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Die Erfindung betrifft einen Wendelverteiler für einen Blaskopf einer Folienextrusionsanlage, einen Blaskopf für eine Blasfolienanlage, eine Blasfolienanlage, ein Verfahren zum Herstellen einer Blasfolie.
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Der Blaskopf ist das Extrusionswerkzeug und somit der technologischer Kern einer Blasfolienextrusionsanlage. Unabhängig von seiner konkreten Bauform ist die Aufgabe des Blaskopfes, die Schmelze auszuformen. Die Schmelze erreicht den Blaskopf von einem oder von mehreren Schmelzesträngen am Werkzeugeintritt und soll den Blaskopf mit einer gleichmäßigen, thermisch und mechanisch homogenen Schmelzeverteilung über dem ringspaltförmigen Austrittsquerschnitt stromabwärts am Werkzeugaustritt verlassen.
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Die heute üblicherweise verwendeten Bauformen von Blasköpfen lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen: einerseits die Gruppe der Wendelverteiler in zylindrischer oder konischer Form, andererseits die Gruppe der Radialwendelverteiler, welche auch Spiralverteiler genannt werden.
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Das Buch „Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe und Kautschuk: Bauarten, Gestaltung und Berechnungsmöglichkeiten/Walter Michaeli, unter Mitarbeit von Ulrich Dombrowski ..., zweite, völlig überarbeitete und erweiterte Auflage; München, Wien; Hanser-Verlag 1991, ISBN 3-446-15637-2“ zeigt insbesondere ab S. 159 verschiedene Wendelverteilerwerkzeuge. Das Buch beschreibt auf S. 160 Zeile 4f, dass die vollständige Vermeidung von Bindenähten und Fließmarkierungen zu den Hauptvorzügen eines Schmelzeverteilersystems gehört.
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Die
DE 199 24 540 C1 offenbart einen zylindrischen Wendelverteiler mit einem umgebenden Dralldorn.
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Ein anderer zylindrischer Wendelverteiler ist der
WO 88/01226 A1 zu entnehmen.
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Auch die
US 6,866,498 B2 zeigt einen zylindrischen Wendelverteiler, bei welchem Auslässe von einem Vorverteiler kommend zunächst in verschwenkt führende Versorgungsnuten führen. Die Versorgungsnuten haben Endbereiche. Nach dem Ende der Endbereiche der Versorgungsnuten beginnen die Wendelkanäle.
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Allen Blasköpfen ist gemein, dass der vom Extruder angelieferte Schmelzestrom zunächst in mehrere Einzelströme aufgeteilt wird. Hierzu werden überwiegend stern- und ringförmige Verteilersysteme eingesetzt. Diese sogenannten Vorverteiler münden in die wendelförmigen Kanäle, welche entweder in einen Dorn (im Falle eines axialen, zylindrischen oder konischen Wendelverteilers) oder in eine Platte (im Falle eines Radialwendelverteilers) eingearbeitet sind. Die Wendelkanäle umlaufen den Dorn in Form eines Mehrfachgewindes bzw. sind auf der Platte in Form einer Mehrfachspirale angeordnet.
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Im Allgemeinen nimmt in Extrusionsrichtung eine Kanaltiefe bis auf Null ab. Dementsprechend nimmt der Spalt zwischen Dorn bzw. Platte und einer Gegenseite zu. Der Spalt zwischen Dorn bzw. Platte und der Gegenseite wird somit größer. Auf diese Weise wird bewirkt, dass ein in einer Wendel fließender Schmelzestrom sich fortlaufend in zwei Anteile aufteilt: einerseits einen Anteil, welcher über die Überlaufstege zwischen zwei Wendeln fließt; andererseits einen Anteil, welcher dem Verlauf der Wendelkanäle folgt.
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Durch die Überlagerungen der Kanalströmungen werden sogenannte „Bindenähte“ vermieden, und es wird neben der gewünschten mechanischen auch eine hohe thermische Homogenität der Schmelze erreicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wendelverteiler zur Verfügung zu stellen.
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Diese Erfindung löst ein Wendelverteiler für einen Blaskopf einer Folienextrusionsanlage, mit einer zentralen Achse, welche in Blasrichtung verläuft, und mit einer Verteilerstromrichtung, welche zur zentralen Achse im Fall eines Axialwendelverteilers parallel, im Fall eines Plattenwendelverteilers radial und im Fall eines Konuswendelverteilers auf die Achse projizierbar liegt, wobei ein Zwickelbereich rund um Vorverteilermündungen Anfänge von Wendelkanälen aufweist, und wobei die Wendelkanäle unter einem Winkel zur Verteilerstromrichtung verlaufen, wobei ein erster Wendelkanal an einem Anfang beginnt, nach einem Anfangsabschnitt einen zweiten, direkt benachbarten Wendelkanal stromabwärtig an dessen Anfang passiert und in seinem weiteren Abschnitt stromabwärtig von dessen Anfangsabschnitt und dessen weiterem Abschnitt als ein durchlaufender Wendelkanal weiterverläuft, sodass im Betrieb des Blaskopfes vom zweiten Wendelkanal austretende Schmelze einen Überlaufsteg in Verteilerstromrichtung zum stromabwärtig liegenden ersten Wendelkanal überströmt, wobei der Wendelverteiler am Anfang, im Anfangsabschnitt und/oder im Übergangsabschnitt eines Wendelkanals einen Überströmbegünstiger für die Schmelze aufweist.
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Der Erfindung liegt zunächst folgende Erkenntnis zugrunde: Ein bekanntes Problem der bestehenden Blasköpfe nach der Bauart mit axialem Wendelverteiler ist dasjenige, dass der Dorn jenseits des Anfangs des wendelförmigen Kanals dichtend in eine zylindrische Bohrung des zumeist glatten äußeren Werkzeugteils eingepasst ist. Mit diesem Gegenstück bildet sich somit ein ringspaltförmiger Kanal für die Schmelze.
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Der Bereich, in welchem die Kanäle des Vorverteilers in die Wendeln des Verteilers münden, wird meist als „Zwickelbereich“ bezeichnet. Der Zwickelbereich wird von zwei Kanten geometrisch geprägt: So gibt es zunächst eine überwiegend horizontal verlaufende Kante zwischen dem Wendelkanal und dem zumeist glatten äußeren Werkzeugteil, die sich mit dem Wendelkanal von seinem Beginn hin bis zu dem Beginn der Überlagerung mit dem im Drehsinn des Wendelkanals gesehenen benachbarten Wendelkanals erstreckt. In dem vorstehend gewählten Wortlaut erstreckt sich diese Kante somit über den „Anfangsabschnitt“ des Wendelkanals.
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Die horizontal verlaufende Kante bildet mit dem zumeist glatten äußeren Werkzeugteil im Querschnitt betrachtet eine Ecke. In dieser Ecke liegen deutlich geringere Wandschubspannungen vor als in den runden Bereichen des Wendelkanals. In Folge dessen tritt in diesem Bereich eine vergleichsweise lange Verweilzeit der Schmelze auf.
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Zum Anderen gibt es eine überwiegend vertikal verlaufende Kante, die sich im Bereich des Beginns der Überlappung zwischen dem ersten und dem zweiten Wendelkanal, welcher im Drehsinn des ersten Wendelkanals gesehen unmittelbar benachbart vor diesem liegt, in axialer Richtung erstreckt. Der Beginn der Überlappung ist im vorstehend gewählten Wortlaut der „Übergangsabschnitt“ des ersten Wendelkanals, also derjenige Bereich, in welchem der Anfangsabschnitt des ersten Wendelkanals in den weiteren Abschnitt des ersten Wendelkanals übergeht.
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Die vertikal verlaufende Kante bildet die Begrenzung des Fließkanals am Beginn des Überlaufsstegs zwischen den beiden zuvor erwähnten Wendeln. Der Volumenstrom, welcher im Bereich der vertikalen Kante über diesen Steg zwischen den beiden Wendeln abströmt, ist gering und wird durch die vertikale Kante selbst zusätzlich verzögert. Anders formuliert liegen; ähnlich wie bei der horizontalen Kante; im Bereich der vertikalen Kante deutlich geringere Wandschubspannungen vor als in den übrigen Bereichen des Überlaufstegs zwischen den Wendeln. Auch in diesem Bereich treten daher vergleichsweise lange Verweilzeiten der Schmelze auf.
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Das zuvor beschriebene Problem wird dadurch verschärft, dass sich bei der Erwärmung des Extrusionswerkzeugs der Mantel aufgrund seines größeren Durchmessers stärker als der zentrale Dorn ausdehnt, sodass sich zwischen den beiden ein immer größerer Spalt bildet, in welchen die Kunststoffschmelze hineinströmen kann, wo jedenfalls im kalten Zustand eine Abdichtung vorhanden sein sollte. In Folge der langen Verweilzeit der Schmelze in diesem Bereich kann sie dort thermisch degradieren. Abgelagerte Teilchen werden dann von Zeit zu Zeit von der fließenden Schmelze mitgerissen und führen zu Fehlstellen in der Schmelze. Farbwechsel können sich aus ähnlichen Gründen als Streifen nachteilhaft in der Folie bemerkbar machen.
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Bei Radialwendelverteilern finden sich die beiden vorstehend genannten Kanten in radialer Hinsicht bzw. in Umfangsrichtung der Verteilleplatte wieder.
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Zusammenfassend führt die geometrische Gestaltung des Zwickelbereichs nach dem Stand der Technik, insbesondere die Geometrie der beiden Kanten, in Folge der Wandhaftung der Schmelze dort zu jeweils deutlich längeren Verweilzeiten und in Folge dessen zu einer inhomogenen Folienstruktur. Die entsprechenden Fehlstellen werden oft als „Wendeistreifen“ bezeichnet.
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Die langen Verweilzeiten bedeuten darüber hinaus unter anderem eine vergleichsweise lange Spülzeit bei Änderungen der Rezeptur, insbesondere bei Änderung der Farbe.
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Die hier vorgeschlagene Erfindung löst das Problem dadurch, dass sie Mittel zur Verfügung stellt, um die Fließgeschwindigkeit der Schmelze in den kritischen Bereichen zu erhöhen.
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Im Ergebnis ist das Design des Wendelverteilers geändert worden. Insbesondere ist das Design des Anfangsabschnitts der Wendelkanäle verändert worden. Es resultiert eine homogenere Folienstruktur.
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Begrifflich sei zu der vorgestellten Erfindung folgendes erläutert: Die „Blasrichtung“ soll diejenige Richtung sein, in welcher eine Anlage bei Verwendung des Wendelverteilers die Folie in Schlauchform ausblasen würde. Im Normalfall wird dies also eine Senkrechte zur Ebene des Ringspaltes sein. Generell wird es eine vertikale Richtung sein, bei modernen Anlagen eine vertikal nach oben verlaufende Richtung, weil mittlerweile gegen die Schwerkraft ausgeblasen wird.
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Bei einem Axialwendelverteiler, insbesondere in Form eines zylindrischen Wendelverteilers oder in Form eines konischen Wendelverteilers, ist die zentrale Achse, welche in Blasrichtung verläuft, sogar namensgebend.
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Bei einem Radialwendelverteiler hingegen wird die Platte horizontal liegen. Der Schmelzestrom gelangt entweder von außen nach innen oder von innen nach außen, wird aber in jedem Falle zum Ausblasen umgelenkt. Dort ist die Blasrichtung also ebenfalls vertikal, also senkrecht zur Platte des Radialwendelverteilers.
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Die „Verteilerstromrichtung“ ist eine fiktive Richtung. Ob jeder einzelne Partikel in der strömenden Schmelze tatsächlich exakt in der Verteilerstromrichtung strömen wird, ist sicherlich mehr als fraglich. Die Verteilerstromrichtung soll daher hier als eine rein geometrische, theoretische Richtung verstanden werden.
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Im Falle eines zylindrischen Wendelverteilers sei die Verteilerstromrichtung zur Blasrichtung parallel verstanden, da der Schmelzestrom theoretisch entlang von Geraden an der Mantelfläche des Zylinders in Blasrichtung strömen kann. Im Falle eines konischen Wendelverteilers liegt die Verteilerstromrichtung prinzipiell ebenfalls parallel zur Blasrichtung. Zwar liegen die theoretisch durchströmbaren Geraden an der Mantelfläche nun unter einem Winkel zur zentralen Achse. Die Verteilerstromrichtung ist aber als eine sich insgesamt ergebende, virtuelle Stromrichtung zu verstehen. Einerseits wird sie hier nur definiert, um die Winkelverschwenkung der Schmelzekanäle beschreiben zu können, und zwar einheitlich für Axial- und Radialwendelverteiler. Andererseits summieren sich die Schrägstellungen der einzelnen theoretischen Schmelzeströmungen über den Umfang eines konischen Wendelverteilers so auf, dass als Resultierende eine Gerade koaxial mit der zentralen Achse resultiert.
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Theoretisch sei somit die Schar der jeweils gegenüber der vertikalen schräg verlaufenden Geraden entlang des Mantels des Zylinderstumpfes jeweils als lokale Verteilerstromrichtung zu verstehen. Da sich aber jeder Wendelkanal, der gegenüber einer solchen Schar von schräg liegenden Kanälen in einen Winkel verläuft, auch gegenüber der zentralen Achse im Winkel verläuft, kann der Einfachheit halber die zentrale Achse als Maß für die Winkelstellung verwendet werden.
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Bei einem Radialwendelverteiler sei als die „Verteilerstromrichtung“ die Schar der radial verlaufenden Geraden verstanden.
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Der „Zwickelbereich“ ist derjenige Bereich, in welchem am Wendelverteiler Auslässe für die Schmelzeströme angeordnet sind, sodass die Schmelze durch die Auslässe des Vorverteilers, also durch die Vorverteilermündungen, in viele kleine Strömungen aufgeteilt den eigentlichen Wendelbereich erreicht.
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Als der „Anfang“ der Wendelkanäle sei derjenige Punkt verstanden, an welchem der Wendelkanal zumindest im Wesentlichen in seiner Verlaufsrichtung im weiteren Abschnitt und/oder im Anfangsabschnitt verläuft. Im Stand der Technik sind die beiden letztgenannten Richtungen gleich. Hier vorliegend ist bei einer Ausführungsform ein Unterschied zwischen diesen beiden Richtungen festzustellen.
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Der mehrfach beschriebene „Winkel“ ist ein Winkel zwischen 0° und 90°, also ein spitzer Winkel. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass bei einem Axialwendelverteiler eine Projektion der Wendel auf eine vertikale Ebene, die senkrecht zur Projektionsrichtung in der zentralen Achse steht, die Wendel mit einem solchen Winkel gegenüber der zentralen Achse zeigen würde. Bei einem Radialwendelverteiler misst sich der Winkel jeweils lokal gegenüber einem radialen Strahl.
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Als „stromabwärtig“ wird ein Punkt bezeichnet, der gegenüber einem stromaufwärtigen Punkt weiter in Richtung der Blasrichtung liegt.
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Als „Überströmbegünstiger“ sei jedwedes eher lokal, also nicht über die gesamte Länge des Wendelkanals gleichmäßig verlaufende, Mittel verstanden, welches dazu führt, dass die Fließgeschwindigkeit der Schmelze in den kritischen Bereichen erhöht ist, also insbesondere die Überströmung erhöht ist. Insbesondere sind Maßnahmen denkbar, welche für den Überströmweg den Strömungswiderstand herabsetzen, oder welche für die Kanalströmung den Strömungswiderstand erhöhen.
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Ausdrücklich als nicht unter den Ausdruck fallend soll daher verstanden werden, wenn eine Wendel wie im Stand der Technik bekannt kontinuierlich über die gesamte Wendellänge eine Verflachung aufweist. Zwar ist auch bei einer solchen Wendel im Übergangsbereich zwar eine geringere Kanaltiefe vorhanden als im Anfangsabschnitt, angesichts der Länge des Wendelkanals und der demgegenüber recht kleinen Länge des Anfangsabschnitts ist bei einer gleichmäßigen Verflachung jedoch nicht von einer „Beschleunigungsmaßnahme im oder am“ Anfangsabschnitt zu sprechen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist ein Wendelkanal hinsichtlich eines Verlaufes in seinem Übergangsabschnitt einen Knick, eine Kurve oder eine Verschwenkung auf, was bei geeigneter Gestaltung dazu führen kann, dass eine ansonsten schlecht ausgespülte Kante besser durchspült wird. Auch kann bei geeigneter Gestaltung erreicht werden, dass ein größeres Maß an Schmelze aus dem Wendelkanal austritt und über den Überlaufsteg stromabwärts läuft.
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Insbesondere sei an Knicke, Kurven oder Verschwenkungen gedacht, bei welchen beispielsweise der weitere Abschnitt des Wendelkanals nur geringfügig gegenüber dem Anfangsabschnitt verschwenkt ist. Nach ersten Überlegungen können hier gut Winkel gegenüber der Verteilerstromrichtung von sogar unter 45°, vor allem unter 30°, auftauchen.
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Es wird vorgeschlagen, dass der weitere Abschnitt des Wendelkanals so angeordnet ist, dass er in seiner Verlängerung über den anders verlaufenden Anfangsabschnitt hinweg beim Anfang des Wendelkanals enden würde. Bei einer solchen Gestaltung ist lediglich der Anfangsbereich gegenüber der ansonsten bekannten Orientierung von Wendelkanälen ausgeschwenkt. Der Anfangsabschnitt des Wendelkanals kann insbesondere mit einem größeren Winkel gegenüber der Verteilerstromrichtung verlaufen und dann der Wendelkanal im Übergangsabschnitt mit einem Verschwenken oder mit einem doppelten Verschwenken in die herkömmlich bekannte Verlaufsrichtung zurückgeführt werden.
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Wenn ein Wendelkanal hinsichtlich seines Verlaufs in seinem Anfangsabschnitt eine andere Steighöhe aufweist als in seinem weiteren Abschnitt, wird insbesondere vorgeschlagen, dass er eine geringere Steighöhe im Anfangsabschnitt aufweist. Dies führt dazu, dass der Übergangsabschnitt relativ nah am Anfang des Anfangsabschnitts des zweiten, direkt benachbarten Wendelkanals entlangläuft, insbesondere näher als es bei einer geraden Verlaufsrichtung direkt in der nun vorhandenen Verlaufsrichtung des weiteren Abschnittes des Wendelkanals der Fall wäre.
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Mit anderen Worten ausgedrückt ist bei einem Blaskopf mit einem solchen Verteiler die Steigung des Wendelkanals im Anfangsabschnitt kleiner als in den in Extrusionsrichtung gesehen stromab folgenden, weiteren Abschnitten.
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Die geringe Steigung des Wendelkanals führt dazu, dass im Bereich der Überlappung mit der im Drehsinn des Wendelkanals gesehen vorhergehenden, benachbarten Wendel zunächst die vertikale Kante (im Falle eines Axialwendelverteilers) bzw. radiale Kante (im Falle eines Radialwendelverteilers) sehr kurz ist. Schon dies verbessert die Problematik der Wendelstreifen. Außerdem ergibt sich dadurch eine geringe Stegbreite des Überlaufstegs zwischen diesen beiden Wendeln, sodass im Betrieb ein großer Volumenstrom an Schmelze hierüber abfließt.
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Nach der vertikalen bzw. radialen Kante, am Anfang der im Drehsinn benachbarten, zweiten Wendel wird die Steigung des Wendelkanals dann bevorzugt derart geändert, dass bei der folgenden Überlappung mit der im Drehsinn nächstfolgenden, dritten Wendel eine größere Stegbreite vorliegt. Dies erleichtert eine gute Verteilung der Schmelze.
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Beispielsweise vorgeschlagen wird demgemäß auch, dass der Überlaufsteg entlang des Anfangsabschnitts des zweiten Wendelkanals eine Verbreiterung aufweist, sodass im Betrieb in Verteilerstromrichtung zu überströmende Stegbreite von Anfangsabschnitt des zweiten Wendelkanals hin zum weiteren Abschnitt des ersten Wendelkanals zu Beginn des Anfangsabschnitts des zweiten Wendelkanals klein ist, insbesondere stromabwärtig seines Anfangs ein Minimum aufweist. Es wurde bereits erläutert, dass eine geringe zu überströmende Stegbreite einen großen Volumenstrom unterstützt.
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Ohne Weiteres kann vorgesehen sein, dass die Wendelkanäle hinsichtlich ihrer Verläufe unterschiedliche Anfänge an den Vorverteilermündungen des Zwickelbereichs aufweisen, dann in ihren Anfangs- und weiteren Abschnitten aber kongruent verlaufen. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Vorverteiler jeweils in die Mitte zwischen zwei Wendelanfängen führt und von dort aus mit einem Speisekanal oder mit zwei getrennten Speisekanälen die Schmelze im Betrieb weiter zu den Anfängen der Wendelkanäle geführt wird. Bei einer solchen Gestaltung kann es Sinn machen, dass am Anfang der Anfangsabschnitte der Wendelkanäle unterschiedliche lokale Geometrien auftauchen, insbesondere eine kurze Zueinanderführung der Anfänge jeweils zweier benachbarter Wendelkanäle, wobei sich dies jeweils paarweise um den gesamten Wendelverteiler herum fortsetzen kann.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Wendelkanäle in ihren Anfangs- und weiteren Abschnitten jeweils einen geraden Verlauf aufweisen. Solche Verläufe haben sich bewährt. Auch sind die Strömungsverhältnisse bei dermaßen gestalteten Verläufen der Wendelkanäle bereits relativ gut bekannt.
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Nachdem vorstehend Beschleunigungsmittel in Form von Eingriffen in die Geometrie des Wendelverlaufs vorgestellt wurden, besteht nach einem zweiten Aspekt der Erfindung die Möglichkeit, zusätzlich oder alternativ zur Verlaufsänderung eine lokale Änderung im Querschnitt des Wendelkanals vorzunehmen.
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So wird vorgeschlagen, dass ein Wendelkanalschnitt im Verlauf eines Wendelkanals eine Vergrößerung und eine Verkleinerung aufweist, insbesondere hinsichtlich einer Wendelkanalbreite eine Verbreiterung und eine Verjüngung und/oder hinsichtlich einer Wendelkanaltiefe eine Vertiefung und eine Verflachung.
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Begriff sei hierzu erläutert, dass sich die „Wendelkanalbreite“ als dasjenige Maß bestimmen soll, welches rechtwinklig zum Verlauf des Wendelkanals als das breiteste offene Maß des Wendelkanals ergibt. Im Allgemeinen wird dieses an der Oberfläche des Wendelkanals vorliegen. Wenn der Wendelkanalverteiler zylindrisch oder konisch geformt ist, ist die Wendelkanalbreite eine Sehne über die Öffnung des Wendelkanals. Wenn der Wendelverteiler als Platte vorliegt, ist die Wendelkanalbreite in diesem Fall eine Strecke in der Ebene der Oberfläche der Platte.
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Die „Wendelkanaltiefe“ bemisst sich als das tiefste Maß, gemessen senkrecht zum Wendelkanalverlauf und senkrecht zur Wendelkanalbreite.
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Herkömmlich sind Wendelverteiler so ausgelegt, dass die Tiefe der Wendelkanäle in Fließrichtung monoton und gleichmäßig abnimmt. Häufig vergrößert sich dabei die Tiefe der Überlaufspalte. Um die Fließgeschwindigkeit im kritischen Bereich zu erhöhen, kann bei einer hier vorgeschlagenen Gestaltung hingegen die Kanalgeometrie verengt werden. Nach Durchlaufen des kritischen Bereichs, also im weiteren Abschnitt eines Wendelkanals und nach dem Übergangsabschnitt, wird der Kanal im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß dem hier vorgeschlagenen Erfindungsaspekt zunächst vergrößert und erst danach wieder wie im Stand der Technik bekannt verjüngt, bevorzugt kontinuierlich verjüngt.
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Ein solcher Wendelverteiler kann kostengünstig produziert werden.
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Je nach Gestaltung kann die Verweilzeit der Schmelze im Betrieb des Blaskopfes an der überwiegend horizontal verlaufenden Kante reduziert werden. Insbesondere ist eine solche Geometriemodifikation erheblich kostengünstiger durchzuführen als die aus dem Stand der Technik bekannte Variante, nämlich auch in die Gegenseite ebenfalls Wendelkanäle einzubringen.
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Somit ist es von Vorteil, wenn der Wendelkanalschnitt im Übergangsabschnitt eine geringere Kanalbreite und/oder -tiefe aufweist als im weiteren Verlauf im weiteren Abschnitt des Wendelkanals, bevorzugt eine geringere Kanalbreite und/oder -tiefe als beidseits des Übergangsabschnitts. Wenn Breite und/oder Tiefe des Kanals gerade am Übergangsabschnitt geringer sind als beidseits des Übergangsabschnitts, liegt am Übergangsabschnitt ein lokales Minimum von Breite und/oder Tiefe vor.
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Es wurde vorstehend anhand des geschilderten Ausführungsbeispiels bereits deutlich, dass eine bevorzugte Ausführungsform so gestaltet ist, dass der Wendelkanalschnitt im weiteren Verlauf nach dem Übergangsabschnitt zunächst eine Verbreiterung und/oder Vertiefung aufweist und anschließend eine Verjüngung und/oder Verflachung.
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Gemäß einem dritten Vorschlag für einen Überströmbegünstiger ist es von Vorteil, wenn der Wendelverteiler eine lokale Oberflächendifferenz zum leichteren Überströmen aufweist.
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Begrifflich sei hierzu erläutert, dass unter einer „lokalen Oberflächendifferenz“ ein lokal umgrenzter Bereich der Oberfläche verstanden werden soll, der eine unterschiedliche Oberflächengestaltung aufweist als die übrige, bevorzugt größenmäßig überwiegende Oberfläche.
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Es versteht sich, dass mehrere lokale Oberflächendifferenzen vorgesehen sein können. Insbesondere kann jeder Wendelkanal eine solche Oberflächendifferenz oder eine Schar von Oberflächendifferenzen aufweisen.
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Es ist ohne Weiteres denkbar, dass eine Fließwegseite der Oberfläche der kritischen vertikalen oder radialen Kante mit einer geeigneten, anti-adhäsiven Beschichtung versehen wird, sodass ein Anhaften der Kunststoffschmelze in diesem Bereich an der Fließkanalwand vermieden oder jedenfalls vermindert wird.
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Auch ist es denkbar, den Bereich der vertikalen respektive radialen Kante des Verteilers derart zu gestalten, dass zur Abbildung der vertikalen respektive radialen Kante Einsätze im Verteiler vorgesehen sind, welche aus einem Werkstoff bestehen, der in Bezug auf die Kunststoffschmelze anti-adhäsive Eigenschaften aufweist und sich bevorzugt zudem positiv auf die Abdichtung des Verteilers auswirkt. Als geeignete Werkstoffe sind insbesondere Duroplast, Gummi, Silikonkautschuk oder Polyurethan denkbar, aber auch Metalle wie beispielsweise Messing oder Kupfer, denkbar.
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Anti-adhäsive Eigenschaften der fließwegseitigen Oberfläche der vertikalen bzw. radialen Kante können die vorstehend genannten Maßnahmen zum Vergrößern des Volumenstroms über den Steg von einer unteren in eine obere Wendel bzw. von einer stromaufwärtigen zu einer stromabwärtigen Wendel unterstützen.
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Somit ist es jedenfalls von Vorteil, wenn der Wendelverteiler an der Oberflächendifferenz eine Aufnahme für ein Einsatzmittel im Wendelverteiler aufweist, bevorzugt sogleich versehen mit dem Einsatzmittel, wobei das Einsatzmittel bevorzugt austauschbar sein kann.
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Vorstehend wurde bereits erläutert, dass der Wendelverteiler an der Oberflächendifferenz eine Beschichtung aufweisen kann.
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In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist es denkbar, zusätzlich oder alternativ zur vertikalen bzw. radialen Kante die horizontale bzw. die in Umfangsrichtung laufende Kante wie oben beschrieben zu modifizieren. Wenn diese Kante mit einem entsprechend Überströmbegünstiger ausgestattet wird, kann bei geeigneter Gestaltung das Anhaften von Kunststoffschmelze an dieser Fließkanalband vermindert oder sogar verhindert werden.
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Ausdrücklich sei erwähnt, dass die vorstehenden Eigenschaften überwiegend nur in Bezug auf einen Wendelkanal beschrieben wurden. Die erreichbaren Vorteile werden jedoch in der Regel größer sein, wenn entsprechende Eigenschaften bei mehreren oder sogar bei allen Wendelkanälen vorgesehen sind.
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Dies gilt insbesondere dann, wenn der Wendelverteiler aus mehreren geometrisch identisch verlaufenden Wendelkanälen besteht.
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Die vorstehend für einen Wendelverteiler beschriebenen Vorteile ergeben sich analog ebenfalls für einen Blaskopf für eine Blasfolienanlage, welcher mit einem vorstehend beschriebenen Wendelverteiler ausgerüstet ist.
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Ebenso ergeben sich die Vorteile für eine Blasfolienanlage mit einem Extruder, einem Blaskopf wie vorstehend beschrieben, einer Flachlegung und einer Abzugsvorrichtung sowie bevorzugt mit einer Wickelstation.
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Schließlich erstrecken sich die Vorteile auf ein Verfahren zum Herstellen einer Blasfolie unter Verwendung einer solchen Blasfolienanlage.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dort zeigen
- 1 in einer räumlichen, teilgeschnittenen schematischen Ansicht einen zylindrischen Axialwendelverteiler nach dem Stand der Technik,
- 2 schematisch in einem radialen Schnitt eine Hälfte eines Spiralwendelverteilers, bei welchem Schmelze radial außen in Wendelkanäle gespeist wird, und
- 3 eine Abwicklung von vorteilhaften Wendelkanälen.
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Der Wendelverteiler 1 in 1 ist nach dem Stand der Technik konstruiert. Er besteht im Wesentlichen aus einem zentralen Dorn 2, welcher von einem Mantel 3 umgeben ist. Der von einem Extruder (nicht dargestellt) angelieferte Schmelzestrom wird zunächst in einem Vorverteiler (nicht dargestellt) in mehrere Einzelströme aufgeteilt, welche in wendelförmige Kanäle münden. Diese sind in den Dorn 1 eingearbeitet und umlaufen diesen in Form eines Mehrfachgewindes.
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Eine zentrale Achse 4 liegt koaxial mit einer ringförmigen Austrittsdüse 5 an einem stromabwärtigen Ende 6 des Wendelverteilers 1 .
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In einer Verteilerstromrichtung 7 , somit auch in Extrusionsrichtung, nimmt eine Kanaltiefe von Wendelkanälen 8 , 9 (exemplarisch gekennzeichnet) bis auf Null an einem Kanalende 10 (exemplarisch gekennzeichnet) ab.
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Gleichzeitig nimmt ein Spalt 11 zwischen dem Dorn 1 und seiner Gegenseite, gebildet aus dem Mantel 3 , kontinuierlich zu. Auf diese Weise wird bewirkt, dass ein in einer Wendel fließender Schmelzestrom sich fortlaufend in zwei Anteile aufteilt: einerseits einen Anteil, welcher einen zwischen zwei Wendeln befindlichen Überlaufsteg 12 überströmt, andererseits einen Anteil, welcher dem Verlauf der Wendelkanäle 8, 9 folgt.
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Möglichst homogen verlässt die Schmelze das Extrusionswerkzeug am Ringspalt 5.
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In einem Zwickelbereich 13 verlaufen die Wendelkanäle 8, 9 von Anfängen 14 (exemplarisch gekennzeichnet) über Anfangsabschnitte 15 (exemplarisch gekennzeichnet) bis hin zu Übergangsabschnitten 16 (exemplarisch gekennzeichnet) und kontinuierlich weiter in weiteren Abschnitten 17 (exemplarisch gekennzeichnet).
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Im Zwickelbereich 13 sind mit horizontal verlaufenden, unteren Kanten 18 und vertikalen Kanten 19, 20 (exemplarisch gekennzeichnet) mehrere Bereiche vorhanden, in welchen ein Anhaften von Schmelze zu befürchten ist.
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Der Radialwendelverteiler 30 in 2, welcher ebenfalls nach dem Stand der Technik konstruiert ist, besteht im Wesentlichen aus einer Platte 31, in welche Wendelkanäle 32 (exemplarisch gekennzeichnet) eingebracht sind, und einer ebenfalls horizontal liegenden Gegenplatte 33.
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Den horizontalen Kanten 18 und den vertikalen Kanten 19, 20 entsprechen hinsichtlich der Gefahr von Strömungstotbereichen beim Radialwendelverteiler 30 radiale Kanten (nicht dargestellt) strömungsabwärts von jedem Wendelkanalanfang (nicht dargestellt) beginnend sowie dem Umfang des Verteilers folgende Kanten (nicht dargestellt).
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Beim Radialwendelverteiler 30 wird die Kunststoffschmelze im Betrieb ausgehend von Vorverteilerkanälen 34 in Anfänge 35 der Wendelkanälen 32 geleitet. In Verteilerstromrichtung 36, welche radial hin zu einer zentralen Achse 37 liegt, während die zentrale Achse 37 mit einer Extrusionsrichtung 38 parallel liegt, nimmt eine Kanaltiefe der Wendelkanäle 32 ab, wobei ein Spalt 39 im Verlauf der Verteilerstromrichtung 36 größer wird.
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Bei der ausschnittweisen Abwicklung des Wendelverteilers 40 in 3, welcher eine Ausführungsform der Erfindung ist, wurde in die Verlaufsgeometrie der Wendelkanäle 41, 42, 43, 44, 45 eingegriffen:
- Ausgehend von einem Vorverteiler (nicht dargestellt) finden sich Auslässe 46, 47 , 48 am zylindrischen Axialwendelverteiler 40. Diese münden in Speiseabschnitte 49, 50, 51, wobei jeweils zwei Speiseabschnitte 50, 51 paarweise zueinander gekrümmt sind, damit im Wendelverteiler 40 angeordnete Vorverteilerkanäle kompakter geführt werden können.
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Die Mündungsabschnitte 49, 50, 51 sind sehr kurz und erstrecken sich nur so weit, bis die Wendelkanäle 41, 42, 43, 44, 45 eine gleiche Geometrie aufweisen. Dort befindet sich an Anfängen 52, 53, 54 jeweils eine erste Umlenkung, nämlich um knapp weniger als 90°. Der Winkel kann beispielsweise etwa 85° betragen.
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Unter diesem Winkel zu einer Verteilerstromrichtung 55 verlaufen die Wendelkanäle 41, 42, 43, 44, 45 zunächst entlang ihrer Anfangsabschnitte 56, 57, 58 geradeaus, bis sie sich stromabwärtig, also weiter fortgeschritten projizierbar auf die Verteilerstromrichtung 55, von den Anfangsabschnitten 52, 53, 54 unmittelbar benachbarter Wendelkanäle 42, 43, 44, 45 befinden. Dort weisen sie doppelte Verschwenkungen 59, 60, 61 auf, welche aber nicht zu einem parallelen Weiterlaufen der Wendelkanäle 41, 42, 43, 44, 45 führen, sondern mit einer leichten Verschwenkung hin zu einer größeren Steigung in weiteren Abschnitten 62, 63, 64, 65 überleiten. In den weiteren Abschnitten 62, 63, 64, 65 bleibt die Steigung, also der Komplementärwinkel gegenüber der Verteilerstromrichtung 55 bis hin zu 90°, wiederum gleich in den weiteren Abschnitten 62, 63, 64, 65 verlaufen, die Wendelkanäle 41, 42, 43, 44, 45 also dort wiederum gerade.
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Somit laufen alle Verteilerkanäle 41, 42, 43, 44, 45 unmittelbar nach Überschreiten von kritischen vertikalen Kanten 66, 67, 68 zunächst kurz mit einer starken Steigung und weisen danach eine gegenüber dem Anfangsabschnitt 56 , 57 , 58 größere konstante Steigung auf.
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Hierdurch liegt auch nach den Übergangsabschnitten mit den doppelten Verschwenkungen 59 , 60 , 61 eine höhere Steigung vor. Dieser Verlauf der Steigung wirkt sich positiv auf die Verteilung der Schmelze aus und führt zusätzlich zu einem höheren Volumenstrom an den Kanten 66 , 67 , 68 und demzufolge zu einer Reduzierung von Wendelstreifen.
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Zusätzlich sind die vertikalen Kanten 66 , 67 , 68 in Folge der zunächst flachen Steigung in den Anfangsabschnitt 56 , 57 , 58 deutlich kürzer als im Stand der Technik.
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Die vergleichsweise recht kurzen vertikalen Kanten 66 , 67 , 68 definieren den Beginn von Überströmstegen 69 (exemplarisch gekennzeichnet). Diese sind zunächst in Überströmrichtung, welche parallel mit der Verteilerstromrichtung 55 liegt, sehr kurz. Hier kann sich also ein großer Volumenstrom der Schmelze einstellen.
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In Folge der anschließend erhöhten Steigung der jeweils stromabwärts. liegenden Wendel ist der Überströmsteg 69 bei der nächsten Überlappung mit dem nächsten beginnenden Wendelkanal größer und nimmt eine konstante Breite 70 (exemplarisch gekennzeichnet) an. Dies ist für eine gute Verteilung der Schmelze vorteilhaft.
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In einer bevorzugten Form der Erfindung steigt der Wendelkanal erst nach den vertikalen Kanten 66 , 67 , 68 kurz mit stärkerer Steigung an und geht danach in eine konstante größere Steigung gegenüber dem Anfangsabschnitt über. Hierdurch liegt schon direkt nach den vertikalen Kanten eine etwas höhere Stegbreite vor. Auch dies wirkt sich positiv auf die Verteilung aus und führt zusätzlich zu einem höheren Volumenstrom an den Kanten und demzufolge zu einer weiteren Reduzierung von Wendelstreifen.
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Es sei ausdrücklich erwähnt, dass die vorgeschlagenen Verlaufs- und Querschnittgeometrien nicht nur im Dorn bzw. in der Verteilerplatte angeordnet sein können, sondern auch im hierzu angeordneten Gegenstück.
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Außerdem sei ausdrücklich erwähnt, dass sich die Erfindung vorteilhaft sowohl für Einschichtblasköpfe als auch für Mehrschichtblasköpfe anwenden lässt.
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Mit anderen Worten ausgedrückt kann ein Aspekt der Erfindung darin liegen, dass mindestens ein Wendelkanal in mindestens einem Fließwegabschnitt eine andere Steigung als in den übrigen Fließwegabschnitten aufweist.
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Die Steigung des Wendelkanals in einem ersten Bereich des Fließwegs, der sich vom Beginn des Wendelkanals hin bis zu dem Beginn der Überlagerung mit dem im Drehsinn des Wendelkanals gesehen nächsten, benachbarten Wendelkanal erstreckt, kann insbesondere kleiner sein als in den stromab gesehen folgenden Fließwegabschnitten des Wendelkanals.
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Die Steigung des Wendelkanals kann nach dem ersten Bereich in einem zweiten Bereich, der sich im Wesentlichen auf den Beginn der Überlagerung mit dem im Drehsinn des Wendelkanals gesehen nächsten, benachbarten Wendelkanals beschränkt, deutlich größer sein und danach in einem dritten Bereich des Wendelkanals mit einer konstanten Steigung, die größer ist als im ersten und kleiner ist als im zweiten Bereich, weiter verlaufen.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steigung im ersten Bereich mehr als 0°, aber weniger als 20° beträgt, während sie im zweiten Bereich ein Maximum von weit über 30° annimmt und im dritten Bereich mit weniger als 30°, aber mehr als 10°, weiter verläuft.
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Hinsichtlich der Tiefe der Wendelkanäle kann vorgesehen sein, dass die Tiefe mindestens eines Wendelkanals in einem ersten Bereich, der sich vom Beginn des Wendelkanals hin bis zu dem Beginn der Überlagerung mit dem im Drehsinn des Wendelkanals gesehen nächsten, benachbarten Wendelkanal erstreckt, kleiner als in den übrigen Bereichen ist und dabei entweder konstant ist oder abnimmt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Tiefe des Wendelkanals nach dem ersten Bereich in einem zweiten Bereich, der sich im Wesentlichen auf den Beginn der Überlagerung mit dem im Drehsinn des Wendelkanals gesehen nächsten, benachbarten Wendelkanal beschränkt, kontinuierlich deutlich zunimmt und danach in einem dritten Bereich abnimmt.
