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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Blaskopf für eine Blasfolienextrusionsanlage
mit einer Zuführung
für Kunststoffschmelze,
mit einer Verteilereinrichtung zur Verteilung der Kunststoffschmelze
bis zu einem Austritt, wobei die Verteilereinrichtung mindestens
eine Verteilerplatte, ein Kanalsystem und Steigbohrungen sowie mindestens
einen Wendelverteiler aufweist, wobei das Kanalsystem mit der Zuführung strömungsverbunden
ist und wobei die Steigbohrungen mit dem Wendelverteiler strömungsverbunden
sind.
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Eine
Blasfolienextrusionsanlage besteht im unteren Bereich im wesentlichen
aus einem Blaskopf mit einem Kühlring.
Der Blaskopf als das eigentliche Werkzeug weist eine Verteilereinrichtung
auf, die im wesentlichen aus Verteilerplatten und Wendelverteilern
ausgebildet ist. Kanalsystem und Steigbohrungen innerhalb der Verteilerplatten
und die von den Verteilerplatten zu den Wendelverteilern führenden Steigbohrungen
sowie die dortigen Wendelgänge sind
bei der Fertigung des Werkzeuges unveränderlich festgelegt. Während mehrere
Verteilerplatten übereinander
geordnet sein können,
können
mehrere Wendelverteiler quasi ineinander gesteckt sein. Innere,
mittige und äußere Wendelverteiler
münden schließlich in
einen ringförmigen
Austritt, der mit dem Kühlring
korrespondiert. An den Austritt, der durch eine Düse gebildet
ist, schließt
sich die Schlauchbildungszone an. Bis zur sogenannten Frostlinie
kann auf die Folienschlauchbildung eingewirkt werden. Oberhalb der
Frostlinie hat sich die Folie soweit verfestigt, dass die Materialstärke dann
ein für
allemal festgelegt ist. Ein korrigierender Einfluss auf die Qualität, die bspw.
unerwünscht
durch verschiedene Wandstärken
gekennzeichnet sein könnte,
kann dann nicht mehr genommen werden.
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Aus
der Praxis ist es bekannt, über
den Kühlring
und eine aufwendige Profilregelung eine qualitativ hochwertige Folie
zu erzeugen. Mit Hilfe des Kühlringes
und einer Innenkühlung
wird die entstehende Folie stabil gehalten und die Folientoleranzen
ausgeglichen. Eine Einrichtung zum Erfassen der aktuellen Materialstärke liegt
in Form einer Foliendickenmesseinrichtung vor und misst die Folienstärke am Umfang.
Die Ultraschallblasenabtastung ist mit einer Steuereinrichtung gekoppelt.
In der Steuereinrichtung werden die Erfassungsdaten ausgewertet,
insbesondere eine Analyse der Dick- und Dünnstellen am Folienumfang vorgenommen
sowie eine Ansteuerung der Regelstellen, welche über einen variablen Lüftungsquerschnitt
am Kühlring
Fo lientoleranzen ausgleichen. Neben der Kühlung ist das partielle Beheizen
des Austritts bzw. der Düse,
bekannt, wobei die Viskosität
der Kunststoffschmelze beeinflusst wird. Jedenfalls ist bisher die
Temperaturänderung der
ausschlaggebende Parameter zur Verbesserung der Folienqualität. Andere
Steuermöglichkeiten
sind nicht bekannt.
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Bisher
weist ein Blaskopf ein eingefrästes Kanalsystem
auf, das eine komplizierte Verzweigungsstruktur enthält, um die
Kunststoffschmelze überall
hin, also zu den gleichmäßig über die
Fläche der
Verteilerplatte verteilten Steigbohrungen zu leiten. Diese Verzweigung
wird als Plattenverteilung bezeichnet. Bei einem Ausführungsbeispiel
einer kreisförmigen
Verteilerplatte mit acht gleichmäßig angeordneten
Steigbohrungen stellt sich ein bekanntes Kanalsystem folgendermaßen dar:
Von einem mit dem Extruder in Verbindung stehenden Kanal zweigen
zunächst
zwei Kanalarme in entgegengesetzter Richtung ab. Diese beiden Kanalarme
erstrecken sich in einer Hälfte
der Verteilerplatte und teilen sich an ihren freien Enden wiederum
in zwei Kanalarme, die sich in beide Hälften der Verteilerplatte erstrecken und
deren freie Enden sich dann erneut in zwei neue Kanalarme teilen,
deren freie Enden dann jeweils in eine Steigbohrung münden. Auf
diese Weise werden acht Steigbohrungen mit Kunststoffschmelze versorgt.
Diese Verzweigung erfordert viel Platz, lange Fließwege, weswegen
einer hohen Auftriebskraft der Schmelze entgegengewirkt werden muss,
wenn die Verteilerplatten verschraubt werden. Es müssen also große Kräfte aufgebracht
werden, um den Blaskopf im Bereich seiner Verteilerplatten zusammenzuhalten,
was beispielsweise durch eine hohe Anzahl an Schrauben bewirkt wird
und schließlich
einen hohen Aufwand an Dichtmaßnahmen
bedeutet und auch im Hinblick auf die Dichtigkeit des Blaskopfes
Problem mit sich bringen kann. Im Hinblick auf die Art der Zulieferung
der Kunststoffschmelze zu den Steigbohrungen per Plattenverteilung
findet ein Druckausgleich jeweils zwischen zwei Steigbohrungen statt. Die
jeweils zwei Steigbohrungen werden von den jeweils beiden letzten
Kanalarmen der vier Kanalarmpaare versorgt. Hierdurch ist eine Kommunikation
aller im gewählten
Ausführungsbeispiel
acht Steigbohrungen nicht gegeben, sondern es kommunizieren jeweils
nur zwei Steigbohrungen, was ursächlich
sein kann für
die unterschiedliche Materialstärke
der Blasfolie am Austritt.
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Die
Profilregelung über
den Kühlring
wie auch die Profilregelung über
die Beheizung im Düsenbereich
erfordern einen hohen konstruktiven Aufwand. Schon allein die Ultraschallblasenabtastung treibt
den Preis einer Blasfolienextrusionsanlage enorm in die Höhe. Eine
Profilsteuerung über
den Kühlring
macht bspw. einen Kostenpunkt von ca. EUR 52.000,-- aus.
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Ausgehend
von dem aus der Praxis bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die Kosten einer Blasfolienextrusionsanlage
zu verringern und die Qualität
der Blasfolie zu steigern. Insbesondere soll die Entstehung ovaler
Blasen vermieden werden.
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Die
voranstehende Aufgabe wird nach einer ersten Alternative durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist ein Blaskopf
der in Rede stehenden Art derart ausgestaltet, dass die Verteilereinrichtung
Mittel zur Verringerung oder Erhöhung
der Materialstärke
der aus dem Austritt austretenden Blasfolie aufweist.
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Ausgehend
von dem aus der Praxis bekannten Stand der Technik ist erkannt worden,
dass bisher eine Regelung der Materialstärke der Blasfolie aktiv entweder über den
Kühlring – also durch
gezielte Kühlung – oder durch
gezielte Beheizung des Austritts kostenintensiv realisiert worden
ist. Erfindungsgemäß ist erkannt
worden, dass eine Beeinflussung der Materialstärke der Folie bereits an anderer
Stelle, nämlich
im Werkzeug, d. h. im Blaskopf, selber realisiert werden kann. Es
ist erkannt worden, bereits der vom Austritt noch entfernten Verteilereinrichtung
Mittel zur Profilregelung der Blasfolie zuzuordnen. Dies hat eine
enorme Bedeutung im Hinblick auf die Gesamtkosten der Blasfolienextrusionsanlage,
die auf eine teure Profilregelung über die Temperatur verzichten
kann. Außerdem
erfolgt in einem frühen
Stadium bereits eine Beeinflussung der Kunststoffschmelze, die quasi
optimal zum Austritt gelangt und dort eben bereits eine gleichmäßige Verteilung
aufweist, so dass es nicht zu den bisher im Bereich des Kühlrings
kommenden Ungleichmäßigkeiten
mit dickeren und dünneren
Stellen im Profil kommt.
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Die
voranstehende Aufgabe wird nach einer zweiten Alternative durch
die Merkmale des Patentanspruches 7 gelöst. Danach ist ein Blaskopf
der in Rede stehenden Art derart ausgestaltet, dass das Kanalsystem
zwei Kanalarme umfasst, die ringförmig zueinander geführt und
mit allen Steigbohrungen strömungsverbunden
sind.
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Ausgehend
von der aus der Praxis bekannten Plattenverteilung ist erkannt worden,
dass die dortigen Vorgaben des Kanalsystems zu einer Separierung
der Kunststoffschmelze in verschiedene Ströme führen, die zu unterschiedlichen
Materialstärken der
Blasfolie am Austritt führen
können.
Zudem weist das bekannte Kanalsystem eine große Kanalfläche auf und das darin geführte Strom
der Kunststoffschmelze übt
eine hohe Auftriebskraft auf die oberhalb des Kanalsystem angeordnete
Verteilerplatte aus, der mit einer hohen Anzahl von Befestigungsmitteln
entgegengewirkt werden muss. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass
eine Reduktion der Befestigungsmittel und eine Vergleichmäßigung der
Eigenschaften der Kunststoffschmelze stattfinden kann, wenn das
Kanalsystem zwei Kanalarme umfasst, die ringförmig zueinander geführt und
mit allen Steigbohrungen strömungsverbunden
sind. In vorteilhafter Weise ist einerseits die Kanalfläche reduziert, andererseits
kommunizieren alle Steigbohrungen miteinander. Die reduzierte Kanalfläche führt zu einer Verminderung
der auf die obere Verteilerplatte oder den Wendelverteiler wirkenden
Auftriebskräfte
der Kunststoffschmelze und die Anzahl der Befestigungsmittel zwischen
oberer und unterer Verteilerplatte kann reduziert werden. Die erforderliche
Vorspannkraft der Schrauben kann um ca. 30% bis 50% gesenkt werden.
Die kommunizierenden Steigbohrungen ermöglichen einen verbesserten
Druckausgleich, so dass bereits im Werkzeug dafür Sorge getragen wird, dass
die Kunststoffschmelze mit gleichmäßigen Eigenschaften zum Austritt
hin ansteigt.
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Im
Hinblick auf die erste Alternative des erfindungsgemäßen Blaskopfes
könnten
die der Verteilereinrichtung zugeordneten Mittel zur Verringerung oder
Erhöhung
der Materialstärke
der aus dem Austritt austretenden Blasfolie in Form von Stellschrauben
vorliegen. Alternativ zur Stellschraube könnten auch andere Stellmittel,
wie Stange, Schieber oder Thermoschraube oder unter Umständen auch
ein Kipphebel eingesetzt werden. Die Dichtung der Stellschrauben
könnte über eine
geeignete Passung realisiert werden oder auch über den Einsatz gehärteter Stahlbuchsen
oder Messingbuchsen, um den Verschleiß zu reduzieren. Des weiteren
kommt der Einsatz von Teflonringen oder anderweitigen Dichtelementen
in Betracht.
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Damit
die Menge an zum Austritt geförderter Kunststoffschmelze
geregelt werden kann, könnten die
Mittel zur Verringerung oder Erhöhung
der Materialstärke
in die Steigbohrungen eingreifen und deren Querschnitt verändern. Auf
diese Weise wird der Volumenstrom – je nach Bedarf im Bereich
der Verteilerplatten und/oder im Bereich des Wendelverteilers – beeinflusst.
Die Beeinflussung findet partiell, pro Steigbohrung statt. Um ggf.
das Strömungsverhalten der
Kunststoffschmelze zu beeinflussen sind spezielle Formgebungen der
in die Steigbohrungen eingreifenden Mittel denkbar. Auf jeden Fall
können
am Blaskopf überall
dort Stellschrauben oder dergleichen Mittel vorgesehen sein, wo
die Kunststoffschmelze noch flüssig
ist. Um die Viskosität
der Kunststoffschmelze positiv zu beeinflussen, könnten Heizmittel
in der Umgebung der Mittel zur Verringerung oder Erhöhung der
Materialstärke
vorgesehen sein. Die Heizmittel könnten in Form von Heizpatronen
vorliegen.
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Die
Einstellung der Mittel zur Verringerung oder Erhöhung der Materialstärke könnte manuell und/oder über einen
pneumatischen und/oder hydraulischen Antrieb und/oder einen elektrischen
Antrieb, insbesondere in Form eines Stellmotors, erfolgen.
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Gemäß der zweiten
Alternative des erfindungsgemäßen Blaskopfes
könnten
die beiden ringförmig
zueinander geführten
Kanalarme nach einem ersten Ausführungsbeispiel über ihre
freien Enden miteinander strömungsverbunden
sein, was vorteilhaft hinsichtlich des Druckausgleiches bezüglich aller Steigbohrungen
ist. Da die beiden Kunststoffschmelzströme im Bereich der Verbindung
der beiden freien Enden mit entgegengesetzter Strömungsrichtung
aufeinander treffen, könnte
es aber eventuell zu Ablagerungen oder sonstigen Komplikationen kommen.
Deshalb wird es nach einem zweiten Ausführungsbeispiel bevorzugt, die
freien Enden der beiden Kanalarme voneinander zu beabstanden. Dabei könnten die
beiden freien Enden der Kanalarme jeweils durch eine Steigbohrung
ausgebildet sein.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Blaskopfes
gemäß der zweiten
Alternative sieht vor, dass zumindest ein Kanalarm eine konstante
Breitendimension aufweist. Statt der Änderung der Breitendimension
könnten vielmehr
die Höhen-
und/oder Tiefendimension des Kanalarmes so gestaltet werden, dass
diese in Richtung der letzten Steigbohrung hin abnehmen.
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Die
Konstanthaltung der Breitendimension bietet den Vorteil der Geringhaltung
der von der Kunststoffschmelze ausgehenden Auftriebskraft. Dies
führt so
zur Reduktion der durch Befestigungsmittel aufzubringenden Gegenkraft
im Hinblick auf das Verbinden einer unteren, das Kanalsystem an der
Oberseite enthaltenden Verteilerplatte mit einer oberen Verteilerplatte
oder dem oberhalb befindlichen Wendelverteiler der Verteilereinrichtung.
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Die
Verjüngung
der Höhen-
und/oder Tiefendimension von Steigbohrung zu Steigbohrung erlaubt die
Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit
der in Richtung der letzten Steigbohrung hin quantitativ abnehmenden
Kunststoffschmelze und wirkt damit positiv auf ein in allen Steigbohrungen
gleichmäßiges Aufsteigen
der Kunststoffschmelze. Letztlich findet ein Druckausgleich statt.
Durch diese Maßnahme wird
der Erhalt eines optimalen Blasfolienprofils am Austritt unterstützt.
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Selbstverständlich können die
beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Blaskopfes in vorteilhafter
Weise miteinander kombiniert werden. Beide Maßnahmen tragen zur Kostenreduktion
der Blasfolienextrusionsanlage bei, weil im Werkzeug selbst eine
Beeinflussung der Kunststoffschmelze mit dem Ziel des Erhalts einer
Blasfolie mir gleichmäßiger Folienstärke stattfindet.
Gerade der Bildung ovaler Blasen könnte dann über den Druckausgleich kombiniert aus
der ersten Alternative-Volumenstromänderung/Materialstärkeregelung – und der
zweiten Alternative-Prinzip der kommunizierenden Röhren – begegnet
werden. Mit dem erfindungsgemäßen Blaskopf,
der Merkmale nach der ersten und/oder zweiten Alternative aufweist,
kann auf eine teure Profilregelung über die Temperatur verzichtet
werden.
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Beide
Alternativen können
getrennt oder kombiniert auch bei Blasfolienextrusionsanlagen angewendet
werden, die mit Mehrschichtblasköpfen
mit mehreren Verteilerplatten und mehreren Wendelverteilern ausgestattet
sind. Die Anzahl der Steigbohrungen kann ebenfalls variieren. In
der Regel werden sechs bis acht, Steigbohrungen vorgesehen sein. Das
erfindungsgemäße Kanalsystem
nach der zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Blaskopfes kann in die
Oberseite und/oder Unterseite einer Verteilerplatte eingefräst sein.
Möglich
ist auch die Einarbeitung des Kanalsystems in die Unterseite eines Wendelverteilers.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und
7 nachgeordneten Ansprüche,
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
des angeführten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Lehre erläutert.
In der Zeichnung zeigen
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1 in
schematischer Darstellung eine Prinzipskizze einer herkömmlichen
Blasfolienextrusionsanlage,
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2 in
schematischer dreidimensionaler Darstellung eine Vorderansicht von
Verteilerplatte und Wendelverteiler – unter Weglassen dessen Außenwandung – des erfindungsgemäßen Blaskopfes,
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3 in
schematischer dreidimensionaler Darstellung eine Unteransicht des
Wendelverteilers aus 2,
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4 in
schematischer, vergrößerter,
dreidimensionaler Darstellung einen Einblick in eine Steigbohrung
des Wendelverteilers aus 2 und 3 mit eingreifender
Stellschraube,
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5 in
schematischer dreidimensionaler Darstellung eine Vorderansicht der
Verteilerplatte aus 2 mit Zuführung für die Kunststoffschmelze,
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6 einen
Längsschnitt
durch einen den Wendelverteiler – hier mit Außenwandung
und die Verteilerplatte aus 2 umfassenden
Teil des erfindungsgemäßen Blaskopfes,
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7 eine
etwas verkleinerte Draufsicht auf die Verteilerplatte aus 6 und
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8 einen
skizzenhaften Längsschnitt
entlang der Schnittlinie B-B der 6 durch
einen sich verjüngenden
Kanalarm, ausgebildet aus Wendelver teiler und Verteilerplatte des
erfindungsgemäßen Blaskopfes.
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Aus 1 ergibt
sich eine herkömmliche Blasfolienextrusionsanlage 1 mit
einem Blaskopf 2 und weiteren hier nur im interessierenden
Bereich bezeichneten Bestandteilen wie Extruder 3, Schmelzesieb 4,
Krümmer 5,
Kühlring 6,
Austritt 7, Schlauchbildungszone 8, Frostlinie 9. 5 zeigt
die Zuführung 10 für die in
den Blaskopf 2 eingespeiste Kunststoffschmelze. Der Blaskopf 2 weist
eine Verteilereinrichtung zur Verteilung der Kunststoffschmelze
bis zum Austritt 7 auf, welche die in den 2, 5 bis 8 gezeigte
Verteilerplatte 11, ein Kanalsystem und Steigbohrungen 12, 21 sowie
einen Wendelverteiler 13 aufweist. Der Wendelverteiler 13 besitzt
eine Außenwandung 14,
die ausschließlich
in 6 gezeigt ist. Das Kanalsystem ist mit der Zuführung 10 und
den Steigbohrungen 12 strömungsverbunden, die wiederum
mit dem Wendelverteiler 13 strömungsverbunden sind. Der Wendelverteiler 13 umfasst
den Austritt 7.
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Erfindungsgemäß ist der
Blaskopf nach der ersten Alternative mit Mitteln 15 zur
Verringerung oder Erhöhung
der Materialstärke
der aus dem Austritt 7 austretenden Blasfolie 16 aufweist.
Die Mittel 15 zur Verringerung oder Erhöhung der Materialstärke liegen
hier als Stellschrauben 15 vor.
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Aus
den 4 und 6 ist ersichtlich, dass die
Stellschrauben 15 in die Steigbohrungen 12, 21 eingreifen
und deren Querschnitt verändern
und somit die Menge an zum Austritt 7 geförderter
Kunststoffschmelze regeln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Stellschrauben 15 manuell
einstellbar.
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Gemäß der zweiten
Alternative umfasst das Kanalsystem des Blaskopfes zwei Kanalarme 17, 18, die
ringförmig
zueinander geführt
sind und mit allen Steigbohrungen 12, 21 strömungsverbunden
sind. Die freien Enden 19, 20 der beiden Kanalarme 17, 18 sind
voneinander beabstandet und sind durch je eine Steigbohrung 21 ausgebildet.
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In
den 6 und 7 ist gezeigt, dass beide durch
Verteilerplatte 11 und Wendelverteiler 13 gebildete
Kanalarme 17, 18 eine konstante Breitendimension
X aufweisen.
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Aus 8 geht
hervor, dass der Kanalarm 17 sich verjüngt und sowohl eine zur letzten
Steigbohrung 21 hin abnehmende Höhendimension Y und eine zur
letzten Steigbohrung 21 hin abnehmende Tiefendimension
Z aufweist. Die Verjüngung
der Kanalarme 17, 20 zu den freien Enden 19, 20 hin
ist auch aus den 3 und 5 ersichtlich.
Durch die Pfeile V wird der sich verringernde Volumenstrom der Kunststoffschmelze
symbolisiert. Der in die Steigbohrung 12 aufsteigende Teilvolumenstrom
wird durch die Verjüngung
des Kanalarmes 17 beantwortet. Gleiches gilt auch für den Kanalarm 18.
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Mit 22 sind
Befestigungsmittel bezeichnet, die zwischen der Verteilerplatte 11 und
dem Wendelverteiler 13 wirken. Die zwischen Außenwandung 14, Wendelverteiler 13 und
Verteilerplatte 11 wirkenden Befestigungsmittel sind mit 23 bezeichnet.
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Der
Wendelverteiler 13 weist einen Wendelgänge 24 auf, die die
Folie Richtung Austritt 7 führen. 6 zeigt,
dass der Blaskopf 2, insbesondere die Außenwandung 14 des
Wendelverteilers 13 und die Verteilerplatte 11 am
Außenumfang
Heizelemente 25 aufweisen, die der Beeinflussung der Viskosität der Kunststoffschmelze
dienen.
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Aus
den 3 und 7 ergibt sich, dass die insgesamt
acht Steigbohrungen 12, 21 gleichmäßig voneinander
beabstandet und kreisförmig,
je nach 45°,
angeordnet sind.
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Das
Kanalsystem umfasst sowohl an der Verteilerplatte 11 als
auch am Wendelverteiler 13 eine Dichtfläche 26, um dem Austritt
von Kunststoffschmelz entgegenzuwirken.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
vereint die erfindungswesentlichen Merkmale beider Alternativen
der Erfindung in sich. Die Alternativen können aber auch für sich angewendet
werden, insbesondere können
die ringförmigen
Kanalarme 17, 18 mit sämtlichen kommunizierenden Steigbohrungen 12, 21 auch
einem herkömmlichen
Blaskopf 2 mit aufwendiger Profilregelung zugeordnet werden.
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Hinsichtlich
weiterer, in den Figuren nicht gezeigter Merkmale wird auf den allgemeinen
Teil der Beschreibung verwiesen.
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Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Lehre nicht auf das voranstehend
erörterte
Ausführungsbeispiel
eingeschränkt ist.
Vielmehr sind bspw. die unterschiedlichsten Ausbildungen der Mittel 15 zur
Beeinflussung der Materialstärke
möglich.
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- 1
- Blasfolienextrusionsanlage
- 2
- Blaskopf
- 3
- Extruder
- 4
- Schmelzensieb
- 5
- Krümmer
- 6
- Kühlring
- 7
- Austritt
- 8
- Schlauchbildungszone
- 9
- Frostlinie
- 10
- Zuführung
- 11
- Verteilerplatte
- 12
- Steigbohrung
- 13
- Wendelverteiler
- 14
- Außenwandung
- 15
- Mittel
zur Materialstärkeregelung/Stellschraube
- 16
- Blasfolie
- 17
- Kanalarm
- 18
- Kanalarm
- 19
- Freies
Ende
- 20
- Freies
Ende
- 21
- Steigbohrung
- 22
- Befestigungsmittel
- 23
- Befestigungsmittel
- 24
- Wendelgang
- 25
- Heizelement
- 26
- Dichtfläche
- X
- Breitendimension
- Y
- Höhendimension
- Z
- Tiefendimension
- V
- Volumenstrom