CH653601A5 - Vorformling aus thermoplastischem kunststoff. - Google Patents
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Description
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vorformling aus thermoplastischem Kunststoff, ausgebildet zum Umformen in einen Behälter.
Bereits früher ist die Technik bekannt, Behälter aus thermoplastischen Kunststoffen herzustellen, wobei die Behälter dem inneren Druck widerstehen können, der z.B. bei der Aufbewahrung von kohlensäurehaltigen Getränken, insbesondere Getränken wie Limonaden und Bier, auftritt. Bei Verwendung von z. B. Polyäthylenterephthalat, im weiteren PET genannt, ist es möglich, die Behälter mit relativ dünnen Wänden herzustellen.
Derart dünnwandige PET-Behälter besitzen jedoch in gewissem Ausmass eine Gasdurchlässigkeit für z. B. Kohlendioxid. Sauerstoff aus der Umgebung, ebenso wie Licht, können ebenfalls die Wände durchdringen. Diese Umstände haben nachteilige Einwirkung auf den Geschmack des Behälterinhalts.
In vielen Anwendungsfällen besteht deshalb häufig der Wunsch, dass der Behälter eine Abschirmschicht aufweist, die nur in geringem Ausmass einen Durchlass von Gasen oder Licht erlaubt. Es gibt eine Reihe bekannter, verschiedener Verfahren, Behälter mit solchen Schichten zu versehen. Beispiele hierfür sind die Auftragung einer Schutzschicht beim fertigen Behälter, die Koextrusion eines Rohlings, bei dem eine Schicht einen Schutzwerkstoff enthält, oder die Auftragung einer inneren oder äusseren Schutzschicht beim Vorformling.
Die Verwendung einer Schutzschicht ist in vielen Anwendungsfällen notwendig, so dass eine Reihe von Verfahren entwickelt worden ist, bei denen eine Schutzschicht von erforderlicher Dicke vor Umformen des Vorformlings in den Behälter auf dem Vorformling aufgetragen wird.
In den Anwendungsfällen, wo Schutzschichten als Belag auf den äusseren Oberflächen des Behälters angeordnet waren, hat sich gezeigt, dass Kohlendioxid bei der Aufbewahrung kohlensäurehaltiger Getränke die Behälterwand durchdringt, wobei die Abschirmschicht eine Tendenz aufweist, sich von der äusseren Oberfläche der Behälterwand zu lösen. In gewissen Anwendungsfallen führen derartige Schäden in der Schicht zu einer unzulässigen Beeinträchtigung der Abschirmeigenschaften des Behälters. Die Schichten können selbstverständlich auch durch äussere mechanische Einwirkungen beschädigt werden.
Bei den auf der inneren Oberfläche des Behälters angeordneten Schutzschichten bestehen bei gewissen Anwendungsfällen Schwierigkeiten, Abschirmwerkstoffe zu finden, die die behördlichen Vorschriften in bezug auf die Aufbewahrung von Lebensmittel oder pharmazeutischen Produkten erfüllen, und die weder den Geschmack noch sonstige Eigenschaften beim aufbewahrten Gut beeinflussen.
Deshalb wurden Lösungen entwickelt, bei denen die Schutzschichten in der Behälterwand eingeschlossen werden, wobei, wie bereits oben gesagt, die Technik der Koextrusion eines Rohres oder eines Schlauches angewandt wird, deren Wände eine Schicht aus Abschirmwerkstoff, umgeben von Werkstoff der Behälterwände, aufweisen. Der Schlauch oder das Rohr werden in geeigneten Längen abgeschnitten, die jeweilige Länge wird im einen Ende verschlossen und anschliessend in den Behälter umgeformt. Hierbei bestehen Schwierigkeiten, einen Verschluss zu erzielen, bei dem die Abschirmschicht unbeschädigt bleibt. Besonders grosse Schwierigkeiten ergeben sich bei dünnen Abschirmschichten.
Es bestehen starke Wünsche, bereits angewendete Kunststoffe z.B. für Behälter für Lebensmittel wiederverwenden zu können. Bei der Wiederverwendung von Kunststoffen ist es in vieler Hinsicht unzweckmässig, den wiederverwendeten Kunststoff mit dem in den Behältern aufbewahrten Füllgut in Berührung kommen zu lassen, dies gilt insbesondere bei Füllgut vom Typ Lebensmittel. Um diese direkte Berührung zwischen bereits verwendetem und rückgewonnenem Kunststoff und dem im Behälter aufbewahrten Füllgut zu verhindern, wurde versucht, Behälter zu verwenden, die aus einem Schichtkunststoff hergestellt waren, wobei der rückgewonnene Werkstoff durch eine Schicht eines neuen Kunststoffes an einer Berührung mit dem Füllgut des Behälters behindert wurde. Hierbei kam obengenannte Koextrusionstechnik zur Anwendung. Die bereits angeführten Schwierigkeiten bezüglich einer Aufrechterhaltung einer unversehrten Abschirmschicht beim Verschluss eines extru-dierten Rohres oder Schlauches bestehen selbstverständlich auch beim Verschliessen eines extrudierten Rohres oder Schlauches, dessen innerste Schicht aus neuem Kunststoff besteht, der die Schutzschicht bildet, die eine Berührung zwischen zurückgewonnenem Werkstoff und innerem des Behälters verändert. Der schwedische Patentantrag Nr. SE
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7 705 604-2 bezieht sich jedoch auf einen Vorformling, der aus einem koextrudierten Rohr besteht, das in Stücke geschnitten wurde, wonach die Stücke am einen Ende verschlossen wurden, und wobei das Verschliessen auf solche Weise erfolgte, dass die innere Schicht intakt verbleibt. Dies wird dadurch erzielt, dass die innere Schicht beim Verschliessen die äussere Schicht verdrängt und sich in den mittigen Teilen des Verschlusses von der inneren Oberfläche des Vorformlings bis zu dessen äusserer Oberfläche erstreckt.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vorformling, bei dem oben angegebene Nachteile ausgeschaltet sind, und der somit teils eine intakte Abschirmschicht bietet, teils auch intakte Werkstoffschichten in allen Teilen des Vorformlings. Die intakten Werkstoffschichten ermöglichen somit eine Wiederverwendung des früher verwendeten Kunststoffes und stellen auch sicher, dass die einzelnen Werkstoffschichten in dem aus dem Vorformling geformten Behälter in allen Teilen des Behälters die an den Behälter gestellten Forderungen in bezug auf z. B. Formbeständigkeit, Gaspenetration, Lichtpenetration usw. erfüllen.
Gemäss der Erfindung ist der Vorformling dadurch gekennzeichnet, dass er aus mehreren getrennter, ineinander passender Teilvorformlingen zusammengesetzt ist, wobei jeder Teilvorformling einen Mündungsteil und einen verschlossenen Bodenteil aufweist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Vorformling aus zwei Teilvorformlingen zusammengesetzt, wobei der äussere Teilvorformling aus früher verwendetem und rückgewonnenem Werkstoff besteht.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der thermoplastische Kunststoff, aus dem jeder Teilvorformling besteht, ein solcher ist, der bei Umformung der Teilvorformlinge in einen Behälter, die Herstellung eines formbeständigen Behälters, der Gas- und Lichtpenetration zu verhindern vermag, ermöglicht.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Teil der Teilvorformlinge in axialer Richtung auf einer Länge gestreckt vorliegt, die im wesentlichen der Länge des Profils entspricht, das der aus dem Vorformling zu formende Behälter in seiner Axialrichtung aufweist.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Teilvorformling mit einer Abschirmschicht versehen ist, wobei die innere oder äussere Oberfläche eines oder mehrerer Teilvorformlinge mit einer Abschirmschicht beschichtet ist.
Die Anwendung von zwei Teilvorformlingen, die einen zusammengesetzten Vorformling bilden, wobei eine Abschirmschicht zwischen beiden Teilvorformlingen vorhanden ist, erbringt u.a. die Vorteile, dass beim gefüllten Behälter der Inhalt nicht in direkte Berührung mit der Abschirmschicht des Behälters kommen kann und die Abschirmschicht durch den Einschluss in der Behälterwand keine Möglichkeit hat, sich von irgendeiner der Oberflächen des Behälters zu lösen.
Es besteht auch die Möglichkeit, die beiden Teilvorformlinge so mit einer Abschirmschicht zu versehen, dass die eine Schicht das Durchdringen von Gasen und die andere das Durchdringen von Licht verhindert, oder wobei die eine das Durchdringen von Sauerstoff und die andere das Durchdringen von Kohlendioxid verhindert. Hierbei wird die Sauerstoffsperrschicht vorzugsweise beim äusseren Teilvorformling angebracht.
Der eine Teilvorformling, und dabei vorzugsweise der innere Teilvorformling, kann mit zwei oder mehreren Abschirmschichten übereinander versehen sein. Dadurch, dass die Abschirmschichten beim Erwärmen und anschliessenden Umformen des zusammengesetzten Vorformlings in den Behälter eine gute Anliegung gegen und einen sicheren Einschluss zwischen den Werkstoffschichten erhalten, wird die Funktion der Abschirmschichten gewährleistet.
Es besteht auch die Möglichkeit, die äussere Oberfläche 5 eines der inneren Teilvorformlinge mit einem Aufdruck und/ oder Dekor zu versehen. Die Ausführung des Aufdruckes und/oder Dekors wird hierbei auf die Streckung des Werkstoffes angepasst, die beim anschliessenden Umformen des Vorformlings in den Behälter stattfindet.
io Der Werkstoff im Vorformling bzw. in den Teilvorformlingen wird vorzugsweise in axialer Richtung und bei einer Ausgangstemperatur im oder unter den Bereich der Glasumwandlungstemperatur (TG) des Werkstoffes gestreckt. Das Strecken des Werkstoffes erfolgt vorzugsweise durch ein me-15 chanisches Verfahren, wobei die Vorformlinge einen oder mehrere Ziehringe durchlaufen, die die Wanddicke in den Vorformlingen und somit auch die äusseren Durchmesser der Vorformlinge reduzieren. Ein derartiges Streckverfahren ist im schwedischen Patentantrag Nr. SE 8 004 003-3 be-2o schrieben. Durch die mechanische Orientierung lässt sich somit beim inneren Teilvorformling auf einfache Weise ein Aussendurchmesser erhalten, der exakt auf den Innendurchmesser des äusseren Teilvorformlings und auf die masslichen Veränderungen, die die Auftragung der Abschirmschicht auf 25 den Teilvorformlingen bedingt, angepasst werden kann.
Eine nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt im An-schluss an eine Anzahl von Abbildungen, wobei
Abb. la, b einen Längsschnitt durch Teilvorformlinge zeigt,
30 Abb. lc einen Längsschnitt durch einen aus den Teilvorformlingen gemäss Abb. la und lb zusammengesetzten Vorformling zeigt,
Abb. 2a, b einen Längsschnitt durch axial gestreckte Teilvorformlinge zeigt,
35 Abb. 2c einen Längsschnitt durch einen aus den Teilvorformlingen gemäss Abb. 2a und 2b zusammengesetzten Vorformling zeigt,
Abb. 3a, b einen Längsschnitt durch mit einer Abschirmschicht versehene, axial gestreckte Teilvorformlinge zeigt, 40 Abb. 3c einen Längsschnitt durch einen aus den Teilvorformlingen gemäss Abb. 3a und 3b zusammengesetzten Vorformling zeigt,
Abb. 3d eine Vergrösserung des Bereiches A in Abb. 3c darstellt.
45 In Abb. la, b erkennt man einen Teilvorformling 10a und einen Teilvorformling 10b, jeder mit einem Mündungsteil 22a, b und einem verschlossenen Bodenteil 25a, b. Die beiden Teilvorformlinge sind nach einem beliebigen Verfahren hergestellt, beispielsweise durch Spritzgiessen oder durch so Extrusion. Im letzteren Fall wurde in der Regel der verschlossene Bodenteil in einem gesonderten Formvorgang hergestellt.
In Abb. lc ist dargestellt, wie die beiden Teilvorformlinge 10a, b zu einem Vorformling 11 zusammengesetzt sind. 55 Um dies zu ermöglichen, ist der innere Durchmesser des Teilvorformlings 10b etwas grösser als der äussere Durchmesser des Teilvorformlings 10a. Auf gleiche Weise sind die Längen der beiden Teilvorformlinge aufeinander abgestimmt. Die Abbildungen la-c sind in dieser Hinsicht mass-60 lieh nicht völlig korrekt.
In Abb. 2a, b erkennt man einen axial gestreckten Teilvorformling 16a und einen axial gestreckten Teilvorformling 16b. Der Teilvorformling 16a ist so bemessen, dass er in den Teilvorformling 16b passt, und beide Teilvorformlinge ha-65 ben einen Mündungsteil 21a, b und einen verschlossenen Bodenteil 24a, b.
Die beiden Teilvorformlinge 16a, b entstehen durch Umformen von Teilvorformlingen, die in der Hauptsache aus
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amorphem Werkstoff bestehen. Die beiden vorher diskutierten Teilvorformlinge 10a, b stellen Beispiele für solche Teilvorformlinge dar. Beim Umformen verlängert sich der zylindrische Teil des Teilvorformlings durch ein Streckverfahren bei gleichzeitiger Verminderung der Wanddicke. Dies erfolgt vorzugsweise auf die Art, dass der Teilvorformling, z.B. einer der vorher diskutierten Teilvorformlinge 10a, b, einen oder mehrere Ziehringe durchläuft, deren innerer Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Teilvorformlings vor dem Durchlauf durch die Ziehringe. Um den axial gestreckten Teilvorformling gemäss Abb. 2a zu bilden, wird der genannte Streckvorgang durch ein Ausstrecken des Werkstoffes auch im Bodenteil des Teilvorformlings ergänzt.
In Abb. 2c ist gezeigt, wie die beiden Teilvorformlinge 16a, b zu einem Vorformling 18 zusammengesetzt sind. Um dies zu ermöglichen, ist der innere Durchmesser des Teilvorformlings 16b etwas grösser als der äussere Durchmesser des Teilvorformlings 16a. Auf gleiche Weise sind die Längen der beiden Teilvorformlinge aufeinander abgestimmt.
In Abb. 3a-d ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwei Teilvorformlinge nach auf oben beschriebene Weise durchgeführter axialer Streckung gestreckte Vorformlinge 13a, b von solchen Abmessungen bilden, dass diese ineinander passen. Nach Einführen des kleineren Vorformlings 13a in den grösseren Vorformling 13b bilden die beiden Vorformlinge einen zusammengesetzten Vorformling 15. Der kleinere Vorformling 13a ist in den Abbildungen mit einer äusseren Abschirmschicht 14a und der grössere Vorformling 13b mit einer inneren Abschirmschicht 14b versehen. Auf diese Weise entsteht bei dem zusammengesetzten Vorformling im Übergang zwischen den beiden Teilvorformlingen ein Bereich, der aus den beiden Abschirmschichten 14a, b besteht.
Bei Anwendung der oben beschriebenen Teilvorformlinge zur Herstellung von Behältern wird der Werkstoff des zusammengesetzten Vorformlings auf die Formungstemperatur erwärmt, wonach das Umformen in den Behälter stattfindet. Es ist selbstverständlich möglich, vor dem Umformen des jeweiligen Vorformlings in einen Behälter den Mündungsteil des jeweiligen Vorformlings mit den erforderlichen Verschlussanordnungen für den zukünftigen Behälter, z.B. Gewinde, zu versehen. Auf gleiche Weise ist es gemäss der Erfindung möglich, von Vorformlingen auszugehen, die vor dem axialen Strecken mit solchen Verschlussanordnungen ausgeführt sind.
Gemäss obiger Darstellung erfolgt das axiale Strecken der Vorformlinge auf die Weise, dass die Vorformlinge Ziehringe mit schrittweise abnehmendem Durchmesser durchlaufen. Die Erfindung kann selbstverständlich auch für solche Herstellungsprozesse Anwendung finden, wo das axiale Strecken der Vorformlinge durch andere Mittel erfolgt. Für die Ausführungsform der Erfindung, wo axial gestreckte Teilvorformlinge einen zusammengesetzten, axial gestreckten Vorformling bilden, gilt selbstverständlich die Forderung, dass die angewandten Streckverfahren Teilvorformlinge erbringen, die die Toleranzen aufweisen, die für ein Ineinanderpassen der Teilvorformlinge erforderlich sind.
Durch Anbringen der Abschirmschichten auf axial gestreckten Vorformlingen kommen die Abschirmschichten auf einer Oberfläche zu liegen, die für fertiggeformte Behälter gleicher Grösse wesentlich grösser ist als bei bisher angewandter Technik, wo ungestreckte Vorformlinge mit Abschirmschichten versehen wurden. Bei der Verwendung von z. B. PET wird in vielen Anwendungsfällen eine biaxiale Orientierung des Werkstoffes angestrebt, wobei der Werkstoff um das mindestens ca. 3fache in einer der Axialrichtungen gestreckt wird. Auf diese Weise erhält der Werkstoff u.a. die für den jeweiligen Fall erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Ein Strecken des Werkstoffes um das 3fache in beiden Axialrichtungen führt mit sich, dass sich die Oberfläche des Vorformlings gegenüber der Oberfläche des Behälters ca. 1:9 verhält, was wiederum bedeutet, dass sich die Dicke einer auf dem Vorformling aufgetragenen Abschirmschicht in gleichem Ausmass vermindert. In gewissen Anwendungsfällen werden die erforderlichen Eigenschaften durch ein monoaxiales Strecken um das ca. 3fache und ein anschliessendes, geringeres Strecken in Querrichtung erreicht. Bei den Anwendungsfällen, wo soeben genannte Streckverhältnisse angewendet werden, führen gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit sich, dass sich die Abschirmschicht um das maximal 3fache vermindert, was wiederum den Vorteil erbringt, dass die Abschirmschicht beim Vorformling nicht gleich dick ausgeführt werden muss wie bei Anwendung der bisher angewandten Technik. Da das Auftragen dicker Abschirmschichten eine erschwerende Phase im Zusammenhang mit der Herstellung von Behältern darstellt, bedeutet die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses.
Insbesondere bei der Anwendung eines zusammengesetzten Vorformlings ist es bei gewissen Anwendungsbeispielen von Vorteil, das abschliessende Aushärten der Abschirmschicht ebenso wie deren Anbindung an den Werkstoff des Teilvorformlings stattfinden zu lassen, nachdem die beiden Teilvorformlinge ineinander angeordnet worden sind. Dadurch, dass die Abschirmschichten erst nach Ineinanderfügen der beiden Teilvorformlinge und vorzugsweise im Zusammenhang mit dem Erwärmen des Vorformlings auf die Formungstemperatur des Werkstoffes aushärten, wird eine gute Anliegung der Abschirmschichten gegeneinander erzielt. Selbst wenn nur eine Abschirmschicht angewendet wird, erzielt man durch das genannte Verfahren ein gutes Anliegen gegen den Werkstoff in dem Teilvorformling, der keine Abschirmschicht aufweist.
Eine oder mehrere Abschirmschichten auf dem jeweiligen Vorformling können durch Eintauchen in eine Lösung angebracht werden, die den Abschirmwerkstoff enthält. In wahlweisen Ausführungsformen wird der Abschirmwerkstoff an den Vorformling gespritzt.
Selbst wenn alle die im allgemeinen Teil der Beschreibung aufgegriffenen Ausführungsformen der Erfindung nicht im einzelnen getrennt im Anschluss an die Einzelbeschreibung beleuchtet worden sind, dürfte aus der Einzelbeschreibung eindeutig hervorgehen, dass sämtliche Ausführungsformen im Rahmen der Vorformlingsvarianten (zusammengesetzt aus Teilvorformlingen) liegen, die im Anschluss an Abb. 1-3 beschrieben worden sind.
Normalerweise darf die Kristallinität bei einem Teilvorformling aus Polyäthylenterephthalat einen Höchstwert von ca. 30% annehmen, wenn ein weiteres Umformen des Vorformlings stattfinden soll. Vorzugsweise lässt man jedoch die Kristallinität einen Wert im Bereich 10-25% annehmen, wobei die durch die monoaxiale Orientierung aufgetretene Kristallinität maximal ca. 17% beträgt.
Die Werte der Kristallinität, die in dieser Erfindung angegeben sind, beziehen sich auf die Theorie, die in der Publikation «Die Makromolekulare Chemie» 176,2459-2465 (1975) gezeigt ist.
Obige Beschreibung befasst sich mit rohrförmigen Vorformlingen von kreisrundem Querschnitt. Selbstverständlich liegt es im Gedanken der Erfindung, auch mit rohrförmigen Vorformlingen anderer Querschnittsformen zu arbeiten.
In der Technik ist eine grosse Anzahl von Werkstoffen vom Typ Polyester oder Polyamid mit gleichartigen Eigenschaften wie Polyäthylenterephthalat bekannt. Die Erfm-
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hexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naph-thalat, Polytetramethylen-l,2-Dioxybensoat und Copolyme-re von Äthylenterephthalat, Äthylenisophthalat und andere ähnliche Polymere.
Über obenstehende Beschreibung hinaus geht die Erfindung auch aus beiliegenden Patentansprüchen hervor.
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3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
- 653601PATENTANSPRÜCHE1. Vorformling aus thermoplastischem Kunststoff, ausgebildet zum Umformen in einen Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (11,15,18) aus mehreren getrennter, ineinander passender Teilvorformlingen (10a, 10b, 13a, 13b, 16a, 16b) zusammengesetzt ist, wobei jeder Teil-vorformling einen Mündungsteil (20,21,22) und einen verschlossenen Bodenteil (23,24,25) aufweist.
- 2. Vorformling gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff, aus dem jeder Teilvorformling (10a, 10b, 13a, 13b, 16a, 16b) besteht, ein solcher ist, der bei Umformung der Teilvorformlinge in einen Behälter, die Herstellung eines formbeständigen Behälters, der Gas- und Lichtpenetration zu verhindern vermag, ermöglicht.
- 3. Vorformling gemäss Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling (11,15, 18) aus zwei Teilvorformlingen zusammengesetzt ist, wobei der äussere Teilvorformling (10b, 13b, 16b) aus früher verwendetem und rückgewonnenem Kunststoff besteht.
- 4. Vorformling gemäss einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Teilvorformlinge (13a, b, 16a, b) in axialer Richtung auf eine Länge gestreckt vorliegen, die im wesentlichen der Länge des Profils entspricht, das der aus dem Vorformling zu formende Behälter in seiner Axialrichtung aufweist.
- 5. .Vorformling gemäss einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilvorformling mit einer Abschirmschicht (14a, b) versehen ist, wobei die innere oder äussere Oberfläche eines oder mehrerer Teilvorformlinge (13a, 13b) mit einer Abschirmschicht beschichtet ist.
- 6. Vorformling gemäss Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmschichten (14a, 14b) vom Werkstoff der Teilvorformlinge umgeben sind.
- 7. Vorformling gemäss einem der Patentansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Teilvorformlinge des Vorformlings aus Polyäthylenterephthalat besteht und dass das Polyäthylenterephthalat der Teilvorformlinge die gestreckt und dadurch orientiert sind, eine Kristalli-nität von maximal 30% und vorzugsweise im Bereich von 10-25% aufweist und wobei die durch die genannte Orientierung im Werkstoff bewirkte Kristallinität höchstens 17% beträgt.
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