DE4243652C2 - Flexibles Trennwandelement für einen Flüssigkeitsspeicher - Google Patents

Flexibles Trennwandelement für einen Flüssigkeitsspeicher

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Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein flexibles Trennwandelement für einen Flüssigkeitsspeicher.
Ein Flüssigkeitsspeicher erfüllt die Funktion der Speicherung einer Hydraulikflüssigkeit unter Druck und umfaßt im allgemeinen ein metallisches Gehäuse und ein flexibles Trennwandelement, wie eine Gummimembran oder einen Gummibalg bzw. eine Gummiblase, die das Innere des Gehäuses in eine Gaskammer und eine Flüssigkeitskammer teilt. Die Membran oder Blase, die im folgenden auch als flexible Trennwand oder flexibles Trennwandelement bezeichnet wird, wird aus einem geeigneten Gummimaterial zu einer gewünschten Gestalt mit einer relativ geringen Dicke ausgebildet. Die flexible Trennwand wird innerhalb des Gehäuses befestigt und wirkt mit der Gehäusewand zusammen, um die Gas- und Flüssigkeitskammer zu begrenzen. Die Gaskammer wird mit einem geeigneten Gas, wie z. B. N2-Gas, beschickt, während ein Drucköl oder eine Druckflüssigkeit in der Flüssigkeitskammer gespeichert wird. Das Öl wird von einer hydraulischen Druckquelle in die Flüssigkeitskammer gespeist, und das komprimierte Gas wirkt als ein Dämpfer oder eine Feder. Während einer Verwendung des Speichers kann das in der Gaskammer eingeschlossene Gas allmählich durch das dünne, flexible Trennwandelement durchtreten oder durchsickern und aufgrund einer Verminderung des Gasdrucks, was aus dem Durchsickern des Gases durch die Trennwand resultiert, unfähig werden, um seine Funktion zu erfüllen.
Ein Lösungsvorschlag zur Beseitigung des obigen Nachteils beruht darin, ein geeignetes Additiv oder geeignete Additive der Gummimischung des flexiblen Trennwandelements im Bestreben dahingehend beizugeben, den Widerstand der Trennwand gegenüber der Gasdurchlässigkeit zu steigern. Obgleich die Additive den Widerstand gegen ein Durchsickern von Gas (die Gasundurchlässigkeit oder Gasimpermeabilität) der Trennwand steigern können, so liegt die Neigung dazu vor, daß die Flexibilität des Trennwandelements sich erniedrigt und dieses zu einem Reißen oder Brechen nach einer relativ langen Anwendungszeit innerhalb des Speichergehäuses neigt. Das stellt ebenfalls ein Problem dar.
Um dieses Problem zu lösen, wird vorgeschlagen, eine Ethylen- Vinylalkohol-Copolymerisat-Harzschicht zwischen benachbarte dünne Gummilagen eines flexiblen Trennwandelements einzufügen derart, daß die Harzschicht durch Klebstoffschichten haftend mit den Gummilagen verbunden wird. Ein Beispiel einer mehrschichtigen Gummi-/Harzstruktur ist in JP 2-165948 A offenbart. Wenn diese Gummi-/Harzstruktur für eine flexible Membran oder Blase eines hydraulischen Speichers verwendet wird, ermöglichen die Ethylen-Vinylalkohol-Harzschicht oder - schichten, die einen hohen Grad an Gasundurchlässigkeit besitzen, daß die Gasfüllung im Speichergehäuse ihren Druck über dem unteren Grenzwert für eine stark verlängerte Anwendungszeit des Speichers aufrechterhält. Jedoch unterliegen die Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat-Harzschichten nach einer langen Gebrauchsdauer, während welcher die Membran oder Blase eine vielmalige Biegeverformung oder -verlagerung durchmacht, einem Reißen und einer Trennung von den Gummilagen. Demzufolge wird die Lebenserwartung des eine derartige Membran oder Blase verwendenden Speichers verkürzt.
Eine undurchlässige, elastische Membran ist in der US 5 036 110 offenbart. Diese Membran umfaßt zwei Lagen, von denen jede aus einem ersten Material besteht, und eine zweite Lage, die zwischen die ersten Lagen eingefügt ist sowie aus einem zweiten Material besteht. Das erste Material wird aus einer Gruppe ausgewählt, die thermoplastische Polyurethane, Blockamid- Polyäther, flexible Polyester und deren Mischungen umfaßt, während das zweite Material aus der Gruppe gewählt wird, die aus Copolymeren von Ethylen und Vinylalkohol, Polyamiden, Polyvinylidenchlorid und deren Mischungen besteht.
Obgleich die zweite Lage gegenüber Gas undurchlässig ist, haben einige der oben angegebenen ersten Materialien eine unzureichende Wärmebeständigkeit und neigen dazu, während einer Verwendung eines Speichers, in dem die Temperatur der gespeicherten Druckflüssigkeit relativ hoch ist, beeinträchtigt oder zerstört zu werden. Ferner können andere erste Materialien, wenn sie einem Hydraulikfluid, wie einer Bremsflüssigkeit, ausgesetzt werden, weich werden, was die Tendenz zu einer relativ kurzen Betriebsdauer verstärkt.
Aus der DE 41 17 411 A1 ist ein Speicherelement mit einem flexi­ blen Trennwandelement bekannt, das das Gehäuse des Speicherele­ ments in zwei Kammern unterteilt. Von diesen Kammern ist eine als Gaskammer ausgebildet und die andere Kammer als Flüssig­ keitskammer. Das Trennwandelement ist aus einem kältebeständigen und gasdurchlässigen laminierten flächenhaften Körper herg­ estellt, der eine Polyvinylalkohol-Kunstharzschicht aufweist. Weiterhin ist an zumindest einer Seite der Polyvinylalkohol- Kunstharzschicht eine Kautschukschicht laminiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann auf beiden Seiten der Kunstharzschicht mittels eines Klebemittels eine elastische Schicht auflaminiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Trenn­ wandelement für einen Flüssigkeitsspeicher zu schaffen, das in hohem Maß haltbar und beständig ist, um eine lange Betriebsdauer des Speichers zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung weist das Trennwandelement wenig­ stens eine Gassperrschicht und wenigstens eine elastische Lage auf. Die Gassperrschicht ist aus einem Copolymerisat von Ethylen und Vinylalkohol hergestellt. Die elastische Lage weist als Hauptkomponente ein Polyamidharz auf, das aus der Gruppe PA-6, PA-66, PA-6-10 und PA-6-12 alleine oder in Kombination dieser ausgewählt ist oder aus einer Mischung aus wenigstens 50 Gew.-% Polyamid und eines Polyolefin-Materials. Weiterhin ist das Trennwandelement mit zwei Gummilagen versehen, die mit den einander entgegengesetzten Flächen des Verbundkörpers verbunden sind.
Ein derartig beschaffenes Trennwandelement hat sich nicht nur als ausgesprochen funktionell, sondern auch als überaus haltbar und beständig erwiesen.
Die zwei Gummilagen können durch ein Klebemittel an entgegengesetzten Flächen des durch Coextrudieren erzeugten Verbundkörpers des flexiblen Trennwandelements haftend angebracht werden.
In einer alternativen Ausführungsform des flexiblen Trennwandelements umfaßt der coextrudierte Verbundkörper eine mittige elastische Lage und zwei Gassperrschichten, die an jeweils einander entgegengesetzten Flächen der mittigen elastischen Lage ausgestaltet sind.
Das erfindungsgemäße flexible Trennwandelement wurde als Ergebnis extensiver Forschungs- und Studienarbeiten der Erfinder entwickelt, die ihre Aufmerksamkeit auf eine ausgezeichnete Eigenschaft eines Copolymerisats aus Ethylen und Vinylalkohol(E/VAL-Copolymerisat) als eine Gassperrschicht, d. h. einen hohen Grad von Gasundurchlässigkeit (Widerstand gegen Gasdurchtritt) des E/VAL-Copolymerisats, gerichtet haben. Insbesondere wirken die mittige Gassperrschicht, die zwischen benachbarte elastische Lagen eingefügt ist, oder die E/VAL- Copolymerisat-Gassperrschichten, die an einander entgegengesetzten Flächen der mittigen elastischen Lage ausgebildet sind, leistungsfähig dahingehend, einen Gasdurchtritt eines in der Gaskammer des Speichers enthaltenen Gases durch den coextrudierten Teil des flexiblen Trennwandelements zu verhindern, während gleichzeitig die mittige elastische Lage oder Lagen an entgegengesetzten Flächen der mittigen Gassperrschicht als eine Pufferschicht oder - schichten wirken, um die E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschicht oder -schichten gegen ein Reißen oder ein Trennen von den angrenzenden Lagen zu schützen. Die Funktion der elastischen Lage oder Lagen scheint auf deren Elastizitäts- oder Flexibilitätswert, welcher zwischen demjenigen der E/VAL- Copolymerisat-Gassperrschicht oder -schichten und demjenigen der Gummilagen, die üblicherweise an den einander entgegengesetzten Flächen des Verbundkörpers ausgebildet sind, liegt, zurückzuführen zu sein. Demzufolge wird die Haltbarkeit des flexiblen Trennwandelements erheblich gesteigert, und zwar selbst unter Arbeitsbedingungen des Speichers, bei denen das Trennwandelement einer wiederholten Biegeverformung unterworfen wird. Folglich wird die Lebenserwartung des Speichers erhöht.
Weil ferner das als ein Hauptbestandteil der elastischen Lage oder Lagen verwendete Polyamidharz einen Schmelzpunkt hat, der nahe bei dem des E/VAL-Copolymerisats liegt, können die zwei Materialien für die elastische Lage und die Gassperrschicht coextrudiert werden, um gleichzeitig die angrenzenden oder abwechselnd ausgestalteten elastischen Lagen und Gassperrschichten zu bilden. Hierbei reagieren die beiden Materialien chemisch miteinander, so daß die elastischen Lagen und Gassperrschichten an ihren Grenzflächen miteinander ohne irgendein Bindemittel oder einen Klebstoff haftend verbunden werden, wobei durch das Fehlen eines Bindemittels oder Klebstoffs die Elastizität des flexiblen Trennwandelements keinen negative Einflüssen unterliegt, die bei Vorhandensein eines solchen Klebstoffs jedoch zu erwarten wären.
Das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerisat (E/VAL-Copolymerisat) kann bevorzugterweise aus 20-65 Gew.-% an Ethylen bestehen, wobei der Rest oder Ausgleich Vinylalkohol ist. Insbesondere ist das E/VAL-Copolymerisat, dessen Ethylenanteil 32 Gew.-% beträgt, erwünscht oder vorzuziehen. Ist der Ethylenanteil geringer als 20 Gew.-% (und der Vinylalkoholanteil größer als 80 Gew.-%) wird zwar die Gassperreigenschaft der Gassperrschicht oder -schichten erheblich erhöht, jedoch die Flexibilität in überaus hohem Maß vermindert, so daß die Gassperrschicht oder -schichten nicht imstande ist/sind, eine geschmeidige Biegeverformung oder -verlagerung durchzumachen.
Überschreitet der Ethylanteil 65 Gew.-%, so können die Gassperrschicht oder -schichten keinen ausreichend hohen Grad an Gassperreigenschaft bieten oder zeigen.
Das Polyamidharz für die elastische Lage oder Lagen kann bevorzugterweise aus der Gruppe gewählt werden, die aus PA-6, PA-66, PA-6-10 und PA-6-12 besteht, wobei diese Materialien allein oder in Kombination verwendet werden können. Das Polyamidharz, das PA-6 oder PA-66 umfaßt, hat einen Schmelzpunkt, der demjenigen eines E/VAL-Copolymerisats nahe liegt. In dieser Hinsicht kann das Polyamidharz eine Mischung aus PA-6 und anderen PA-Materialien sein. Ferner kann die elastische Lage nicht mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 30 -40 Gew.-%, eines Polyolefinmaterials, wie EPM und EPDM, enthalten. In diesem Fall wirkt das Polyolefinmaterial dahingehend, zu verhindern, daß das E/VAL-Copolymerisat der Gassperrschicht eine wäßrige Komponente absorbiert. Wenn das E/VAL-Copolymerisat eine wäßrige Komponente absorbiert, so wird das Gassperrvermögen der Gassperrschicht verschlechtert.
Der Biegeelastizitätsmodul der elastischen Lage, die nicht weniger als 50 Gew.-% eines Polyamidharzes enthält, liegt zwischen denjenigen der Gummilagen und der E/VAL-Copolymerisat- Gassperrschicht. Werden die zwei elastischen Lagen an den entgegengesetzten Flächen einer mittigen Gassperrschicht ausgestaltet, so ist es erwünscht, daß die Biegefestigkeit Mv der E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschicht und die Biegefestigkeit M der elastischen Lagen so bestimmt werden, um die folgenden Formeln zu erfüllen:
Mv/M ≦ 3
Mv = 16 EvL3
M = 16 EL3
hierin sind:
Ev: Biegeelastizitätsmodul der mittigen Gassperrschicht
Lv: Dicke der mittigen Gassperrschicht
E: Biegeelastizitätsmodul der elastischen Lagen
L: Dicke der elastischen Lagen.
Die Gummilagen, die an den einander entgegengesetzten Flächen des coextrudierten Verbundkörpers des flexiblen Trennwandelements ausgestaltet werden, können aus irgendeinem Gummimaterial gebildet werden, das üblicherweise für eine flexible Membran, einen flexiblen Balg oder eine flexible Blase für einen Druckflüssigkeitsspeicher verwendet wird. Beispielsweise können die Gummilagen aus Akrylnitril-Butadien- Kautschuk (NBR) bestehen.
Der erfindungsgemäße Druckflüssigkeitsspeicher hat aufgrund der gesteigerten Haltbarkeit des flexiblen Trennwandelements, wie oben beschreiben wurde, eine verlängerte Betriebs- oder Lebensdauer.
Das Gehäuse oder der Mantel des Speichers wird üblicherweise aus einem geeigneten Metallmaterial gefertigt, wie z. B. Eisen, Stahl und Metallegierungen, wie einer Al-Legierung. Das Gehäuse kann irgendeine gewünschte Gestalt annehmen, beispielsweise eine allgemein kugelförmige, eine zylindrische oder eine rechteckige, kastenförmige Gestalt.
Das Gehäuse kann ein allgemein halbkugelförmiges oberes sowie ein allgemein halbkugelförmiges unteres Teil umfassen, die an ihren offenen Enden in Anlage gebracht und verschweißt werden, um eine allgemein kugelförmige Ausbildung zu erzielen. Diese zweiteilige oder zweischalige Gehäuseausbildung ermöglicht im Vergleich mit einer herkömmlichen einstückigen Gehäuseausbildung einen leichten Zusammenbau des Speichers. Ferner erleichtert die erfindungsgemäße Ausbildung das Anbringen oder befestigen des flexiblen Trennwandelements am Gehäuse, und zwar kann vor allem das Trennwandelement am unteren Gehäuseteil befestigt werden, bevor die beiden Teile miteinander verschweißt werden.
Der Speicher kann einen Haltering einschließen, der dazu ausgestaltet ist, den Umfangsabschnitt der flexiblen Trennwand an einem Teil der Innenumfangsfläche des unteren Gehäuseteils (der unteren Halbschale) nahe dessen (deren) offenem Ende zu befestigen. Die untere Halbschale kann eine in dem vorstehend genannten Teil der Innenumfangsfläche ausgebildete Kehle aufweisen, während der Haltering einen Abschnitt oder ein Stück hat, der/das gegen die die genannte Kehle bestimmende Fläche verstemmt oder gepreßt wird, und ein weiteres Stück besitzt, das den Umfangsabschnitt der Trennwand gegen die Innenumfangsfläche der unteren Halbschale des Gehäuses preßt.
Weitere Merkmale sowie Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Druckflüssigkeitsspeichers in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Teil-Querschnitt eines flexiblen Trennwandelements in Gestalt einer im Speicher von Fig. 1 befestigten flexiblen Membran;
Fig. 3 einen Querschnitt eines coextrudierten Verbundkörpers der Membran von Fig. 1, der aus einer mittigen Gassperrschicht und zwei elastischen Lagen besteht;
Fig. 4 einen Querschnitt eines Teils einer flexiblen Trennwand in einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 5 einen Teil-Querschnitt einer flexiblen Trennwand in einer noch anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 6A und 6B Darstellungen zur Biegeverformung der Membran von Fig. 4, wenn sich ein auf die Membran aufgebrachter Öldruck während einer Untersuchung der Membran von Fig. 2 ändert;
Fig. 7 eine Querschnittdarstellung eines Speichers in einer Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 8 einen vergrößerten Teilschnitt des Speichers von Fig. 7, bevor ein der Befestigung der Membran dienender Haltering gegen eine untere Halbschale des Speichergehäuses verstemmt wird;
Fig. 9 eine zu Fig. 8 gleichartige Darstellung, wobei der Haltering gegen die untere Halbschale verstemmt ist;
Fig. 10 einen Teil-Querschnitt einer flexiblen Trennwand in einer noch weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 11 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Speichers, der die Trennwand von Fig. 10 enthält;
Fig. 12 einen Teil-Querschnitt einer Trennwand in einer weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird ein Flüssigkeitsspeicher in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben.
Der Flüssigkeitsspeicher 20 hat ein aus einem Metallmaterial gefertigtes Gehäuse 21, das aus zwei allgemein halbkugelförmigen Teilen besteht, d. h. einer oberen Halbschale 21a und einer unteren Halbschale 21b, die stumpf aneinanderstoßend und an ihren offenen Enden miteinander verschweißt werden, um einen umschlossenen Raum abzugrenzen. Dieser Raum wird durch ein Trennwandelement, das als flexible Membran 22 ausgebildet ist, in eine Gaskammer 20a an der oberen sowie eine Öl- oder Flüssigkeitskammer 20b an der unteren Seite der Membran 22 unterteilt. Die untere Halbschale 21b nimmt ein Ablaßventil 23 auf.
Bevor die beiden Halbschalen 21a und 21b miteinander durch Elektronenstrahlschweißung verbunden werden, wird die flexible Membran 22 an ihrem Umfang am offenen Ende der unteren Halbschale 21b so befestigt, daß der Umfangsabschnitt der Membran 22 zwischen einem Haltering 24 und einer Innenumfangsfläche des offenen Endstücks der unteren Halbschale 21b durch den Haltering 24 befestigt wird. Nachdem die flexible Membran 22 an der unteren Halbschale 21b angebracht ist, werden die beiden Halbschalen 21a und 21b mittels eines Elektronenstrahls verschweißt, um das allgemein kugelförmige Speichergehäuse 21 zu bilden.
Die flexible Membran 22 besteht aus einer mittigen Gassperrschicht 1, zwei an den einander entgegengesetzten Flächen der Sperrschicht 1 ausgebildeten elastischen Lagen 2 und zwei Gummilagen 3, die an den Außenflächen von jeweils einer elastischen Lage 2 ausgestaltet sind. Die mittige Gassperrschicht 1 besteht aus einem Copolymerisat von Ethylen und Vinylalkohol (E/VAL-Copolymerisat), während die elastischen Lagen 2 aus einem Polyamidharz gebildet sind. Die Gassperrschicht 1 und die beiden elastischen Lagen 2 wirken zur Ausbildung eines coextrudierten Verbundkörpers zusammen. Um diesen coextrudierten Verbundkörper 4 zu erzeugen, werden das gewählte E/VAL-Copolymerisat und Polyamidharz coextrudiert, um gleichzeitig die mittige E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschicht 1 und die beiden elastischen Lagen 2 aus Polyamidharz herzustellen, wobei diese elastischen Lagen 2 mit den einander entgegengesetzten Flächen der Gassperrschicht 1 aufgrund einer chemischen Reaktion des E/VAL-Copolymerisats und des Polyamidharzes an den sich berührenden Grenz- oder Zwischenflächen fest haftend verbunden sind. Insofern wird zur Ausbildung des coextrudierten Verbundkörpers 4 kein Bindemittel benötigt.
Dann wird ein in der einschlägigen Technik bekanntes Binde- oder Klebemittel auf die einander entgegengesetzten Flächen des coextrudierten Verbundkörpers 4 aufgebracht, und die beiden Gummilagen 3 werden durch Pressen eines geeigneten Gummimaterials hergestellt. Die Gummilagen 3 werden mit den einander entgegengesetzten Flächen des coextrudierten Verbundkörpers 4 bei einer anschließenden Vulkanisation des Gummimaterials haftend verbunden. Auf diese Weise wird die in Fig. 2 gezeigte flexible Membran 22 hergestellt.
Um weiter das Prinzip dieser Erfindung zu verdeutlichen, werden einige Beispiele einer flexiblen Membran gemäß der Erfindung im Vergleich mit Vergleichsbeispielen beschrieben.
Beispiel 1
Zuerst wurde der in Fig. 3 coextrudierte Verbundkörper 4 hergestellt. Ein Copolymerisat aus Ethylen-Vinylalkohol (E/VAL) F-101, lieferbar von KURARAY Co. Ltd. (Japan), das 32 Gew.-% an Ethylen enthält, wurde für die mittige Gassperrschicht 1 verwendet, während ein Polyamidharz SUPER TOUGH NYLON ST811HS, lieferbar von Du Pont, für die elastischen Lagen 2 verwendet wurde. Das E/VAL-Copolymerisat und das Polyamidharz wurden coextrudiert, um den dreilagigen Verbundkörper 4 so auszubilden, daß die Gassperrschicht 1 eine Dicke β von 50 µm und jede der beiden elastischen Lagen 2 eine Dicke α von 80 µm hatte, wie in der am Ende der Beschreibung angefügten Tabelle 1 angegeben ist.
Dann wurde der auf diese Weise hergestellte dreilagige Verbundkörper 4 an seinen einander entgegengesetzten Flächen mit einem bekannten Haftmittel beschichtet, und die Gummilagen 3 wurden aus NBR durch Pressen und Vulkanisieren gebildet. Jede Gummilage 3 hatte eine Dicke von 1790 µm, wie ebenfalls in der Tabelle 1 angegeben ist. Auf diese Weise wurde die in Fig. 2 gezeigte fünflagige flexible Membran 2 hergestellt. Es ist wünschenswert, daß die Dicke α einer jeden elastischen Lage 2 und die Dicke β der mittigen Gassperrschicht 1 so bestimmt werden, daß die Formel α/β ≧ 1 erfüllt wird.
Beispiel 2
Ein coextrudierter, siebenlagiger Verbundkörper 6, der in Fig. 4 gezeigt ist, wurde durch Coextrudieren unter Verwendung derselben Materialien wie im Beispiel 1 hergestellt. Der Verbundkörper 6 besteht aus dem dreilagigen Verbundkörper 4 der Fig. 3, zwei äußeren Gassperrschichten 1', die an den elastischen Lagen 2 (innere elastische Lagen) ausgebildet sind, und zwei äußeren elastischen Lagen 2', die an jeweils einer äußeren Gassperrschicht 1' ausgestaltet sind. Wie in der beigefügten Tabelle 1 angegeben ist, haben alle Gassperrschichten 1, 1' dieselbe Dicke von 50 µm und die inneren elastischen Lagen 2 dieselbe Dicke von 50 µm, während die äußeren elastischen Lagen 2' die gleiche Dicke von 80 µm aufweisen. Es ist erwünscht, daß die Dicke α einer jeden äußeren elastischen Lage 2', die Dicke β einer jeden Gassperrschicht 1 sowie 1' und die Dicke γ einer jeden inneren elastischen Lage 2 so bestimmt werden, daß die folgenden Formeln erfüllt werden: α/β ≧ 1 und 0,1 ≦ γ/β ≦ 3,5.
Ein einstückiger, elflagiger Verbundkörper 8, der in Fig. 5 gezeigt ist, wurde unter Verwendung derselben Materialien wie zu den Beispielen 1 und 2 durch Coextrudieren hergestellt. Der Verbundkörper 8 besteht aus dem dreilagigen Verbundkörper 4 der Fig. 3, zwei zwischenliegenden Gassperrschichten 1' an dem Verbundkörper 4, zwei zwischenliegenden elastischen Lagen 2 an den zwischenliegenden Gassperrschichten 1', zwei äußeren Gassperrschichten 1' an den zwischenliegenden elastischen Lagen 2 und zwei äußeren elastischen Lagen 2' an den zwischenliegenden äußeren Gassperrschichten 1'. Dann wurden die NBR-Lagen 3 an den äußeren elastischen Lagen 2' ausgestaltet, so daß eine flexible Membran 28 als Trennwandelement mit dreizehn Lagen, wie in Fig. 5 gezeigt ist, erzeugt wurde.
Die Schichten 1, 1' und die Lagen 2, 2' haben die in der beigefügten Tabelle 1 angegebenen Dickenwerte. Es ist erwünscht, daß die Dicke α der äußeren elastischen Lage 2', die Dicke β einer jeden Gassperrschicht 1, 1' sowie die Dicke γ einer jeden inneren oder zwischenliegenden elastischen Lage 2 so bestimmt werden, daß die Ungleichungen α/β ≧ 1 und 0,1 ≦ γ/β ≦3,5, wie im Beispiel 2, erfüllt werden.
Vergleichsbeispiele 1 und 2
Es wurden zwei Vergleichsmuster hergestellt. Jedes Muster besteht aus einer mittigen Gassperrschicht, die durch Extrudieren desselben E/VAL-Copolymerisats, das bei den Beispielen 1-3 verwendet wurde, gefertigt wurde, und zwei NBR-Lagen, die durch Pressen und Kleben durch ein Haftmittel an die entgegengesetzten Flächen der Gassperrschicht gebildet wurden. Die Dicke der Gassperrschicht und der Gummilagen der beiden Muster sind in der Tabelle 1 angegeben.
Die flexiblen Membranen 22, 26 und 28 der Beispiele 1, 2 und 3 sowie die Muster oder Probestücke der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden hinsichtlich der Flexibilität und des Widerstandes gegenüber einem Reißen und einem Gasdurchtritt bewertet. Die Flexibilität wurde durch Biegen der Muster gemäß der Erfindung und der Vergleichsmuster von Hand untersucht. Um die Muster hinsichtlich des Reißwiderstandes der E/VAL-Copolymerisat- Gassperrschichten zu untersuchen oder zu prüfen, wurden die Muster in eine in den Fig. 6A und 6B gezeigte Vorrichtung eingesetzt. Während des Dauerversuchs wurde die eine der Kammern auf der Seite der Muster- oder Probemembran mit N2-Gas beschickt, während der auf die andere Kammer aufgebrachte Hydraulikdruck zyklisch geändert wurde, um eine wiederholte Biegeverformung der Membran, wie in Fig. 6A und 6B dargestellt ist, herbeizuführen. Die Größe der N2-Gasdurchlässigkeit durch die Probemembranen wurde in einer Anfangsstufe der Dauerprüfung sowie nach dem Abschluß der Prüfung gemessen. Die Ergebnisse der Flexibilitätsprüfung und der Dauerversuche sind in der beigefügten Tabelle 2 angegeben.
Bei der unter Verwendung der in Fig. 6A und 6B gezeigten Vorrichtung durchgeführten Dauerprüfung wurde der auf jede Probemembran aufgebrachte Hydraulikdruck alternierend zwischen der 2,5-fachen Höhe derjenigen des N2-Gases und der 3-fachen Höhe derjenigen des N2-Gases verändert, um eine Biegeverformung oder -verlagerung der Probestücke zu bewirken. Dieser Druckänderungszyklus wurde eine Million Male mit einer Frequenz von 0,3 Hz bei 80°C wiederholt.
Aus der beigefügten Tabelle 2 wird deutlich, daß die Trennwandelemente in Form der flexiblen Membranen 22, 26 und 28 gemäß dieser Erfindung erheblich bessere Ergebnisse als die Vergleichsbeispiele zeigten.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7-9 wird ein Speicher 100 beschrieben, dem die flexible Membran von Fig. 2 eingegliedert ist. Der in seinem Aufbau dem Speicher 20 von Fig. 1 ähnliche Speicher 100 hat ein im wesentlichen kugelförmiges Metallgehäuse, das aus einer oberen Halbschale 110 und einer unteren Halbschale 112 besteht, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Der Speicher 100 wurde in der im folgenden beschriebenen Weise zusammengebaut.
Zuerst wurde die flexible Membran 22, deren Umfangsabschnitt 22a ziemlich verdickt ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist, innerhalb der unteren Halbschale 112 so angeordnet, daß der Umfangsabschnitt 22a durch einen Haltering 103 an der Innenumfangsfläche der Halbschale 112 nahe deren oberem Ende befestigt wurde. Anschließend wurde die untere Halbschale 112 an die obere Halbschale 110 geschweißt.
Zum Zweck der Befestigung der flexible Membran 22 wurde die untere Halbschale 112 in ihrer Innenumfangsfläche nahe ihrem oberen Endstück mit einer umlaufenden Kehle 113 sowie einer unter dieser Kehle 113 umlaufenden Leiste oder Rippe 114 ausgestaltet, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Der Haltering 103 weist eine abgestufte Ausbildung mit einem Stück 103a mit großem Durchmesser, einem Stück 103b mit kleinem Durchmesser und einem Schulterstück 103c auf. Zur Befestigung der Membran 22 wurden diese und der Haltering 103 zuerst so angeordnet, daß der Umfangsabschnitt 22a der Membran 22 mit einem Teil der Innenumfangsfläche der unteren Halbschale 112 in Berührung kam, welcher eine gewisse Strecke von der umlaufenden Kehle 113 beabstandet ist, und daß das Stück 103a mit großem Durchmesser des Ringes 103 mit einem Teil der Innenumfangsfläche, in welchem die Kehle 113 ausgebildet ist, in Berührung gelangte, während das Stück 103b mit kleinem Durchmesser und das Schulterstück 103c mit dem dickwandigen Umfangsabschnitt 22a der Membran 22 in Anlage waren. In diesem Zustand wurde der Haltering 103 an einem der Kehle 113 zugewandten Teil von diesem verstemmt, so daß dieser Teil gegen die Fläche der Kehle 113 gepreßt wurde, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Auf diese Weise wurde der Umfangsabschnitt 22a der Membran 22 von der Außenfläche des Stücks 103b mit kleinem Durchmesser und des Schulterstücks 103c des Halteringes 103 erfaßt und zwischen diesen Stücken sowie der Innenfläche der unteren Halbschale 112 fest eingeklemmt. Das Vorhandensein der umlaufenden Kehle 113 und das Verstemmen des Ringes 103 gewährleisten eine starke, dauerhafte Befestigung der Membran 22 und steigern die Fluiddichtheit zwischen der Membran 22 sowie der unteren Halbschale 112, wie dadurch auch ein Durchtritt und eine Leckage von Gas und Hydraulikflüssigkeit durch die Grenzfläche zwischen der Membran 22 sowie der unteren Halbschale 112 verhindert werden. Die unter der Kehle 113 ausgebildete Leiste oder Rippe 114 gewährleistet ein präzises Positionieren des Halteringes 103 und der Membran 22 mit Bezug zur unteren Halbschale 112.
Nachdem die flexible Membran 22 an der unteren Halbschale 112 angebracht war, wurden die obere und die untere Halbschale 110, 112 an ihren offenen Stirnseiten gegeneinander in Anlage gebracht, wie in Fig. 7 gezeigt ist, um dadurch ein allgemein kugelförmiges Gehäuse des Speichers 100 abzugrenzen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Zustand der Befestigung der Membran 22 an der unteren Halbschale 112 bezüglich seiner Qualität geprüft werden, bevor die untere Halbschale 112 durch die obere Halbschale 110 verschlossen wird. Die beiden Halbschalen 110 und 112 wurden an ihren Stirnflächen miteinander mittels einer Elektronenstrahl-Schweißtechnik verschweißt, wie in Fig. 7 durch 101e angedeutet ist. Da die Schweißnaht 101e um einen beträchtlichen Abstand vom Umfangsabschnitt 22a der Membran 22 beabstandet ist, wird der Umfangsabschnitt 22a gegen eine nachteilige Beeinflussung durch die bei dem Schweißen erzeugte Hitze geschützt.
Auf die beschriebene Weise wurde der Speicher 100 gefertigt, der eine durch die Membran 22 sowie die obere Halbschale 110 begrenzte Gaskammer 101a und eine durch die Membran 22 sowie die untere Halbschale 112 begrenzte Flüssigkeits- oder Ölkammer 101b besitzt. Im Speicher 100 ist ein mit der unteren Seite der Membran 22 verbundenes Ablaßventil 121 aufgenommen. Ein Ölanschlußstutzen 151 weist einen Ölkanal 150 auf, der mit der Ölkammer 101 in Verbindung steht, und mit der Gaskammer 101a ist ein Gasanschlußstutzen 153 verbunden. Durch strich­ punktierte Linien in Fig. 7 ist die Lage der Membran 22, wenn diese elastisch verformt ist, angegeben.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 wird eine abgewandelte Ausführungsform dieser Erfindung erläutert, wobei ein Speicher 30 eine flexible Membran 32 als Trennwandelement verwendet, deren coextrudierter Verbundkörper 14 zu den coextrudierten Verbundkörpern 4, 6 und 8, die bei den vorhergehenden Ausführungsformen zur Anwendung kommen, unterschiedlich ist. Die Membran 32 wirkt mit dem Gehäuse 21 zusammen, um eine Gaskammer 30a und eine Flüssigkeits- oder Ölkammer 30b abzugrenzen.
Wie die Fig. 10 zeigt, besteht der coextrudierte Verbundkörper 14 aus fünf Lagen, nämlich einer mittigen elastischen Lage 11, deren Hauptbestandteil ein Polyamidharz ist, zwei Gassperrschichten 12 aus einem E/VAL-Copolymerisat, die an den einander entgegengesetzten Flächen der mittigen elastischen Lage 11 ausgebildet sind, und zwei äußeren elastischen Lagen 11', die an jeweils einer Gassperrschicht 12 ausgestaltet sind. Der coextrudierte, fünflagige Verbundkörper 14 wird durch Coextrudieren des gewählten Polymamidharzes und E/VAL- Copolymerisats hergestellt, um gleichzeitig die mittige elastische Lage 11 und die Gassperrschichten 12 sowie äußeren elastischen Lagen 11' an jeder der beiden Seiten der mittigen elastischen Lage 11 auszubilden. Zur Fertigung des coextrudierten, fünflagigen Verbundkörpers 14 der Membran 32 werden keine Klebemittel verwendet. Zwei Gummilagen 13 werden mit den äußeren Flächen der äußeren elastischen Lagen 11' haftend verbunden. Die auf diese Weise hergestellte Membran 32 wird im Gehäuse 21 des Speichers 30 befestigt, wie in Fig. 11 gezeigt ist.
Beispiele 4 und 5
Zuerst wurde der fünflagige Verbundkörper 14 durch Coextrudieren derselben Materialien für die Gassperrschichten 12 und die elastischen Lagen 11 sowie 11', wie sie bei den Beispielen 1 bis 3 verwendet wurden, hergestellt derart, daß die E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschichten 12 an den einander entgegengesetzten Flächen der mittigen elastischen Lage 11 aus Polyamidharz und die äußeren elastischen Lagen 11' aus Polyamidharz an den jeweiligen Gassperrschichten 12 ausgebildet wurden. Die elastischen Lagen 11, 11' und 12 bei den Beispielen 4 und 5 haben die in der beigefügten Tabelle 3 angegebenen Dickenwerte.
Anschließend wurde der auf diese Weise hergestellte fünflagige Verbundkörper 14 an seinen einander entgegengesetzten Flächen mit einem bekannten Bindemittel beschichtet, worauf die NBR- Lagen 13 durch Pressen und Vulkanisieren ausgestaltet wurden. Diese Gummilagen 13 haben die in der Tabelle 3 angegebenen Dickenwerte. In der beschriebenen Weise wurde somit die siebenlagige flexible Membran 32, die in Fig. 10 gezeigt ist, hergestellt.
Vergleichsbeispiele 3-7
Fünf Vergleichsmuster wurden gefertigt. Jedes Muster der Vergleichsbeispiele 3-5 besteht aus fünf Lagen bzw. Schichten, d. h. einer mittigen E/VAL-Copolymerisat- Gassperrschicht, die durch Extrudieren gebildet ist, zwei elastischen Polyamidharzlagen, die ebenfalls durch Extrudieren an der mittigen Gassperrschicht ausgebildet sind, und zwei NBR- Lagen, die durch Pressen hergestellt wurden und durch ein Klebemittel mit den einander entgegengesetzten Flächen der mittigen E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschicht haftend verbunden wurden. Die Muster der Beispiele 6 und 7 bestehen aus drei Lagen, d. h. einer mittigen E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschicht und zwei NBR-Lagen. Das E/VAL-Copolymerisat, das Kunstharz und der NBR-Kautschuk, die verwendet wurden, sind gleich denen, die in den Beispielen 4 und 5 angewendet wurden. Die Dickenwerte der in die Vergleichsmuster einbezogenen Lagen bzw. Schichten sind in der Tabelle 3 angegeben.
Die flexiblen Membrane 32 der Beispiele 4 und 5 sowie die Muster der Vergleichsbeispiele 3-7 wurden hinsichtlich der Flexibilität sowie des Widerstandes gegen Reißen und Gasdurchtritt in derselben Weise bewertet, wie das oben unter Bezugnahme auf die Beispiele 1-3 und die Vergleichsbeispiele 1 sowie 2 beschrieben wurde. Die Ergebnisse der Flexibilitäts- und Dauerversuche sind ebenfalls in der Tabelle 3 aufgetragen.
Aus der Tabelle 3 wird deutlich, daß die Membrane 32 gemäß den Beispielen 4 und 5 keiner Rißbildung in den Gassperrschichten 12 unterliegen.
Die Fig. 12 zeigt eine flexible Membran 34 als Trennwandelement, die eine Abwandlung der Membran 32 der Fig. 10 darstellt. Die Membran 34 hat einen coextrudierten, neunlagigen Verbundkörper 16, der umfaßt: den fünflagigen Verbundkörper 14 der Membran 32 von Fig. 10, zwei äußere E/VAL- Copolymerisat-Gassperrschichten 12, die an den zwischenliegenden elastischen Lagen 11' aus Polyamidharz des fünflagigen Verbundkörpers 14 ausgebildet sind, und zwei äußere elastische Lagen 11' aus Polyamidharz an den beiden äußeren E/VAL-Copolymerisat-Gassperrschichten 12. Die beiden NBR-Lagen 13 sind an den äußeren elastischen Lagen 11' ausgestaltet. Somit besteht die Membran 34 aus zwei inneren Gassperrschichten 12, zwei äußeren Gassperrschichten 12, einer mittigen elastischen Lage 11, zwei zwischenliegenden elastischen Lagen 11' und zwei äußeren elastischen Lägen 11'.
Bei den beschriebenen Beispielen hat jede der Membranen 22, 26, 28, 32 und 34 zwei Gummilagen 3 sowie 13 an den einander entgegengesetzten Seiten des coextrudierten Verbundkörpers 4, 6, 8, 14 und 16. Jedoch können die Gummilagen weggelassen werden.
Obwohl das Gehäuse der gezeigten Speicher 20, 30 und 100 der Fig. 1, 7 und 11 jeweils im großen und ganzen kugelförmig ist, so kann dieses Gehäuse eine andere Gestalt annehmen, wie z. B. die eines Zylinders oder eines rechteckigen Kastens. Ferner besteht das Gehäuse der gezeigten Speicher aus zwei Teilen in Gestalt der oberen bzw. unteren Halbschalen 21a, 110 bzw. 21b, 112; das Gehäuse kann jedoch eine einteilige Konstruktion sein, welche eine Öffnung besitzt, durch die hindurch die Membran oder Blase innerhalb des Gehäuses montiert werden kann.
Tabelle 2

Claims (14)

1. Flexibles Trennwandelement für einen Flüssigkeitsspeicher, das den Innenraum eines Gehäuses (21, 110, 112) des Speichers in zwei Abteile teilt, die jeweils eine Gaskammer (20a, 101a) sowie eine Flüssigkeitskammer (20b, 101b) bilden, wobei das flexible Trennwandelement einen durch Coextrusion erzeugten Verbundkörper aufweist, der aus wenigstens einer Gassperrschicht und wenig­ stens einer elastischen Lage besteht, wobei die Gassperrschicht aus einem Copolymerisat von Ethylen und Vinylalkohol besteht und die elastische Lage (2, 2', 11, 11') als Hauptkomponente ein Polyamidharz (PA) enthält und aus der Gruppe PA-6, PA-66, PA-6- 10 und PA-6-12 allein oder in Kombination dieser ausgewählt ist, oder aus einer Mischung aus wenigstens 50 Gew.-% Polyamid und eines Polyolefinmaterials besteht und das flexible Trennwandele­ ment (22, 26, 28, 32, 34) weiterhin zwei Gummilagen (3, 13) auf­ weist, die mit den einander entgegengesetzten Flächen des Ver­ bundkörpers (4, 6, 8, 14, 16) verbunden sind.
2. Trennwandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Gassperrschicht eine mittige Gas­ sperrschicht (1) und die wenigstens eine elastische Lage zwei elastische Lagen (2) umfassen, wobei die mittige Gassperrschicht (1) zwischen die zwei elastischen Lagen (2) eingefügt und mit diesen in Berührung ist.
3. Trennwandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß die wenigstens eine Gassperrschicht eine mittige Gas­ sperrschicht (1) sowie zwei äußere Gassperrschichten (1') um­ faßt,
  • 2. daß die wenigstens eine elastische Lage zwei innere elastische Lagen (2) sowie zwei äußere elastische Lagen (2') umfaßt,
  • 3. daß die mittige Gassperrschicht (1) zwischen die zwei inneren elastischen Lagen (2) eingefügt sowie mit diesen in Berührung ist und
  • 4. daß die zwei äußeren Gassperrschichten (1') an jeweils einer der zwei inneren elastischen Lagen (2) ausgebildet sind, während die zwei äußeren elastischen Lagen (2') an jeweils einer der zwei äußeren Gassperrschichten (1') ausgebildet sind.
4. Trennwandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß die wenigstens eine Gassperrschicht eine mittige Gas­ sperrschicht (1), zwei zwischenliegende Gassperrschichten (1') sowie zwei äußere Gassperrschichten (1') umfaßt,
  • 2. daß die wenigstens eine elastische Lage zwei innere elastische Lagen (2), zwei zwischenliegende elastische Lagen (2) sowie zwei äußere elastische Lagen (2') umfaßt,
  • 3. daß die mittige Gassperrschicht (1) zwischen die zwei inneren elastischen Lagen (2) eingefügt und mit diesen in Berührung ist,
  • 4. daß die zwei zwischenliegenden Gassperrschichten (1') an jeweils einer der zwei inneren elastischen Lagen (2) ausgebildet sind,
  • 5. daß die zwei zwischenliegenden elastischen Lagen (2) an jeweils einer der zwei zwischenliegenden Gassperrschichten (1') ausgebildet sind,
  • 6. daß die zwei äußeren Gassperrschichten (1') an jeweils einer der zwei zwischenliegenden elastischen Lagen (2) ausgebildet sind und
  • 7. daß die zwei äußeren elastischen Lagen (2') an jeweils einer der zwei äußeren Gassperrschichten (1') ausgebildet sind.
5. Trennwandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine elastische Lage eine mittige elastische Lage (11) sowie zwei äußere elastische Lagen (11') umfaßt, daß die wenigstens eine Gassperrschicht zwei Gassperrschichten (12) umfaßt, daß die mittige elastische Lage (11) zwischen die zwei Gassperrschichten (12) eingefügt sowie mit diesen in Berührung ist und daß die zwei äußeren elastischen Lagen (11') an jeweils einer der zwei Gassperrschichten (12) ausgebildet sind.
6. Trennwandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß die wenigstens eine elastische Lage eine mittige elas­ tische Lage (11), zwei zwischenliegende elastische Lagen (11') sowie zwei äußere elastische Lagen (11') umfaßt,
  • 2. daß die wenigstens eine Gassperrschicht zwei innere Gas­ sperrschichten (12) sowie zwei äußere Gassperrschichten (12) um­ faßt,
  • 3. daß die mittige elastische Lage (11) zwischen die zwei inneren Gassperrschichten (12) eingefügt sowie mit diesen in Berührung ist,
  • 4. daß die zwei zwischenliegenden elastischen Lagen (11') an jeweils einer der zwei inneren Gassperrschichten (12) ausge­ bildet sind,
  • 5. daß die zwei äußeren Gassperrschichten (12) an den zwei zwischenliegenden elastischen Lagen (11') ausgebildet sind und
  • 6. daß die äußeren elastischen Lagen (11') an den zwei äußeren Gassperrschichten (12) ausgebildet sind.
7. Trennwandelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zwei elastischen Lagen (2, 2') und die mittige Gassperrschicht (1) jeweils Dickenwerte α und β haben, die α/β ≧ 1 erfüllen.
8. Trennwandelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der äußeren elastischen Lagen (2') und die mittige Gassperrschicht jeweils Dickenwerte α und β haben, die α/β ≧ 1 erfüllen.
9. Trennwandelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage (2) der wenigstens einen elastischen Lage (2, 2') mit Ausnahme der äußeren Lage (2') einen Dickenwert hat, der 0,1 ≦ α/β ≦ 3,5 erfüllt.
10. Trennwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zwei Gummilagen (3, 13), die durch ein Klebemittel mit einander entgegengesetzten Flächen des coextrudierten Verbundkörpers (4, 6, 8, 14, 16) haftend verbunden sind.
11. Trennwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat von Ethylen sowie Vinylalkohol aus 20 bis 65 Gew.-% an Ethylen und Vinylalkohol als dem Rest besteht.
12. Flüssigkeitsspeicher mit einem Gehäuse (21, 110, 112), das ein flexibles Trennwandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
13. Flüssigkeitsspeicher nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse eine allgemein halbkugelförmige obere Schale (21a, 110) sowie eine allgemein halbkugelförmige untere Schale (21b, 112), die an ihren offenen Enden aneinanderstoßen sowie miteinander verschweißt sind, und einen Haltering (24, 103), der einen Umfangsabschnitt (22a) des flexiblen Trennwan­ delements (22, 26, 28, 32, 34) an einem Teil der Innenum­ fangsfläche der unteren Schale (21b, 112) nahe deren offenen Ende festlegt, umfaßt.
14. Flüssigkeitsspeicher nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die allgemein halbkugelförmig untere Schale (112) eine in dem genannten Teil der Innenumfangsfläche ausgebildete Kehle (113) aufweist und der Haltering (103) ein gegen eine die Kehle bestimmende Fläche verstemmtes Stück (103a) sowie ein weiteres, den Umfangsabschnitt (22a) des flexiblen Trennwandele­ ments gegen die Innenumfangsfläche der unteren Schale (112) pressendes Stück (103b, 103c) besitzt.
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