DE1962930A1

DE1962930A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Folien aus polymerem Material

Info

Publication number: DE1962930A1
Application number: DE19691962930
Authority: DE
Inventors: Fairbanks Theodore Harding
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-12-16
Publication date: 1970-07-09
Also published as: GB1245842A; US3632716A; NL6918871A; FR2026328A1

Description

PATENTANWÄLTK ' ^ ^ ^ ^ V V DIPL.-ING. AMTHOR

mpii.-iNG. WOLP

D ■ β FBANKFUBT AM MAIN

PMC Corporation ^{De FBANKF}"^nTA·^M- 12.12.69

num (0611) Sä 20 23

10 685 XlX

AOH 180144

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Folien aus polymeren! Material

Die 3rfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tierstellung von Folien aus thermoplastischem, polymeren» .'aterial, die hohe Fetsigkeits-, Steifigkeits- und Zugwiderstandseigenschaften haben.

Nach dem UüA-Patent 3 255 o65 ist bereite ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbundfolie durch Lamenierung oder andersartige Vereinigung bekannt, bzw. einer unorientierten Folie aus thermoplastischem, polymerem Material mit einer ähnlichen Folie, die eine Reihe von öffnungen oder Perforationen in bestimmter Zuordnung aufweist, wobei die lamenierte Folie längs bestimmter Richtungen gedehnt wird.

Nach der Dehnung einer solchen lamenierten Folie in Längsund querrichtung werden die Teile der nichtdurohbrochenen Folie, die sich quer über die öffnungen in der perforierten Folie erstrecken, biaxial orientiert. Die Stege des perforierten Bandes und die VeIIe des nichtdurchbrochenen Bandes, die dazu gehören,sind uniaxial orientiert und vermitteln dem sich ergebendem, laminiertem Band die gewünschte Steifigkeit, während lie anderen Bereiche ungedehnt bleiben.

.Vie ausführlich in dem oben genannten Patent beschrieben, ist das Verhältnis zwischen der Distanz und der Größe und/oder

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der Form der öffnungen im perforierten Band von kritischer Bedeutung und zwar in Rücksicht auf die Isolierung der Asswirkungen der Dehnungskräfte auf die Rippen selbst, so daß ungedehnte Verbindungen zwischen den uniaxial gezogenen Stegen verbleiben.

Die Herstellung von zusammengesetzten Filmen nach der in obigem Patent beschriebenen Methode erfordert die getrennte Herstellung unorientierter Follenbänder , die Perforation eine* der Bänder, die Lamenierung der unperforierten und der perforierten Bänder und schließlich die biaxiale Dehnung des laminierten Gebildes· Diese zahlreichen ilerstellungsstufen, die mit der entsprechenden Sorgfalt ausgeführt werden müssen, um eine zufriedenstellende Bandperforation und Lamenierung zu erhalten, führen da.'.u, daß die patentierte Methode nur langsam und kostspielig durchzuführen ist.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer polymerer Folien zu schaffen, die gute Festigkeit und Steifigkeit längs ausgewählter Richtungen haben und die wesentlich einfacher herzustellen sind. Ferner sollen das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung derartiger Gebilde mit einem vorbestimmten Muster von molekular orientierten Teilen geeignet sein.

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren gelöst, das nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ausgewählte und im wesentlichen gleichgroße flächen, die in Längs-und Querrichtung des extrudierten Stromes mit gleichen Distnazen untereinander zugeordnet sind, unterschiedlich gegenüber den Naohbarflachen gekühlt werden und daß das Folienband längs biaxialer Richtungen gereckt wird, wobei die Flächen der Folie, die neben den ausgewählten Flächen verlaufen, uniaxial in einer Richtung quer zum Band und die Flächen, die benachbart zu den hintereinanderliegenden Flächen liegen,längs zur Bandrichtung orientiert und die ausgewählten Flächen von Dehnungen freigehalten werden, während die Restflachen des Folienbandes einer biaxialen Orientierung unterworfen werden.

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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Extruder mit Follenbanddüse, der zur Aufnahme des exdrutierten Stromes ein Kühlelement mit Antriebselemanten zugeordnet ist und ferner aus Einrichtungen zur Dehnung des mindestens partiell gekühlten Follenbandes und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement mit im wesentlichen gleich großen, in Längs-und Querrichtung fluchtenden und gleich distansierten Flächen versehen ist, die außerhalb des Niveaus der Oberfläche des Kühlelenentes liegen.

In einer praktischen Aueführungsform dieses Verfahrens wird ein Strom schmelzflüssigen Materials nur partiell gekühlt, wobei die ausgewählten Flächen in einem schnellerem Verhältnis gekühlt werden als die Regionen, die ihnen benachbart zugeordnet sind. Diese partiell gekühlte Folie wird dann längs biaxialer Richtungen gereckt, während sie sich noch in einem partiell erwärmten Zustand befindet.

Mach einer anderen praktischen Ausfuhrungsart des Verfahrens, die insbesondere zur Anwendung kommt bei thermoplastisches, polymeren! Material, das eine Neigung zur Kristallisation hat, wird der Strom aus geschmolzenem Material komplett gekühlt nachdem er extrudiert ist und ehe er gereckt wird, wobei die ausgewählten Flächen in einem geringerem Verhältnis gekühlt werden als die Regionen, die ihnen benachbart sind. Diese geringere Kühlung in den ausgewählten Flächen der Folie wird τοη einer Kristallisation bekleidet und demgemäß unterliegen solohe ausgewählten Flächen keiner offensichtlichen oder bemerkenswerten Dehnung während des nachfolgenden Reckvorganges.

Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens nach der Torliegenden Erfindung kann die iolie längs biaxialer Richtungen nacheinander oder gleichzeitig gedehnt werden. Der Grad, mit dein die Folie in jeder ihrer biaxialen Richtungen gedehnt wird; kann variieren und wird vorzugsweise so gewählt, daß alle quer- und längsfluchtenden ausgewählten 3ereiche der ?olie orientiert werden.

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Netzartige Eigenschaften können dem sich ergebenden Frodukt durch l33kungsbeaufschlagung derart vermittelt werden, daß eine ii'ibriliierung der biaxialen Bereiche verursacht Λ-ird. Die Folie kann auch mit /arme beaufschlagt werden und zwar vor und/oder während der tatsächlichen Reckung, um das Ausziehen zu verstärken .

Das für die Erfindung wesentliche Kühlelement besteht vor~ -iu,3,sweise aus einer /alze mit einer entsprechenden Oberflächenstruktur, die abhangig ist von der Art der Verfahrensdurchführung 5, -iobei die ausgewählten ?lächenbereiche über den Kegionen, die benachbart liefen, höher oder tiefer als diese liegen» Die _ie 'rhöhungen l.önnen im allgemeinen rechtwinklige formen haben und dadurch aui." der /aizenoberflache erzeugt werden, dai3 man diese mil sich kreuzenden Längs-und -uernuten verlieht, lintiefungen auf ier Kühlwalze sind vorzugsweise von kreisförmiger und konkaver ^

Jie vorliegende JrfinJung ist für iie lenutzung bei der Herstellung von filmen aus allen thermoplastischen Materialien geeignet, deren ,-oleküle sich durch Heckung orientieren lassen. lie 4u^valil dec besonderen polj^meren !.!aterials, das verwendet werden soll, k-;;/fi ΐΦ von der Art der Durchführung des Verfahrens uiiv ebenso auch von dem beabsichtigtem Gebrauchszweck des "resultierenden rroduktes. Die derart hergestellten rrodukte sind geeignet f*r eine Vielzahl von Anwendungsmo^liehkeiten, bei aQYiQn ihre nichtporösen oder netzartigen Jigenaohaften von besonderer Vichti/iireit sind und wo höbe festigkeit_s -steifigkeit und /Jwr.Yidorstandsfähi/ikeit gev/iinschte 'iigens?icaften sind. Beispielsweise können nadi ier Erfindung hergestellte Folien als ^cliutzabieqfcangen benutzt werden, wie; bei Neubauten, -xla ?erpackungarr.aterial oder für aufblasbare Gebilde, wie Beobachtiings ballons und rettungsgürtel oder Settungsboote.

An "and der seichnerischen Darstellung von Ausführungs— beisfielen werd.n nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung näher erläutert.

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In dieser Darstellung zeigt:

Jig. 1 schematise*! die Gesamtvorrichtung zur Herstellung von Folien der genannten Arti

?ig. 2 in Ansicht eine Einzelheit der Vorrichtung gemäß .?ig.1j

?ig. 3 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer öOlie, die auf der Vorrichtung gemäß i?ig. 1 hergestellt istj

?ig. 4 einen Abschnitt gemäß ?ig. 3, der in einer Richtung gedehnt ist;

.^ig. 5 eine Draufsicht auf den Abschnitt nach .'¹Ig.4, der noch in der querrichtung gedehnt ist;

JJ¹Ig. 6 in Ansicht eine andere Auaführungsforin des Vorrichtungsteiles gemäß ^ig.2;

flg. 7 eine Ansicht eines Abschnittes, wie er sich nach Behandlung mit dem Vorrichtungsteil gemäß ?ig. 6 ergibt?

i?ig. 8 eine Draufsicht auf den Abschnitt gemäß Pig.7 in einer 'Lichtung gedehnt und

?ig.9 eine Draufsicht auf den Abschnitt gemäß #ig.-, wie er sich ergibt, wenn er in einer anderen dichtung zusätzlich gedehnt wird.

In Fig.1 ist mit 15 eine "Düse als Teil eines herkömmlichen Extruders bezeichnet, aus der ein flacher, kontinuierlicher 3trom 17 aun geschmolzenem, thermoplastischem polymerem Material wie i'olypropjlen, extrudiert wird. Dieser extrudierte Strom 17 wird von der Kühlwalze 19 aufgenommen, die gemäß i?ig. 2 mit einer Reihe von sich kreuzenden längs- und querlaufenden Nuten 21 und 23 besetzt ist, wobei zwischen den Nuten erhabene Flächen als Erhöhungen 25 stehen. Die Nuten 21 und 25 sind in ihren Uichtungen gleichm ßig voneinander distanziert, so daß die dazwischenstehenden Erhöhungen 25 im wesentlichen die gleiche Gröüe haben und in Längs- und querrichtung der /alze zueinander fluchten.

Geeignete Antriebselemente(nicht dargestellt) sind für den kontinuierlichen Antrieb der falze 19 im Sinne der mit Pfeil 27 angegebenen Drehrichtung vorgesehen. Die ¥alze 19 wird durch eine zirkulierende Kühlflüssigkeit, die hindurchge-

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wird» oder durch andere bekannte und herkömmliche Maßnahmen gekUiilt.

Der auf die Walze 19 auflaufende Strom 17 aus polyvnerem thermoplastischem iaterial läuft mit der Walzenoberf läexie mit und wird gekühlt und führt za einer Folie 29, die sich noch im erwärmten Zustand befindet, wenn sie die oberfläche der Walze 19 verläßt und ist noch während nacnfolgender Behandlungsstufen des Verfahrens be/iandlungsfä.iig, oiine daß dabei erfahrungsgemäß irgendwelche unerwünscnten Beeinträchtigungen auftreten. Nach Auflaufen auf die valze and während des Transportes auf der Kühlwalze 17 schwiegt sici der Strom 17 aus geschmolzenem Thermoplastisciieir= r'aterial eng an die Erhöhungen an, wobei die Nuten 21 und 23 überspannt werden. Demgemäß werden die Teile des Stromes, die im direkten Kontakt mit den Flächen der Erhöhungen 25 der '/alzenoberfläche stehen, schneller gekühlt als die dazwiscixenliegeadeii Sereiche .

In Fig. 3 ist ein Abschnitt einer solchen Folie 29 dargestellt, wobei die schneller gekühlten rlächenteile mit 31 bezeichnet sind. Die Folie 29 wird von der Valzenoberflache mittels einer Ablaufrolle 33 abgezogen und durch herkömmliche \alzenpaare 35 und 37 geführt, wobei das v:alzenpaar 37 mit einer ^; höheren Drehzahl angetrieben wird als das Walzenpaar 3 5, so daß die Folienbereiche 39, die quer zur Bandrichtung verlaufen und die in Bandrichtung distanziert voneinander sind, in Längsrichtung gereckt und dabei die Moleküle dieser

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Bereiche orientiert werden, wie das in Fig. 4 gestrichelt angedeutet ist. Da die Bandbereiche 31 auf eine niedere Temperatur abgekühlt worden sind als die umgebenden Bereiche, unterliegen die Bereiche 31 nicat den Äeckungskräften, vodurch auch die zwischen den Flächenbereichen 31 liegenden Flächen nic.it an der Dehnung teilnehmen.

unmittelbar hinter den ^T«'alzen 37 wird die Folie 29 in einen iierköinn.lichen Spannrahmen 41 geführt, in den inre Längskanten in gewissen Abständen von Klammern 43 erfaßt verden, die an endlosen Strängen 45 sitzen. Liese Stränge des £p.iniira;imens 41 verlaufen in divergierenden Richtungen. De-ngemiß erfahren die Bereiche 47 der r^%olie 29 bei der Bewegir.'j mit de« Spannrahiüensträngen 45 eine Dehnung quer zur Lurc.'il^ufriehtang, wobei die : oleküle im Sinne der Echraffur gem. r'uj. 3 orientiert werden. ie bei der Längsreckung der Folir "' ⁴ mterliegen 2 ;ck hierbei die kälteren Flächenbereiche ?. 1 · ic it der Queren■■· mang, so ti-iß auch die avischen den Flachen 31 liegenden Bereiche nic.it von der 'Juerdermung erfaßt wrrden.

Die nun biaxial gedehnte Folie 29 läuft a^s der.· bpannrihjnen heraus, wird, falls notwendig, gekühlt und wird von einem fransportwalzenpaar 43 2i einer hier nicht dargestellten Sammelwalze geführt.

Im resultierenden l^odokt, vie es in ?ig. 7 aussc^nittweise dargestellt ist, sind die flächen 31 ungedehnt, während

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während die Stege bzw. Flächen 51 zwischen den in Längsrichtung fluchtenden Flächen 31 und die Stege bzw. Flächen 53 zwischen den qaerfluchtenden Flächen 31 aniaxial gereckt und de gemäß in Richtungen orientiert sind, wie mit Doppelpfeilen in den entsprecuenden Stegen angegeben. L>ie verbleibenden iegionen 55 der r'olie 29 sind sowohl in Langs- als aucu wverrichtung gedehnt worden, wie dies ,axtsie.ι kreuzenden "feilen angedeutet ist, und demgemäß, ist auca eine biaxiale ..oleicilarorientierung erfolgt.

Lie uniaxial orientierten Stege 51 und ^!>3 vermitteln der /clie 29 in den entsprecaenden dichtungen Lteifigkeit und zusammen nit den biaxial orientierten .iegione.i bj wird dem I a.id ; pannungsfestigkeit vermittelt. I>-ie anorientierten i'läc.en 31 sind voneinander darca die orientierten Stege and ,3 isoliert and können Spannungen aufnehmen, die in .icv/elc :e^ .nderen iejionen der Folie auftreten.

• ή ireid die Iröße, I-ie /orm und/oder die Anordnung unorienrierter i-'lächen 31 im Band 29 variieren können, um den resultierenden gedehnten Produkt die gewünsc .ten Steifigkeitsand/oder festigkeitseigenscuaften za /err-.itteln, nüssen diese riächen 31 untereinander in wesentlichen die gleic.ie iröße Jiaben, in Längs- und j Verrichtung zum Band fluc.iten und in euer- und Längsricntung zueinander gleich distanziert sein.

Bei der Ausfüiirungsform nach /.'ig. 6 ist die Kühlvalze

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gemäß Fig. 1 durch eine Kühlwalze 57 ersetzt, die mit /ertief ungen 59 verseilen ist« Diese Vertiefungen in den Walzen 57 sind von im wesentlichen gleicher kreisförmiger and konkaver Form und in Längs- und Querrichtung der v.alze fluchtend zueinander angeordnet und haben voneinander die gleiche Distanz.

Diese v.alze nach Fig. 6 wird insbesondere benutzt bei der /erwendung thermoplastischen i-:aterials, das eine neigung zur Kristallisation aat, vie beispielsweise Polyäthylenterephtalat. Bei der Verwendung dieser -'alze wird der Strom 17 aas geschmolzenem thermoplastischen i.aterial von der Düse 13 ebenfalls auf die alze 57 gegeben, wo es die :,intief ancjen 39 überspannt, während es mit der übrigen Lberfläcxie der Kühlwalze in enge;a Kontakt steht. , äurend des Transportes mit der überfläche der Kühlwalze 47 wird der Strom 17 abgeschreckt und bildet eine Folie 51, von der ein iusscimitt in Fig. 7 dargestellt ist. ^änrend der Abschrekkung werden die Flächen des Stromes 17» die die Eintiefongen Überspannen in geringerem Grade gekühlt als die benachbarten Bereiciie, die direkt im Kontakt mit der uberfläcae der Walze 57 stehen. Daraus resultierend ergibt sich eine Kristallisation in diesen Bereichen des Stromes während der Abkühlung» wobei diese Flächenbereiche mit 63 bezeichnet sind. Der Grad der Abkühlung und da.nit der Grad der Kristallisation, die in den Flächen S3 der Folie 51 auftritt, aängt ab von Faktoren, wie Temperatur der Kühlwalze 57» der Umgebungsatmospuäre und des thermoplastischen Materials und der 3rö*Be_t Tiefe und Distanz der Eintiefungen 59 und kann demgemäß

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variiert werden, um dem Endprodukt gevünscnte Eigenschaften zu vermitteln. Die Folie 61 vird vorzugsweise komplett entweder auf der Kühlwalze 57 oder direkt nach dem Ablauf von der ^v.*alze gekühlt.

Die Folie 61 wird wieder mittels einer Ablaufwalne 33 von der iCü^lwalze 57 abgezogen und danach einer Längs- und "5 ierreck uig in der gleichen eise wie die Folie 29 und wie vorbeschrieben unterworfen.

. ährend der Längsreckung»der Folie 61 werden Bereiche C[j, die sich quer in längsdistanzierten Intervallen erstrecken, gelängt, vie in Fig. b angedeutet, um eine > olek.ilarorientieru.ig zu erreichen. Die Kristallisation, die sie i in den Flächen j3 des Bandes ergeben lat, verhindert die /l'icnen und auch die Legionen, die sich quer.zwischen den benachbarten i-'lächen befinden an der reilnalime der Längsreckung. Line ;uerreckung der ηχΛ längs gedehnten Folie G1 iu opannraiiiiien 41 verursacht, daß die Abschnitte 67 gedehnt werden, wie in Fig. 9 angedeutet und da.-it eine entsprechende Molekularorientierung erreicht wird. Während der Längsdennung der Folie 61, dehnen sich nicht die Flächen S3, wodurch ein Dehnen der Regionen, die sich längs zwischen den benachbarten Flächen 63 erstrecken, erfolgt. Die nun gedehnte Folie 61 läuft durcn das Transportwalzenpaar 49 und wird von einer nicht dargestellten Sammelvalze aufgenommen .

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Das in Fig. 9 dargestellte Produkt enthält Stege 69 und 71 zwischen längs- und querfluchtenden Flächen 63» die unaxial orientiert sind, und zvar in Richtungen wie mit Doppelpfeilen angedeutet. Die Flächen 53 selbst sind ungedeant, während die verbleibenden Regionen 73 des Bandes 61 biaxial orientiert sind, wie mit sich kreuzenden Pfeilen angedeutet.

Die gereckte Folie 63 zeigt Eigenschaften, die ähnlich sind deeen der i'olie 29, vie vorbesclirieben und demgemäß sind beide Bänder I ir entsprechende Anwendungsfalle brauchbar.

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Claims

Patentansprüche

\l. ] Verfa.iren zur Herstellung von Folien aus polymeren! i.aterial, die ein vorgegebenes Muster aus molekular orientierten Bereichen aufweisen und die aas einem mindestens teilweise gekühltem, extrudiertem, flachen und unterbrochenem Strom von schmelzflüssigem, thermoplastischem, polymerem :aterial gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte und im wesentlichen gleichgroße Flächen (31, -53)_f die in Längs- und Querrichtung des extrudierten Stromes (17) mit gleichen Distanzen untereinander zugeordnet sind, unterschiedlich gegenüber den benachbarten Flächen gekühlt werden, und daß das folienband (29, 61) längs biaxialer 2icutungen gereckt wird, wobei die Flächen (47) des Bandes, die neben den ausgewänlten Flächen verlaufen, uniaxial in einer Xicütung quer zum Band und die /läciien (39),' die benachbart zu den hintereinander-1legenden /läc-ien liegen längs zur Bandricatung orientiert and die ausgewählten Fläciien (31, '3) von Dehnungen freigehalten werden, während die .iestfläc.ien {j'j, 73) des folienbandes (29, '51) einer biaxialen urientierung unterworfen werden.

2. /erfahren nach Al, wobei der Strom aus thermoplastischem : ■ aterit.1 teilweise gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewänlten Flächen (31, 53) schneller als die benachbarten Flächen gekühlt

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werden und das Folienband gereckt wircL wenn es sich nocb in warmem Zustand befindete

3. Verfahren nach Λ 1, wobei kristallisierbares, thermoplastisches Material verwendt wird und der Strom aus geschmolzenem thermoplastischem Material im wesentlichem vor der Reckung komplett gekühlt ist, dad u r c h gekennzeichnet, daß die ausgezählten Flächen (31, 53) langsamer 3.1s die benachbarten Flächen gekühlt werden.

4. /erfahren nach Λ 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band gereckt wird, um eine Fibrillierung längs der biaxial orientierten Flächen zu erzeugen.

5. /orrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach jedem der Λ 1-4, bestehend aus einem Extruder mit Folienband- düse, der zur Aufnahme des extrudierten Stromes ein Kühlelement und Äntriebselement zugeordnet ist und ferner aus Einrichtungen zur Reckung des mindestens partiell gekühlten Folienbandes, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlelement mit im wesentlich gleichgroßen, in Längs- und Querrichtung fluchtenden und gleich distanzierten Flächen (25, 59) versehen ist, die außerhalb des Niveaus der überfläche des Kühlelementes liegen-

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β. Vorrichtung nach A 5, dadurch gekennzeichnet» daß die ausgewählten Flächen als Erhöhungen (25) oder /ertiefungen (59) in der oberfläche des als Walze (19, 57) ausgebildeten Kühlel ententes angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach A 6, d a d u r c Ii g e k e η η -

ζ e icline t, daß die erhöht liegenden Flächen (25) im wesentlichen rechteckig ausgebildet sind und zwischen sich kreuzenden Längs- und Qaernuten (21, 23) liegen.

8. Vorrichtung nach Λ 5_t dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (59) kreisförmig ausgebildet sind.

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