DE1609889A1 - Grossflaechige Bauteile aus Sandwich-Teilelementen mit Kernlagen aus harten Schaumstoffen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 4 DÜSSELDORF 1 4 Γ> Π Γ» Ο Ο Ω

Malkastenstrafe ₂ 1θΠ9ο«9 DIPL.-ING. ALEX STENGE R

Telefon(0211)360914 DIPl.-ING. WOLFRAM WATZKE

Unter Zeldiem i]\. p_a Detnm:

raL.ri:: iY.Luofc, -51 Aachen, .lülicher 3t

Groasflächige Bauteile aus Sandwich-Teilelementen mit Kernlagen aus harten Schaumstoffen und Verfahren au ihrer Herstellung.

Pie Erfindung betrifft ebene oder gewölbte grossflächige Bauteile, z. B. Bauplatten oder Raumzellen, die aus vorgefertigten Sandwich-Teilelementen mit Deckschichten und Kernlagen aus harten Schaumstoffen zusammengefügt sind, sowie ein Verfahren, um die vorgefertigten Sandwich-Teilelemente an ihren-Anschluss- -Biri^niTläcTHin^lsu^^ Sandwich-Bauteilen miteinander zu verbinden. .__ ^-_;-.-=-^=_„-^

Sandwich-Grossbauteile dieser Art sind bereits bekannt und finden vor allem Verwendung im Bausektor und bei Transportmitteln, z. B. als Innen- und Aussenwände, Dächer, Fussböden, Türen od. dgl., insbesondere aber auch als hochisolierfähige und mittragende Kastenaufbauten für Kühlwagen.

Die Herstellung von grossflächigen Bauteilen ist jedoch nach den bisherigen Verfahren Hüll- und Füllbauweise unwirtschaftlich und auch aus Montagegründen häufig unzweckmässig. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Sandwich-Grossbauteile aus Sandwich-Teilelementen durch feste oder lösbare Verbindungen mit ihren Anschlussflächen zusammenzufügen. Hierbei werden bisher an den Anschlussnähten lediglich die Deckschichten kraftschlüssig miteinander verbunden, während die Kernlagen der Sandwich-Teil'elemente mit mehr oder weniger grossen Luft spalt en zwischen ihren Stirnflächen unverbunden bleiben. Die Sandwich-Bauart allgemein weist aber nur im Zusammenwirken mit kraft-

schlüssig durchlaufenden Deckschichten und ebenfalls kraftschlüssig durchlaufenden Kernlagen die besonderen Vorzüge auf, die darin bestehen, dass Sandwich-Bauteile bei grösster Isolierfähigkeit gleichzeitig auch stabile, hoch belastbare Konstruktionsteile ergeben. Die bei den bisher bekannten Sandwieh-Grossbauteilen fehlende kraftschlüssige Kernlagenverbindung verursacht sehr hohe Beanspruchungen der Deckschichtenverbindungen, die erfahrungsgemäss vielfach undicht werden. Solche Undichtigkeiten der Deckschichten führen aber zur Bildung von Kältebrücken, insbesondere, wenn zwischen den Kernlagenstirnflächen Fugenhohlräume vorhanden sind* die bei Temperaturwechsel P atmen und damit feucht-nasse Aussenluft einsaugen, wodurch die Kernlagen im Bereich der Anschlussnähte zum Nachteil der Isolierfähigkeit durchnässt werden.

Bekannte Massnahmen, die das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kernlagen aus Schaumstoff verhindern, z. B. Randprofile, die senkrecht zur Plattenoberfläche die inneren und ausseren Deckschichten verbinden und damit die Kernlagenstirnflächen gegenüber den Fugenhohlräumen abdecken, verhindern jedoch nicht, dass nach wie vor Feuchtigkeit in die Fugenhohlräume eingesaugt wird und gegebenenfalls in die Fugenhohlräume verlegte metallische Konstruktionsprofile korrosionsgefährden, was insbesondere bei unlösbaren Deckschichtenverbindungen unkontrollierbar ist. Hinzu kommt noch, dass die Randprofile entsprechend ihrer wasserabweisenden Aufgabe aus einem festen, dichten Werkstoff, z. B. aus Preßstoff oder Metall, bestehen, der an sich viel weniger isolierfähig ist als der Kernlagenschaumstoff, so dass auch derartige Randprofile Kältebrücken bilden.

Die bekannten, nach den bisher üblichen Zusammenfügungsverfahren erzeugten Sandwich-Grossbauteile besitzen demnach weniger Stabilität und Isolierfähigkeit im Hinblick auf die besonderen Vorzüge der Sandwich-Bauarten, so dass ihre Verwen-

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dung al· mittragende, hochisolierfähige Bauteile, ζ. Β. als Fahrzeugaufbauten für Kühlwagen,...fraglich ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisherigen grossflächigen Bauteile aus Sandwich-Teilelementen zu vermeiden. Zur. Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die Sandwich-Teilelemente an ihren Anschlussetirnflächen sowohl durch an sich bekannte kraftSchlussige Verbindungen der die Kernlagen überkragenden Deckschichten als auch durch eine kraftschlüssige Verbindung der Kernlagen «itteis Ausfüllen der Fugenhohlr&ume mit Schaumstoff zusammen- | zufügen. Man erhält hierdurch auch an den Nahtstössen kraftechlüseig durchlaufende Deckschichten und durchlaufende Kern lagen mit den gleichen Festigkeitswerten und der gleichen Iso-"" lierfähigkeit, wie sie jedes Sandwich-Teilelement für sich allein aufweist, so dass der Sandwich-Grosebauteil im ganzen die vorteilhaften Merkmale der Sandwichausführung besitzt.

Vorteilhaft besteht die mit den Kernlagen kraftschlüssig verbundene Ausfüllung der Fugenhohlräume aus einem homogenen Schaumstoff mit einem spezifischen Raumgewicht von etwa 80 kg/m . Dieser Schaumstoff erhärtet nach der Endvernetzung eines in die Fugenhohlräume flüssig eingebrachten, treibfähigen Reaktionsgemisches, wobei die Fugenhohlräume konturgerecht ' ausgefüllt werden. Die in die Fugenhohlräume hineinragenden Konstruktionsprofile od. dgl. werden von dem Schaumstoff konturgerecht umschäumt.

Zum Herstellen derartiger grossflächiger Bauteile werden in einem ersten Arbeitsgang die in der Endkontur des fertigen Sandwich-Grossbauteiles vorfixiert und mit den entsprechend der gewählten Deckschichtverbindung versehenen, die Kernlagenstirnflächen überkragenden Deckschichtenenden der aneinanderliegenden Sandwich-Teilelemente kraftschlüssig miteinander verbunden. In einem zweiten Arbeitsgang werden dann die Kern-

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lagen durch Ausschäumen der beim Vorfixieren zwischen den Kernlagenstirnflächen entstandenen Fugenhohlräume mit einem in sie flüssig eingebrachten, treibfähigen Reaktionsgemisch kraftschlüssig unter hydrostatisch wirksamem Schaumdruck miteinander verbunden. Hierbei können die senkrecht zu den Deckschichten wirkenden hydrostatischen Schaumdrücke zur Verwendung von Konturveränderungen durch Stützvorrichtungen abgefangen werden. Zum Ausschäumen der Fugenhohlräume können vorteilhaft Polyurethan-Hartschaumstoffe Verwendung finden, wobei die flüssigen, treibfähigen Reaktionsgemische vorzugsweise ohne Zuführung äusserer Wärme in den Fugenhohlräumen auftreiben. Der zur Homogenisierung | und zur Erzeugung des gewünschten spezifischen Raumgewichtes der Schaumstoffausschäumung erforderliche hydrostatische Druck kann z. B. durch Regelung des Schaumaustritts aus Entlüftungslöchern erzeugt werden, beispielsweise durch Abdecken der Entlüftungslöcher zum Fugenhohlraum hin mit Faservliesen od. degl. Die Deckschichten können in den Fugen vor deren Ausschäumen durch Stehbolzen od. dgl. gegeneinander abgestützt werden. Nach dem Ausschäumen und dem Entfernen dieser Stützvorrichtung können die Löcher im Schaumstoff durch Schaumstoffdübel und die Löcher in der Deckschicht durch Stopfen od. dgl. verschlossen werden.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von ' grossflächigen Bauteilen gemäss der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 ein vorgefertigtes Sandwich-Teilelement in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 2 einen Fugenstoss mit durch Stumpfschweissung verbundenen Deckschichten ohne Fugenausfüllung,

Fig.. 3 einen Fugenstoss mit vernieteten bzw. verschraubten Deckschichtenüberlappungen,

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Pig. 4 einen Pugenstoss mit durch äussere "bzw. innere Decklaschenvernietung verbundenen Deckschichten,

Pig. 5 einen Pugenstoss mit durch äussere Decklaschenvernietung bzw. Verklebung verbundenen Deckschichten,

Pig. 6 einen Pugenstoss mit durch äussere Einfach- bzw.. Doppelverfalzung verbundenen Deckschichten,

Pig. 7 einen Pugenstoss mit durch innere Einfachverfalzung verbundenen Deckschichten,

Pig. 8 einen Pugenstoss mit durch aussen aufgeklebte Decklaschen verbundenen Deckschichten und einer Hilfsvorrichtung zum Abfangen des beim Ausschäumen der Fugenhohlräume auftretenden hydrostatischen Schaumdruckes,

Pig. 9 einen Eckfugenstoss mit kombinierten Decklaschenverbindungen, ·

Pig. 10 eine grossflächige ebene Sandwich-Bauplatte mit den Pugenstössen,

Pig. 11 einen Pugenstoss bei entfernter Hilfsvorrichtung und Zustand am fertigen Bauteil, .

Pig. 12 einen Pugenstoss mit durch Decklaschenvernietung bzw. Verklebung verbundenen Deckschichten und einem in den Fugenhohlraum hineinragenden Konstruktionsprofil und -■-.· einer Hilfsvorrichtung zum Abfangen des Schäumdruckes,

Fig. 13 eine gewölbte Sandwich-Bauplatte, schaubildlich dargestellt, : . -.-■-.-

Pig. 14 eine gewölbte Sandwioh-Raumzelle und

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Fig. 15 eine ebenflächige Sandwich-Raumzelle,.

Zum Herstellen der grossflächigen Bauteile aus Sandwich-Teilelementen mit kraftschlüssig durchlaufenden Deek- und Kernlagen gemäss der Erfindung werden zwei Arbeitsgänge Genötigt, und zwar werden zunächst die vorbereiteten Sandwich-Teilelemente montagemässig ausgerichtet, und zwar in die Kontur des fertigen Sandwich-Grossbauteiles mit ansehliessender Herstellung der kraftSchlussigen Deckschiehtenverbindungen und dem anschliessenden kraftschlüssigen Ausschäumen der Fugenhohlräume. Zur Verwendung kommen beispielsweise ebene Sand-

wich-Teilelemente I, die in den Fig.. 1 bis 12 angedeutet sind, oder aber gewölbte T.eilelemente II und III nach den Fig. 13 und 14 oder aber auch Raumzellen IV gemäss Fig. 15. Die Sandwich-Teilelemente I bestehen aus den festen Deckschichten 1 und 2 mit der zwischen ihnen liegenden Kernlage 3 aus Schaumstoff. Die Deckschichten können aus beliebigem Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Stahl, Leichtmetall, glasfaserverstärkten Kunststoffplatten, Sperrholz oder Asbest-Zementplatten. Hierbei können auf beiden Seiten der Sandwichplatten die Deckschichten aus gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff bestehen. Wie in der Zeichnung angedeutet ist, überkragen die Deckschichten 1- und 2 die Kernschichten 3,

L so dass die Stirnflächen 4 der Kernlagen beim Zusammensetzen zweier Sandwich-Teilelemente einen Fugenhohlrauim 5 begrenzen.

Die Verbindung der Deckschichten zweier Teilelemente kann in beliebiger Weise vorgenommen werden. So zeigt Fig. 2, dass die beiden Deckschichten 1 und 1a und die beiden Deckschichten 2 und 2a zweier Teilelemente durch Stumpfschweissung !miteinander verbunden sind, wobei durch die Kernlagen 3 bzw. 3a der Fugenhohlraum 5 gebildet ist. Nach Pig. 3 sind die beiderseitigen Deckschichten beispielsweise ,mittel© Nieten 6 oder Schrauben 7 miteinander verbunden. In Fig* 4 ist angedeutet, dass die beiden Deckschichten 1 und Ta z, B. tereti äussere Laschen 8 und die Deckschichten 2 und 2a durch innen liegende ,

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Laschen 9miteinander verbunden sind. Bei dem Fugenstoss nach Pig. 5 sind die Deckschichten 1 und 1a durch eine äussere Deckläsche 10 mittels "Vernietung miteinander verbunden, während die beiden Deckschichten 2 und 2a durch eine äussere Decklasche 11 verbunden sind, die mit den Deckschichten verklebt ist. ■ . ·

Man kann die beiden Deckschichten aber auch durch falzung miteinander verbinden, in Fig. 6 sind die beiden Deckschichten 1 und ta jeweils mit einem einfachen Falz versehen und durch einen Falzstreifen 12 verbunden. Die Deckschichten 2 und 2a stehen mittels eines Doppelfalzes 13 in Verbindung. In Fig. ist angedeutet, dass diese Falze 13 auch in das Innere des Fugenhohlraumes 5 verlegt werden können.

In gleicherWeise wie die Verbindung zweier in einer Ebene liegenden Sandwich-Teilelemente nach den Figi 2 bis 7 kann man auch Eckverbindungen gemäss Fig. 9 herstellen, wobei die Deckschichten 1 und 1a beispielsweise durch pten 14 verbunden sind, während zwischen,den Deckschichten 2 unc ?h noch eine Zwischenlasehe 15 angeordnet wird.

Um beim Ausschäumen der Fugenhohlräume 5 die senkrecht zu den Deckschichten wirkenden Kräfte infolge Schäumdruck aufzunehmen, kann man gemäss Fig. 8 eine Hilfskonstruktion vornehmen, wobei die Fugen zwischen den Deckschichten 1 und 1a bzw. 2 und 2a z. B. durch F-Eisen16 und 17 abgedeckt sind, die ihrerseits durch Stehbolzen 18 miteinander verbunden werden.

In Fig. 10^:" ist schematisch^^ das AusfUgen einer Vielzahl von Fugenhohlräumen vorfixierter Sandwich-Teilelemente V, VI, VII und VIII angedeutete Das Schäumstpff-Reaktionsgemisch wird in einem Schuss in den unteren Füllraum 19 eingebrächt, der mindestens die ganze Eenge des zum Ausschäumen aller Fugenhohlräume erforderliche Re'aktionsge mi sch aufnehmen kann, wobei für dessen Volumenbemessung eine Ausgangsdichte von 1,1 Ms 1,2 g/cm für das Eeaktionsgemisch angenommen werden kann.

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Aus diesem Füll raum, der z. B. als Rohr mit Mantelbohrungen in dem untersten waagerecht liegenden Fugenhohlraum 5 angeordnet ist und in dem das eingebrachte Reaktionsgemisch Ms zum Beginn des Treibprozesses sich gleichmässig verteilen soll, drängt das Gemisch als flüssig-sahniger Schaum gleichmässig in die Fugenhohlräume 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und 5f. Der obere waagerechte Fugenhohlraum 5f ist mit Entlüftungsöffnungen 20 versehen, die zum Hohlraum 5f hin mit Faservliesen 21 abgedeckt sind. Die aus den Fugenhohlräumen verdrängte iuft entweicht durch diese Entlüftungslöcher 20. Zwecks Erzielung einer notwendigerweise gleichmässigen Verteilung des Schaumes

W in allen zu füllenden und miteinander in Verbindung stehenden Fugenhohlräumen wird durch die Anzahl und Grosse der Entlüftungslöcher die Verdrängungsgeschwindigkeit für die entweichende Luft so beeinflusst, dass in allen Fugenhohlräumen ein gleichmässig leichter Überdruck entsteht. Sind in dieser Weise alle Fugenhohlräume'mit dem noch flüssig-sahnigen Schaum ausgefüllt, so tritt dieser durch die Entlüftungslöcher 20 aus. Der Schaumaustritt ist zwar als Kontrolle für die erfolgte Füllung aller Fugenhohlräume erwünscht, jedoch soll die Austrittsmenge nur geringfügig sein, z. B. nur als über den Entlüftungslöchern sich bildende kleine Pilzköpfe erkennbar sein. Diese Wirkung wird durch das Abdecken der Ent-

Y lüftungslöcher mittels der Faservliesen 21 erreicht, die zwar gut luftdurchlässig sind, aber beim Eindringen des flüssigsahnigen Schaumes schnell verstopfen, so dass ein ungeregelt grosser Schaumaustritt verhindert wird. Hierdurch soll erreicht werden, dass das in den Fugenhohlräumen eingeschlossene, noch treibfähige Schäumstoff-Reaktionsgemisch unter sich steigernden hydrostatischen Schaumdruck gerät, wodurch die Hohlräume bis in die feinsten Konturen ausgefüllt werden und der Fugenfüllstoff zu einem überall gleichmässigen spezifischen Raumgewicht homogenisiert wird.

Zur Erzielung eines von der Höhe des erreichten Enddruckes abhängigen gewünschten spezifischen Raumgewichtes von bei-

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spielsweise etwa 80 kg/m für den Fugenschäumstoff ist es .erforderlich.! den Enddruck durcii Wähl der. Meiage und Zusammensetzung vorauszubestimmen* ■

Da die Fugenäusschäumung insbesondere bei Kaumzellen oder bei in die Fugenhohlräume hineinragenden Kons trukt ions elementen infolge der "vertikal und horizontal liegenden, meist sehr langen Fugenhohlräume ein ausreichend hohes Treib- und Steigvermögen haben muss, können/Schaumdrüeke bis zu etwa 4 atü erforderlich werden» Die Ausschäumdrücke müssen ihre Endwerte erreicht haben, bevor die die Fliessfähigkeit des flüssigsahnigen Schaumes behindernde Endvernetzung einsetzt.

In Fig. 12 ist ein weiteres Äusführungsbeispiel für die' Hilfskonstruktion angedeutet, um die senkrecht auf die Deckschichten 1 und 2 wirkenden Kräfte beim Schäumen aufzufangen.

Hierbei ist davon ausgegangen, dass die beiden Deckschichten 1 und Ta durch ein Verstärkungsprofil 22 miteinander verbunden sind, während die Deckschichten 2 und 2a eine aussen aufgeklebte Lasche 23 besitzen. Als Hilfskonstruktion findet hierbei ein U-Profil 24 Verwendung, das mittels Hülsenschrauben

25 auf Gewindebolzen 26 aufgeschraubt ist. Die Gewindebolzen

26 sind mit dem Verstärkungsprofil 22 verschweisst. Wenn derartige Verstärkungsprofile 22 nicht vorhanden sind, werden die Schrauben 25 ,mit einem Köpf gemäss Fig. 9 versehen.

Diese Hilfsvorrichtung wird nach, dem Erhärten der Fugenausfüllung wieder entfernt. Die entstandenen Löcher werden gemäss Fig. 11 mit einem mit Kleber versehenen Schäumstoffdübel

27 zugestopft und die Löcher in den Aussensehichten werden ^z* -^* durch einschraubbäre Metallstopfen 28 verschlossen.

Werden entsprechend den Fig» 6 und 7 die Deckschichtenveriaindungen durch Falze hergestellt, so wird der parallel zu den .

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Deckschichten wirksame hydrostatische Schaumdruck für die nur lose ausgerichteten und parallel zu den Deckschichten geringfügig nachgiebigen Verbindungen zur Erzielung des endgültigen festen Kraftschlusses ausgenutzt.

Selbstverständlich kann das Fugenhohlraumnetz gemäss
Fig. 10 durch unverschieblich in den waagerechten Fugenhohlräumen angeordnete Schotten in mehrere Ausschäumabschnitte
unterteilt werden, von denen jeder für sich getrennt ausschäumbar ist.

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Claims (1)

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Patentansprüche :

ti Grossflächige Bauteile aus Sandwich-Teilelementen mit Kernlagen aus harten Schaumstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwich-Teilelemente (l_: bis IY) an ihren Anschluss- -stirnf lachen (4) sowohl durch" an sich bekannte kraft schlüssige Verbindungen der die Kernlagen (3) überkragenden Deckschichten (1, 2) als auch durch eine kraftschlüssige Verbindung der Kernlagen (3) mittels Ausfüllen der Fugen- = hohlräume (5) mit Schaumstoff zusammengefügt sind. ™

2. Bauteil nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Kernlagen (3) kraftschlüssig verbundene Ausfüllung der Fugenhohlräume (5) aus einem homogenen Schaumstoff mit einem spezifischen Raumgewicht von etwa 80 kg/m besteht.

3· Bauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Entfernen der beim Ausschäumen, verwendeten Stützvorrichtungen in dem Schaumstoff und den Deckschichtenverbindungen verbliebenen Löcher durch verklebte Schäumstoffdübel (2?) und die Deckschicht-Verbindungen durch eingeschraubte Stopfen (28) od. dgl. verschlossen sind.

4. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen gemäss den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem ersten Arbeitsgang in die Endkontur des fertigen Sandwich-Grossbauteils vorfixierten und mit den entspreehend der gewählten Deckschichtverbindung versehenen, die Kernlägenstirnflachen (4) überkragenden Deekschichtenenden kraftschlüssig verbundenen Sandwich-Teilelemente (I bis IV), in einem zweiten Arbeitsgang mit den¹ Kernlagen (3) durch Ausschäumen der beim Vorfixieren zwischen den Kernlagen-

Unterlagen (Art.7^ α , BADOWGiNAL

Stirnflächen (4) entstandenen Fugenhohlräume (.5) mit einem in sie flüssig eingebrachten, treibfähigen Reaktionsgemisch kraftSchlussig unter hydrostatischem Druck verbunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ausschäumen der Fugenhohlräume (5) Polyurethan-Hartschaumstoffe verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Homogenisierung und Erzeugung des gewünschten.

»spezifischen Raumgewichtes der Schäumstoff-Ausschäumung erforderliche hydrostatische Druck zur Regelung des '-_>"'-Schaumaustritts aus Entlüftungslöchern (20) erzeugt wird, beispielsweise durch Abdecken der Entlüftungslöcher (20) zum Fugenhohlraum (5) hin mit Faservliesen (21) od. dgl.

7» Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (1, 2) an den Fugen vor deren Ausschäumen durch Stehbolzen (18) oder Hülsenschrauben (25) od. dgl. gegeneinander abgestützt werden, und dass nach dem Entfernen der Stützvorrichtung die Locher im Schaumstoff durch Schäumstoffdübel (27) und die löcher in den Deckschichten durch Stopfen (28) od. dgl. verschlossen ' werden» .

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