen Wellschlauch,
daß er eine Wanddicke von 0,75 bis 1,20 mm aufweist.
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Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der
folgenden Beschreibung aufgeführt werden und werden teilweise
aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch Ausführung
der Erfindung erkannt werden. Die Aufgaben und Vorteile der
Erfindung können mittels der nachfolgend besonders
hervorgehobenen Werkzeuge und Kombinationen realisiert und
erhalten werden.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Abbildung
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Die begleitenden Abbildungen, die in der Beschreibung
eingeführt sind und einen Teil davon darstellen, erläutern
Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der
oben angegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten
angegebenen ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen
zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
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Die einzelne Figur ist eine perspektivische Ansicht, die
einen Wellschlauch gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die Figur zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen
Wellschlauch. Wie in der Zeichnung gezeigt wird, sind in der
Schlauchwand 1 des Wellschlauchs ein Kammbereich 2 und ein
Talbereich 3 gebildet, um die Oberfläche des Schlauches
gerippt oder gewellt zu machen. Daneben sind in dem in der
Figur gezeigten Wellschlauch der Kammbereich 2 und der
Talbereich 3 in einer Spirale gebildet. Jedoch ist es
ebenfalls möglich, eine große Anzahl von Kammbereichen 2 und
eine große Anzahl von Talbereichen 3 zu bilden, die sich
jeweils unter Ausbildung einer vollständigen Umdrehung um die
äußere umlaufende Oberfläche des Schlauches erstrecken.
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Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben
Leitungsschläuche verschiedener Zusammensetzungen unter
Verwendung einer Harzzusammensetzung, die hochdichtes
Polyethylen, Vinylacetat-Ethylen-Copolymer und
Magnesiumhydroxid enthält, in einem Versuch hergestellt, die
Flammeigenschaften und die mechanischen Eigenschaften des
Leitungsschlauchs auszuwerten. Als Ergebnis wurde gefunden,
daß es möglich ist, einen Leitungsschlauch mit guten Feuer-
und mechanischen Eigenschaften für den Fall zu erhalten, daß
der Gehalt an Magnesiumhydroxid auf ca. 25 Gew.-Teile relativ
zu 100 Gew.-Teilen der Harzkomponente eingestellt wird. Es
wurde ebenfalls gefunden, daß die Feuerbeständigkeit des
Leitungsschlauchs in Abhängigkeit von der Wanddicke des
Leitungsschlauchs verändert wird, wenn der Leitungsschlauch
unter Verwendung der spezifischen Harzzusammensetzung
hergestellt wird.
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In der vorliegenden Erfindung wird eine Harzzusammensetzung
verwendet, die 100 Gew.-Teile einer Harzkomponente, die 75
bis 99 Gew.-% hochdichtes Polyethylen und 25 bis 1 Gew.-%
wenigstens eines Polymers einschließt, ausgewählt aus der
Gruppe, die aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-
Acrylsäure-Copolymer und Ethylen-Methacrylat-Copolymer
besteht, und 3 bis 39 Gew.-Teile eines oberflächenbehandelten
Metallhydroxids umfaßt.
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Falls der Gehalt des hochdichten Polyethylens in der
Harzkomponente geringer als 75 Gew.-% ist, ist es unmöglich,
ausreichende mechanische Eigenschaften zu erhalten. Falls
andererseits der Gehalt des hochdichten Polyethylens in der
Harzkomponente 99 Gew.-% überschreitet, ist die
Feuerbeständigkeit unzureichend. Es ist wünschenswert, daß
das hochdichte Polyethylen eine Dichte besitzt, die in den
Bereich zwischen 0,945 und 0,970 fällt. Falls die Dichte des
hochdichten Polyethylens geringer als 0,945 ist, werden die
mechanischen Eigenschaften des Leitungsschlauchs
unzureichend. Andererseits ist es unpraktisch, hochdichtes
Polyethylen mit einer Dichte von mehr als 0,970 zu verwenden,
weil Polyethylen mit einer solch hohen Dichte nicht mit
geringen Kosten auf Massenproduktionsbasis hergestellt wird.
Es ist wünschenswert, daß das hochdichte Polyethylen eine
Schmelzflußrate (MFR) hat, die in den Bereich zwischen 0,01
und 5 g/10 Minuten fällt.
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Falls der Gehalt in der Harzkomponente wenigstens einer
zusätzlichen Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Acrylsäure-
Copolymer und Ethylen-(Meth)acrylat-Copolymer besteht,
geringer als 1 Gew.-% ist, wird die Feuerbeständigkeit
schlecht. Falls andererseits der Gehalt in der Harzkomponente
wenigstens einer zusätzlichen Komponente, ausgewählt aus der
Gruppe, die aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-
Acrylsäure-Copolymer und Ethylen-(Meth)acrylat-Copolymer
besteht, 25 Gew.-Teile übersteigt, sind die mechanischen
Eigenschaften unzureichend. Das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
ist unter diesen Copolymeren besonders bevorzugt. Es ist
wünschenswert, daß das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer einen
Vinylacetat-Gehalt von 3 bis 45% und einen MFR-Wert von 0,2
bis 80 g/10 Minuten hat.
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Das in der vorliegenden Erfindung verwendete
oberflächenbehandelte Metallhydroxid schließt z. B.
Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid ein. Im Fall der
Verwendung von Aluminiumhydroxid ist es wünschenswert, eine
geeignete Knetextrudiertemperatur hinsichtlich der geringen
thermischen Zersetzungs-/Dehydratisierungstemperatur
einzustellen. Wenn die Extrusionstemperatur zur Erhöhung der
Extrusionsgeschwindigkeit erhöht wird, ist es wünschenswert,
das im Aluminiumhydroxid enthaltene Wasser durch eine
Brennbehandlung zu entfernen. Es ist möglich, einen
Leitungsschlauch zu erhalten, der frei von Schaum ist und ein
gutes äußeres Erscheinungsbild aufweist, indem geeignet
behandeltes Aluminiumhydroxid verwendet wird. Das
Magnesiumhydroxid ist stärker bevorzugt als das
Aluminiumhydroxid, da die spezielle Brennbehandlung wegen
seiner hohen thermischen
Zersetzungs-/Dehydratisierungstemperatur entfällt. Das in der vorliegenden Erfindung
verwendet Oberflächenbehandlungsmittel schließt z. B. einen
Fettsäure, ein Fettsäuresalz oder einen Silan- oder Titanat-
Kuppler ein. Daneben ist es möglich, zusammen ein
Metallhydroxid zu verwenden, das nicht einer
Oberflächenbehandlung unterworfen wurde, solange die
mechanischen Eigenschaften des Leitungsschlauchs nicht
beeinträchtigt sind.
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Der Gehalt des Metallhydroxids wird eingestellt, um in einen
Bereich zwischen 3 und 39 Gew.-Teilen relativ zu 100 Gew.-
Teilen der Harzkomponente zu fallen. Falls der Gehalt des
Metallhydroxids geringer als 3 Gew.-Teile ist, ist es
unmöglich, eine ausreichende Feuerbeständigkeit zu erhalten.
Falls andererseits der Gehalt des Metallhydroxids 39 Gew.-
Teile übersteigt, ist es unmöglich, ausreichende mechanische
Eigenschaften zu erhalten. Es ist ebenfalls unerwünscht, daß
der Metallhydroxidgehalt 39 Gew.-% übersteigt, weil in diesem
Fall der Reibungswiderstand auf der Oberfläche zunimmt, was
es schwierig macht, einen elektrischen Draht in den
Leitungsschlauch einzuführen. Falls ferner Leitungsschläuche
in ein Kunststoffrohr mit großem Innendurchmesser eingeführt
werden, kann dies ein schwieriges Verfahren sein, weil der
Reibungswiderstand zunimmt, falls der Gehalt des
Metallhydroxids 39 Gew.-Teile übersteigt. In dieser Hinsicht
ist es nicht wünschenswert, daß der Metallhydroxidgehalt
39 Gew.-% übersteigt.
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Es ist wünschenswert, daß der Wellschlauch der vorliegenden
Erfindung eine Wanddicke aufweist, die in einen Bereich
zwischen 0,75 mm und 1,20 mm fällt. Falls die Wanddicke
geringer als 0,75 mm ist, sind sowohl die Feuerbeständigkeit
als auch die mechanischen Eigenschaften schlecht. Falls
andererseits die Wanddicke 1,20 mm übersteigt, ist das
Gewicht pro Einheitslänge erhöht, was die Kosten erhöht.
Zusätzlich ist die Flexibilität des Leitungsschlauchs
schlecht. Es ist wünschenswert, die Wanddicke des
Leitungsschlauchs innerhalb des oben angegebenen Bereichs zu
variieren, gemäß dem Gehalt des Metallhydroxids, um so die in
JIS C 8411 angegebene Feuerbeständigkeit zu erfüllen.
Insbesondere ist es wünschenswert, die Wanddicke des
Leitungsschlauchs bei einer Abnahme des Metallhydroxidgehalts
zu erhöhen.
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Wie oben beschrieben ist es erfindungsgemäß möglich, einen
Leitungsschlauch zu erhalten, der ausgezeichnet in, den
mechanischen Eigenschaften, in der Feuerbeständigkeit und in
der Produktivität ist, in nur einem relativ begrenzten
Zusammensetzungsbereich.
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Daneben ist es möglich, z. B. ein Pigment, ein Antioxidans,
ein Witterungsbeständigkeitsmittel, ein Flammschutzmittel auf
Siliconbasis oder Stickstoffbasis, einen anorganischen
Füllstoff wie Calciumcarbonat, Ton oder Talkum mit oder ohne
einer darauf aufgebrachten Oberflächenbehandlung, ein
Metallhydroxid ohne eine darauf aufgebrachte
Oberflächenbehandlung und andere Harzkomponenten zur
Harzzusammensetzung, die zur Herstellung des Wellschlauchs
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in ausreichend
kleinen Mengen hinzuzugeben, um die Beeinträchtigung der
mechanischen Eigenschaften des Leitungsschlauchs zu
verhindern.
Beispiele
Beispiele 1 bis 18 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8
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Verwendet wurden die nachfolgend angegebenen Rohstoffe:
Hochdichtes Polyethylen (HDPE-1): (erhältlich von Idemitsu
Petrochemical Co., Ltd., mit einer Dichte von 0,962 und einem
Schmelzindex (MI) von 0,11);
hochdichtes Polyethylen (HDPE-2): (erhältlich von Idemitsu
Petrochemical Co., Ltd., mit einer Dichte von 0,957 und einem
Schmelzindex (MI) von 0,04);
Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA): (erhältlich von Du Pont-
Mitsui Polychemicals Co., Ltd., mit einem MI von 4,0 und
einem Vinylacetat-Gehalt von 28%);
Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer (EEA): (erhältlich von Nippon
Unicar Co., Ltd., mit einem MI von 1,6 und einem
Ethylacrylat-Gehalt von 24%);
Magnesiumhydroxid-1: (erhältlich von Kyowa Chemical Industry
Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung Magseeds N1, mit einer
darauf aufgebrachten Oberflächenbehandlung);
Magnesiumhydroxid-2: (erhältlich von Konoshima Chemical Co.,
Ltd., mit einer darauf aufgebrachten Oberflächenbehandlung);
Aluminiumhydroxid-1: (erhältlich von Nippon Light Metal Co.,
Ltd. unter der Handelsbezeichnung B703S mit einer darauf
aufgebrachten Oberflächenbehandlung);
Aluminiumhydroxid-2: (erhältlich von Nippon Light Metal Co.,
Ltd. unter der Handelsbezeichnung B703S mit einer darauf
aufgebrachten Oberflächenbehandlung, auf das eine
Brennbehandlung angewendet wird);
Flammschutzmittel: (bromierter Flammschutzmittel-Stammansatz
für PE, erhältlich von Dainippon Ink and Chemicals,
Incorporated).
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Die oben angegebenen Komponenten wurden mit den in den
Tabellen 1, 2 und 3 gezeigten vorgegebenen Verhältnissen
vermischt, gefolgt von Extrudieren der Mischung, um
Wellschläuche mit der jeweils in den Tabellen gezeigten
Wanddicke und einem Innendurchmesser von ca. 16 mm
herzustellen.
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Die folgenden Untersuchungen wurden an den so erhaltenen
Wellschläuchen durchgeführt:
Drucktest: Der Druckstabilitätstest wurde gemäß JIS C 8411
mit den in Tabellen 1 bis 3 gezeigten Ergebnissen angewendet.
Die Proben mit einer Druckreduktionsrate von weniger als 7%
wurden als zufriedenstellend bewertet und mit "0" markiert.
Die Proben mit einer Druckreduktionsrate, die in den Bereich
zwischen 7 und 10% fällt, wurden als akzeptabel bewertet und
mit "Δ" markiert. Ferner wurden die Proben mit einer
Druckreduktionsrate von mehr als 10% als fehlerhaft bewertet
und mit "X" markiert.
Feuerbeständigkeitstest: Der Feuerbeständigkeitstest wurde
gemäß JIS C 8411 mit den in Tabellen 1 bis 3 gezeigten
Ergebnissen durchgeführt. Die Untersuchungen wurden für drei
Proben bezüglich jedes Leitungsschlauchs durchgeführt. Die
Proben, in denen die Nachflammzeit nicht länger als eine
Sekunde war, wurden als zufriedenstellend bewertet und mit
"0" markiert. Die Proben, in denen die Nachflammzeit mehr als
1 Sekunde und nicht mehr als 30 Sekunden betrug, wurden als
akzeptabel bewertet und mit "Δ" markiert. Ferner wurden die
Proben, in denen die Nachflammzeit länger als 30 Sekunden
war, als fehlerhaft bewertet und mit "X" bewertet.
Kabelinsertionstest: Kabel (VVF, EEF, IV, IE) wurden in einen
Leitungsschlauch eingeführt, der 10 m lang und an drei
Stellen mit einer Krümmung R von 100 mm gebogen war, um die
Kabelinsertionsspannung zu messen, mit den in Tabellen 1 bis
3 gezeigten Ergebnissen. In Vergleichsbeispiel 4 wurden die
Kabel in den Leitungsschlauch eingefügt, der unter Verwendung
des herkömmlichen halogenierten Flammschutzmittels
hergestellt wurde, um so die Referenz-Kabelinsertionsspannung
zu messen. Die Proben, in denen die Spannung nicht mehr als
das zweifache des Wertes des Vergleichsbeispiels 4 betrug,
wurden als "O" markiert. Andererseits wurden die Proben mit
einer Spannung von mehr als dem zweifachen des Wertes des
Vergleichsbeispiels 4 als "Δ" markiert.
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Daneben bedeuten VVF, EEF, IV und IE die folgenden Kabel:
VVF: PVC-isoliertes, PVC-umhülltes Kabel vom Flachtyp,
EEF: PE-isoliertes, PE-umhülltes Kabel vom Flachtyp,
IV: PVC-isolierter Draht für Innenräume und
IE: PE-isolierter Draht für Innenräume.
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Flexibilitätstest: Der Flexibilitätstest wurde gemäß
JIS C 8411 mit den in Tabellen 1 bis 3 gezeigten Ergebnissen
durchgeführt. Die Flexibilität jedes Leitungsschlauchs wird
unter -15°C wie folgt ausgewertet. Ein Wellschlauch mit einem
Innendurchmesser von 16 mm wurde mit 90° gemäß dem Umfang
eines Zylinders mit einem Durchmesser von 138 mm gebogen
(6-mal so groß wie der Außendurchmesser des
Leitungsschlauchs), um ihn im gebogenen Zustand für eine
vorgegebene Zeit zu halten, und dann wurde der
Leitungsschlauch in den linearen Zustand zurückgestellt. Die
spezifischen Vorgänge wurden 7-mal wiederholt, und dann wurde
ein Meßgerät mit einem Durchmesser von 12,2 mm (75% des
Innendurchmessers des Leitungsschlauchs) in den
Leitungsschlauch eingeführt, während der Leitungsschlauch im
gebogenen Zustand gehalten wurde. Die Proben, durch die das
Instrument glatt hindurchgelangte, wurden mit "O" markiert.
Andererseits wurden die Proben, durch die das Instrument mit
Schwierigkeiten wegen der Deformation gelangte, mit "Δ"
markiert.
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Wie aus den Tabellen 1 bis 3 ersichtlich ist, waren die
Wellschläuche der Beispiele der vorliegenden Erfindung mit
Zusammensetzungen, die in die in der vorliegenden Erfindung
angegebenen Bereiche fallen, niedrig in der Druckreduzierung,
ausgezeichnet in der Feuerbeständigkeit und zufriedenstellend
in der Kabelinsertionsfähigkeit.
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Daneben wurde das äußere Erscheinungsbild der Wellschläuche
bezüglich der Beispiele 16 und 18 ausgewertet, in denen
Aluminiumhydroxid als Flammschutzmittel verwendet wurde. Der
Leitungsschlauch des Beispiels 16 war leicht geschäumt,
obwohl die Eigenschaften des Leitungsschlauchs nicht durch
das Schäumen beeinflußt waren. Andererseits wurde kein
Schäumen im Leitungsschlauch des Beispiels 18 erzeugt, indem
gebranntes Aluminiumhydroxid verwendet wurde.
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Zusätzliche Vorteile und Modifizierungen werden den
Fachleuten leicht ersichtlich sein. Daher ist die vorliegende
Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die
spezifischen Details und hier gezeigten und beschriebenen
repräsentativen Ausführungsformen beschränkt. Entsprechend
können verschiedene Modifizierungen daran vorgenommen werden,
ohne vom Geist oder Umfang des allgemeinen erfinderischen
Konzepts abzuweichen, wie es durch die anliegenden Ansprüche
und ihre Äquivalente definiert wird.