DE2536939A1 - SEALING POSITION - Google Patents
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Description
HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZELHENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL
BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UNDBAVARIAN MORTGAGE AND
telex: 05 29 802 HNKi. D EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 SS^Ä^jK^Sm«telex: 05 2 9 802 HNKi. D EDUARD-SCHMID-STRASSE 2 SS ^ Ä ^ jK ^ Sm «
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Ishino Gasket Mfg., Co., Ltd. 1 a AUG. 1975Ishino Gasket Mfg., Co., Ltd. 1 a AUG. 1975
Tokio, JapanTokyo, Japan
DichtungslageGasket layer
Die Erfindung betrifft eine Dichtungslage bzw. -scheibe, insbesondere zur Verwendung bei z.B. Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, verschiedenen industriellen Maschinen usw., und insbesondere eine wärmebeständige Dichtungsscheibe, die sich speziell zur Verwendung an einer Stelle eignet, die einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf die aus einer solchen Dichtungslage hergestellten Dichtungen.The invention relates to a gasket sheet, particularly for use in, for example, internal combustion engines of automobiles, various industrial machines, etc., and particularly a heat-resistant one Sealing washer specially designed for use in a location that is high Temperature. The invention also relates to those made from such a gasket sheet Seals.
In jüngster Zeit wurden verschiedene Brennkraftnfschinen bezüglich Leistungserhöhung oder Wirkungsgrad im Hinblick auf zahlreiche Vorschriften betreffend die Abgasemission bei Kraftfahrzeugen usw. verbessert. Aufgrund dieser Modifikationen erhöhten sich die auftretenden Temperaturen erheblich, so daß die bisher angewandten Dichtungslagen oder JPlanschdichtungen mehr oder weniger unwirksam wurden. Die bisher angewandte Dichtungslage wird in der Weise hergestellt, daß einRecently, there have been various internal combustion engines regarding performance increase or efficiency with regard to numerous regulations the exhaust emission in automobiles, etc. is improved. Because of these modifications, the number that occurred increased Temperatures are considerable, so that the previously used gasket layers or J flange gaskets are more or became ineffective. The previously used gasket layer is produced in such a way that a
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anorganisches Pulver aus z.B. Asbest und/oder Kieselsäure unter Verwendung eines Bindemittels, wie Gummi bzw. Kautschuk oder Latex, gebunden, zu einer Schicht oder Lage geformt und an den beiden Hauptflächen mit einem Gummi- oder Kautschukmaterial beschichtet wird, um der Dichtung Elastizität und eine glatte Oberfläche zu verleihen. Das Bindemittel, nämlich das Gummi- oder Latexbindemittel, verhärtet sich unter den im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen, so daß die Dichtung ihre Elastizität und Dichtwirkung verliert, welche ihre wesentlichsten Eigenschaften darstellen.inorganic powder of e.g. asbestos and / or silica using a binder such as Rubber or rubber or latex, bonded, formed into a layer or sheet and attached to the two main surfaces is coated with a rubber or rubber material to give the seal elasticity and a to give a smooth surface. The binder, namely the rubber or latex binder, hardens under the high temperatures occurring during operation, so that the seal retains its elasticity and sealing effect loses which are its most essential properties.
Bei Brennkraftmaschinen ist dieses Problem speziell um die Umfangsränder der Zylinder herum von Bedeutung. Zur Ausschaltung dieses Problems und zur gleichzeitigen Verhinderung einer mechanischen Beschädigung der Dichtung werden in deren Öffnungen metallene Augenringe (grommets) eingesetzt. Hierbei tritt jedoch das zusätzliche Problem der mechanischen Befestigung des Augenrings an der Dichtungslage auf. Aus diesem Grund muß der Werkstoff für solche Augenringe sorgfältig ausgewählt werden, und ihre maschinelle Bearbeitung muß mit hoher Präzision erfolgen. Dies führt aber sowohl zu wirtschaftlichen als auch zu technischen Schwierigkeiten.In internal combustion engines, this problem is particularly important around the circumferential edges of the cylinders. To eliminate this problem and at the same time prevent mechanical damage to the seal Metal dark circles (grommets) are used in their openings. Here, however, the additional problem arises mechanical fastening of the eye ring to the sealing layer. For this reason, the material must for such dark circles must be carefully selected, and their machining must be done with high precision take place. However, this leads to both economic and technical difficulties.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungslage'zu schaffen, welcher die bisher unvermeidbaren Nachteile nicht mehr anhaften, die eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit besitzt und die kostensparend und einfach hergestellt werden kann.The invention is therefore based on the object of a Sealing layer 'to create which the previously unavoidable Disadvantages no longer adhere, which has excellent heat resistance and which is cost-saving and can be easily manufactured.
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Diese Aufgabe wird "bei einer Dichtungslage der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie eine durch Verbindung eines anorganischen Pulvermaterials mit Hilfe eines Bindemittels um ein metallenes Kerngebilde herum gebildete Grundschicht sowie auf beide Seiten der Grundschicht aufgebrachte Graphitschichten aufweist.This task is "with a gasket layer of the mentioned Art solved according to the invention in that it is a compound of an inorganic powder material base layer formed around a metal core structure with the aid of a binder and on has graphite layers applied to both sides of the base layer.
Die Erfindung bezweckt dabei auch die Schaffung einer Flanschdichtung, die durch entsprechendes Ausstanzen aus der erfindungsgemäßen Dichtungslage herstellbar ist und die den bisher angewandten Dichtungen anhaftenden Nachteile vermeidet.The invention also aims to create a flange seal that is punched out accordingly can be produced from the sealing layer according to the invention and adhering to the previously used seals Avoids disadvantages.
Dies wird dadurch erreicht, daß in der Dichtungslage zweckmäßige Öffnungen ausgestanzt werden oder die Dichtungslage zur Bildung entsprechender ringförmiger Elemente gestanzt wird, die in Verbindung mit einer herkömmlichen Planschdichtung mit Bohrungen, in welche die ringförmigen Elemente einsetzbar sind, verwendet werden können.This is achieved in that expedient openings are punched out or the Sealing layer to form a corresponding ring-shaped Elements is punched in connection with a conventional face seal with holes in which the annular elements can be used, can be used.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
]?ig. 1a bis 1c in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansichten von Dichtungslagen gemäß der Erfindung, ]? ig. 1a to 1c are sectional views on an enlarged scale of sealing layers according to the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen' Dichtungslage,Fig. 2 is a schematic representation of an example for a process for producing the 'according to the invention Gasket layer,
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!"ig. 3 eine schematische Darstellung eines anderen Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungslage oder Flanschdichtung, ! "Fig. 3 is a schematic representation of another Example of a method for producing the gasket layer or flange gasket according to the invention,
Fig. 4 eine Darstellung der Anwendung einer erfindungsgemäßen Dichtung,4 shows an illustration of the application of a seal according to the invention,
Fig. 5 eine Darstellung einer anderen Anwendungsart für die erfindungsgemäßen Dichtungen undFig. 5 is an illustration of another type of application for the seals according to the invention and
Fig. 6 einen Schnitt durch eine Dichtungslage gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.6 shows a section through a sealing layer according to a modified embodiment of the invention.
Die Fig. 1a bis 1c veranschaulichen Schnitte durch Dichtungslagen gemäß der Erfindung. Jede Dichtungslage besteht dabei aus einer Grundschicht 1o und auf deren beiden Flächen vorgesehenen Graphitschichten 2o. Die Grundschicht 1ο ist mit einem Versteifungskernelement 14 versehen, das aus einem Metallsieb oder -gitter (Fig. 1a), einer mit Haken besetzten Metallplatte (Fig. 1b), einer geprägten Metallplatte (Fig. 1c) oder einer im allgemeinen flachen Platte bzw. Verbundplatte (joint-sheet) und einem Wärmeisolierglied 12 bestehen kann, das dadurch gebildet worden ist, daß ein anorganisches Material, wie Asbest oder ein Gemisch aus Asbest und einem anorganischen Pulver, wie Kieselsäure, unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels mit dem Element 14 verbunden wurde.Die Grundschicht erhält dabei durch das Wärmeisolierglied 12 senkrecht zu ihrer Oberfläche Wärmeisoliereigenschaften und Elastizität, durch das Versteifungselement 14 jedoch Steifigkeit parallel zu ihren Oberflächen und zusätzliche Elastizität senkrecht zu den Oberflächen.FIGS. 1a to 1c illustrate sections through Sealing layers according to the invention. Each gasket layer consists of a base layer 1o and up the graphite layers 2o provided on both surfaces. The base layer 1ο has a stiffening core element 14 provided, which consists of a metal sieve or grid (Fig. 1a), a metal plate fitted with hooks (Fig. 1b), an embossed metal plate (Fig. 1c) or a generally flat plate or composite plate (Joint-sheet) and a heat insulating member 12 may exist, which has been formed in that an inorganic material such as asbestos or a mixture of asbestos and an inorganic powder such as silica, bonded to element 14 using a suitable bonding agent. The base layer receives thereby through the heat insulating member 12 perpendicular to its surface heat insulating properties and Elasticity, due to the stiffening element 14, however, rigidity parallel to their surfaces and additional Elasticity perpendicular to the surfaces.
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Auf den Oberflächen der auf diese Weise gebildeten GrunascMcht io werden Reingraphitschichten 2o, beispielsweise das von der Firma Union Carbide erhältliche wGrafoil"-Material, oder Kohlenstoffschichten (im folgenden ebenfalls als Graphitschichten bezeichnet) mittels einer Kalanderwalze, einer Druekformmaschine oder einer anderen bekannten Vorrichtung angebracht.On the surfaces of GrunascMcht thus formed io be pure graphite layers 2o, for example that available from Union Carbide w Grafoil "material, or carbon layers (hereinafter also referred to as graphene layers) by means of a calender roll, a Druekformmaschine or another known device mounted .
Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel für die Anbringung der Graphitschichten 2o an den Flächen der Grundschicht io unter Verwendung einer Kalanderwalzenmaschine 4o, wobei die von entsprechenden Rollen abgezogenen Graphitschichten 2o und die von einer zwischen diesen Rollen angeordneten Grundschichtrolle abgezogene Grundschicht Io laminiert, zwischen ersten Walzen 42 gegeneinander angepreßt, dann zwischen einem zweiten Walzensatz 44 weiter zusammengepreßt und schließlich auf passende Weise aufgewickelt werden.FIG. 2 illustrates an example of the application of the graphite layers 2o to the surfaces of the base layer io using a calender roll machine 4o, with the rolls drawn off from the corresponding rolls Graphite layers 2o and the base layer peeled off from a base layer roller arranged between these rollers Io laminated, pressed against one another between first rollers 42, then between a second set of rollers 44 are further compressed and finally wound up in a suitable manner.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 eignet sich besonders für den Fall, daß die Graphitschichten und die Grundschicht in ununterbrochener Form vorliegen und in Rollenform geliefert werden« Wenn die Grundschicht io dagegen in Form einer zurechtgeschnittenen Lage begrenzter Länge vorliegt, kann es sich als ratsam erweisen, eine Druckformmaschine mit zwei Metallgesenken 5o, 5ο1 zu verwenden, zwischen denen das Laminat auf die in Fig. 3 dargestellte Weise verpreßt wird.The device according to FIG. 2 is particularly suitable in the event that the graphite layers and the base layer are in uninterrupted form and are supplied in roll form. to use a printing forme machine with two metal dies 5o, 5ο 1 , between which the laminate is pressed in the manner shown in FIG.
Die für die Erfindungszwecke geeignete Graphitschicht besteht, wie erwähnt, aus Grafoil—Folie oder Kohlen-The graphite layer suitable for the purposes of the invention consists, as mentioned, of Grafoil foil or carbon
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stoff-Folie. Me Graphitschicht 2o besitzt ein schichtartiges (layered) Kristallgefüge und kennzeichnet sich dadurch, daß dann, wenn die Lagen parallel zur Schicht liegen» die Wärmeleitfähigkeit in der Schichtebene etwa 8o# derjenigen von Kupfer beträgt, während sie senkrecht dazu sehr gering ist, so daß die Konstruktion eine sehr gute Wärmeisolierung in senkrechter Richtung gewährleistet, und daß die Maßhaltigkeit bzw« üormstabilität unter großen Temperatur— Schwankungen und/oder Druckkräften in Prallelrichtung außerordentlich groß ist und nur etwa io - 15$ der Druck— und Wärmedehnung von Gummi oder Kautschuk beträgt, wie sie bei herkömmlichen Dichtungen verwendet werden. Wenn die erfindungsgemäße Schichtkonstruktion daher als Bichtungslage verwendet wird, sind ihre Wärme— und/oder Druckbeständigkeitseigenschaften erheblich besser als bei den bekannten Dichtungen dieser Art.fabric foil. Me graphite layer 2o has a layered crystal structure and characterizes in that when the layers are parallel to the layer »the thermal conductivity in the Layer level is about 8o # that of copper, while it is very small perpendicular to it, so that the construction provides very good thermal insulation in vertical direction, and that the dimensional accuracy or dimensional stability under high temperature Fluctuations and / or compressive forces in the parallel direction is extremely large and only about io - 15 $ the Compression and thermal expansion of rubber or caoutchouc, as used in conventional seals will. When the layer construction according to the invention therefore used as an exposure layer are theirs Heat and / or pressure resistance properties are significant better than the known seals of this type.
Aus der auf die beschriebene Weise hergestellten Dichtungslage können einfach durch Ausstanzen der gewünschten Öffnungen kostensparende, wärmebeständige Dichtungen gefertigt werden.From the sealing layer produced in the manner described, simply by punching out the desired Openings cost-saving, heat-resistant seals are manufactured.
Zur Yerringerung der verwendeten Menge an vergleichsweise teurem Graphit kann es sich als ratsam erweisen, das Graphitschichtmaterial nur an den Stellen zu verwenden, die möglicherweise hohen {Oemperaturen ausgesetzt sind, beispielsweise um die Zylinderbohrungen einer Brennkraftmaschine oder um die Auspuff schlitze herum. Gemäß KLg. 4-körtnen za dieses Zweck Dichtringe 8o aus Graphitlagenmaterial ausgestanzt werden, die eine bezüglich ϊΌππ und Größe der Zylinderbohrung ?<> angepaßte Innenöffnung sowie eine zweckmäßige Breite D besitzen, wobei ein Dicht-To reduce the amount of comparatively expensive graphite used, it may prove advisable to use the graphite layer material only in places that may be exposed to high temperatures, for example around the cylinder bores of an internal combustion engine or around the exhaust slots. According to KLg. 4-za körtnen this purpose seals 8o are punched out of graphite sheet material, the? Own <> adapted inner opening and an appropriate width D a respect ϊΌππ and size of the cylinder bore, a sealing
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ringhalter Ίοο vorgesehen wird, der in einer herkömmlichen Flanschdichtung eine Bohrung So auf v/eist, in welche der Außenumfang des Dichtrings eingepaßt wird.ring holder Ίοο is provided which has a bore So on v / eist in a conventional flange seal, into which the outer circumference of the sealing ring is fitted.
Wenn der Außenumfang des Dichtrings 80 mit der Wand der Bohrung 9o des Halters I00 verbunden, z.B. verklebt wird, sollte zwischen beiden Teilen eine innige körperliche Verbindung bestehen. Wir d der Dichtring 80 dagegen in die Bohrung 9o eingepreßt, so muß der Durchmesser der Bohrung 9o geringfügig kleiner sein als der Außendurchmesser des Dichtrings 80.When the outer circumference of the sealing ring 80 with the wall of the Hole 9o of the holder I00 is connected, e.g. glued, there should be an intimate physical between the two parts Connection. If, however, the sealing ring 80 is pressed into the bore 9o, the diameter must of the bore 9o be slightly smaller than the outer diameter of the sealing ring 80.
Indem zudem die Dicke des Dichtrings 80 entsprechend größer gewählt wird als die Dicke des Halters I00, können die Fertigungstoleranzen mehr als etwa fünfmal so groß sein wie bei herkömmlichen Dichtungen. Zur Gewährleistung der Dichtwirkung im Betrieb kann dabei auf die Anordnung von zusätzlichem Dichtmaterial an dem Dichtungsabschnitt, an welchem ein Mangel an Flächendruck vorhanden ist, völlig verzichtet werden· Dies ist auf die ausgezeichnete Wärmeausdehnung der Graphitschicht senkrecht zu ihrer Ebene zurückzuführen.By also selecting the thickness of the sealing ring 80 to be correspondingly larger than the thickness of the holder I00, the manufacturing tolerances can be more than about five times be as large as conventional seals. To ensure the sealing effect in operation can to the arrangement of additional sealing material on the sealing section, where there is a lack of surface pressure is present, can be completely dispensed with · This is due to the excellent thermal expansion of the graphite layer perpendicular to their plane.
Die Graphitschicht braucht herbei nur in den hohen Temperaturen ausgesetzten Bereichen vorgesehen :«u werden. Im iall einer Zylinderkopfdichtung für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine braucht die Graphitschicht beispielsweise nur an der Zylinderbohrung, der Ölbohrung, an den Kühlwasserkanälen usw. vorgesehen zu sein. Ein Beispiel hierfür ist in 3?ig. 5 veranschaulicht.The graphite layer only needs to be provided in the areas exposed to high temperatures : “u will. In the case of a cylinder head gasket for a motor vehicle internal combustion engine, the graphite layer only needs to be provided, for example, on the cylinder bore, the oil bore, on the cooling water channels, etc. An example of this is in Fig. 3. 5 illustrates.
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!"ig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine Dichtungslage gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher anstelle des Wärmeisolators 12 der vorher beschriebenen Ausführungsform Graphitschichten 2o auf beiden Flächen eines Versteifungselements 14- vorgesehen sind, welches dem vorher beschriebenen ähnelt. Diese Dichtungslage kann nicht nur auf die gleiche Weise eingesetzt werden wie die vorher beschriebene Ausführungsform, vielmehr entfällt bei ihr auch der Verfahrensschritt des Durchstoßens der das Versteifungselement 14- zwischen sich einschließenden Wärmeisolatoren, wodurch verschiedene Eigenschaften der Dichtungslage parallel oder senkrecht zu ihrer Ebene verbessert werden.Fig. 6 shows a section through a gasket layer according to a modified embodiment of the invention, in which instead of the heat insulator 12 the previously described embodiment graphite layers 2o are provided on both surfaces of a stiffening element 14-, which is the previously described resembles. This gasket layer cannot only be used in the same way as the previously described embodiment, rather omitted with her also the process step of piercing the stiffening element 14- between them enclosing heat insulators, creating different properties of the gasket layer parallel or perpendicular to be improved on their level.
Ersichtlicherweise können aus dieser Dichtungslage auf die vorher beschriebene Weise ebenfalls die gewünschten (Plansch-)-Dichtungen ausgestanzt werden.Obviously, from this gasket layer, in the manner described above, the desired (Splash) seals are punched out.
Wie erwähnt, besitzt die erfindungsgemäße wärmebeständige Dichtungslage infolge der Beschichtung der Grundschicht 1o mit den Graphitschichten 2o verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften, die sie als Dichtung für hohen Temperaturen ausgesetzte Stellen geeignet machen, beispielsweise hervorragende Wärmeleitfähigkeit und Maßhaltigkeit parallel zur Dichtungslagenebene sowie ausgezeichnete Wärmeisolierung und Wärmeausdehnung senkrecht zu dieser Ebene. Außerdem kann dabei die Anordnung von Augenringen entfallen, die äußerst präzise maschinelle und sonstige Bearbeitungen erfordern.As mentioned, the invention has heat-resistant Sealing layer due to the coating of the base layer 1o with the graphite layers 2o different excellent properties that make it suitable as a seal for areas exposed to high temperatures, for example, excellent thermal conductivity and dimensional stability parallel to the gasket layer plane, as well as excellent Thermal insulation and thermal expansion perpendicular to this plane. In addition, the arrangement There is no need for dark circles, which require extremely precise machine and other processing.
Selbst beim Auftreten von hohen Temperaturen an derEven when high temperatures occur at the
R C) 9 8 4 2 / 0 5 5 $R C) 9 8 4 2/0 5 5 $
Bohrung 7o, etwa einer Zylinderbohrung, eines Auspuff Schlitzes o.dgl., um welche der mit Graphitschichten 2o versehene Dichfcring angeordnet ist, bleiben seine für eine Dichtung wesentlichen Eigenschaften infolge seiner ausgezeichneten Wärmeableitung in Parallelrichtung, seiner ausgezeichneten Wärmeisolierung in senkrechter Richtung und seiner dem herkömmlicherweise verwendeten Gummimaterial gleichenden Druckeigenschaften in senkrechter Richtung erhalten. Außerdem entfällt hierbei auch die Notwendigkeit für die Anordnung eines sekundären Dichtmaterials an den Stellen, an denen der Flächendruck in der Betriebslage der Dichtung zwischen gegeneinander verspannten, steifen Flanschen möglicherweise abnimmt, während dabei auch das Einsetzen eines Augenrings, der eine besonders genaue maschinelle und sonstige Bearbeitung erfordert, entfallen kann. Darüber hinaus wird aufgrund der ausgezeichneten Kompressibilität der erfindungsgemäßen Dichtungslage der Fertigungstoleranzbereich der Flanschflächen erweitert. Konstruktion, Herstellung und Einbau der erfindungsgemäßen Dichtungen sind sehr einfach, so daß eine billige, wirtschaftliche Dichtung gewährleistet werden kann, was für die Industrie von großer Bedeutung ist.Bore 7o, for example a cylinder bore, of an exhaust Slot or the like, around which the sealing ring provided with graphite layers 2o is arranged, its essential properties for a seal remain due to its excellent heat dissipation in the parallel direction, its excellent thermal insulation in the vertical direction and its dem conventionally used rubber material obtained equivalent printing properties in the vertical direction. In addition, there is also no need to arrange a secondary sealing material on the Points at which the surface pressure in the operating position of the seal between braced against each other, stiff Flanging may decrease, while also doing the insertion of an eye ring, which is particularly accurate requires machining and other processing, can be omitted. In addition, because of the excellent Compressibility of the gasket layer according to the invention, the manufacturing tolerance range of the flange surfaces expanded. Design, manufacture and installation of the seals according to the invention are very simple, so that an inexpensive, economical seal can be ensured for what is used in the industry of is of great importance.
Obgleich vorstehend nur einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlich gewisse Änderungen und Abwandlungen bezüglich der für die Grundschicht verwendeten Werkstoffe sowie des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungslage möglich, ohne daß vom Grundgedanken und Rahmen der Erfindung abgewichen wird.Although only a few embodiments of the invention are shown and described above, the Of course, certain changes and modifications are skilled in the art regarding the materials used for the base layer and the manufacturing process the gasket layer according to the invention possible without losing the basic idea and scope of the invention is deviated.
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