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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der es möglich ist das Schäumungsverhalten eines Schaums zu Messen und/oder zu Erfassen.
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Insbesondere im Automobilbereich, jedoch auch in anderen Bereichen, werden Schäume eingesetzt, um Hohlräume von Bauteilen zur Verbesserung der Bauteileigenschaften auszuschäumen. Beispielsweise kann ein Hohlraum zwischen zwei Blechen in einer Fahrzeugkarosserie zur Verbesserung der Schwingungseigenschaften, der Wärmeleiteigenschaften und der Widerstandsfähigkeit mit einem Schaum ausgeschäumt werden. Die Hohlräume in der Fahrzeugkarosserie oder in einzelnen Bauteilen der Fahrzeugkarosserie weisen zumindest zum Teil hohe Formänderungsgrade auf, sodass die Hohlräume durch Engstellen keine Einheitlichen Rahmenbedingungen für das Ausschäumen bereit stellen. Sind mehrere Hohlräume miteinander verbunden oder ein Hohlraum durch eine Trennwand unterteilt, kommt hinzu, dass die Hohlräume durch in den Trennwänden oder an den Verbindungsstellen zwischen den Hohlräumen ausgebildete Öffnungen einen für den Schaum ungünstigen Übergang zwischen den Hohlräumen bzw. den Teilen eines Hohlraums bilden.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Vorgehensweisen bekannt, mit deren Hilfe das Schäumungsverhalten und die Schaumeigenschaften verschiedener Schäume ermittelt werden können. Diese basieren jedoch darauf, das Schäumverhalten speziell an einem Bauteil zu ermitteln, sodass für jedes Bauteil das ausgeschäumt werden soll aufwändige Versuchsreihen durchzuführen sind, wobei das Schaumverhalten und die Schaumeigenschaften in den Bauteilen durch die nötigen Anpassungen und Vorbereitungen nur aufwendig zu ermitteln sind. Alternativ basieren die Vorrichtungen und Vorgehensweisen darauf, das Schäumverhalten der Schäume ohne die Berücksichtigung des auszuschäumenden Hohlraums zu messen, sodass von dem allgemeinen Verhalten des Schaums nur schwer oder nicht auf das Ausschäumen eines bestimmten Hohlraums bzw. eines bestimmen Bauteils zurückgeschlossen werden kann. Hinzukommt, dass wenn die Eigenschaften und Schäumungsverhalten verschiedener Schäume miteinander verglichen werden sollen, für jeden Schaum aufwendige Vorbereitungen und Anpassungen an den Versuchsaufbauten notwendig sind. Sollen desweiteren die Eigenschaften der Hohlräume und deren Übergänge, wie beispielsweise die Durchmesser der die Hohlräume verbindenden Öffnungen verändert werden, kommt hinzu, dass der gesamte Versuchsaufbau aufwändig geändert werden muss.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, mit deren Hilfe die Schaumeigenschaften sowie das Schäumungsverhalten beim Ausschäumen von Hohlräumen mit einem Schaum einfach und kostengünstig ermittelbar sind ohne die auszuschäumenden Bauteile hierfür aufwändig vorzubereiten und wobei Änderungen an der Vorrichtung zur Variation der Hohlraumeigenschaften schnell und einfach durchzuführen sein sollen. Ferner sollen die Schaumeigenschaften an kritischen Kavitäten, an denen die Eigenschaften ansonsten schwer zu ermitteln sind, bewertet werden können und zudem soll nicht nur das Schäumungsverhalten vor einem Fertigungsprozess ermittelt werden können, sondern es soll auch die Qualität des Schaums verschiedener Lieferchargen zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt und miteinander verglichen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß den Patentansprüchen 1 und 12 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung zur Messung und/oder Erfassung eines Schäumungsverhaltens eines Schaums vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst hierfür eine Vielzahl von aneinander anschließenden bzw. zueinander benachbart angeordneten Kammern. Zwischen zwei direkt aneinander angeordneten bzw. zueinander direkt benachbarten Kammern ist eine die zwei Kammern voneinander trennende Schikanenwand angeordnet. Die Schikanenwand weist zumindest eine die zwei Kammern verbindende Öffnung auf. Eine Kammer dient als ein Hohlraum bzw. als ein Teil eines Hohlraums der ausgeschäumt werden soll. Das Schäumungsverhalten eines Schaums wird wesentlich von den Übergängen zwischen den Hohlräumen oder zwischen den Teilen eines Hohlraums bestimmt. Die Schikanenwände mit jeweils zumindest einer Öffnung simulieren die Übergänge zwischen den Hohlräumen oder den Teilen eines Hohlraums eines auszuschäumenden Bauteils, sodass die das Schäumungsverhalten bestimmenden Parameter der auszuschäumenden Bauteile nachgebildet werden. Um die Kammern, die mit den Öffnungen in den Schikanenwänden miteinander verbunden sind, ausschäumen zu können, ist zumindest eine der Kammern mit zumindest einem Schaumeinlass versehen.
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Sind nicht nur zwei, sondern mehrere Kammern durch die Öffnungen der zwischen ihnen liegenden Schikanenwände verbunden, bestimmt diese Vielzahl von miteinander verbundenen Kammerpaaren bzw. diese Vielzahl von jeweils zwei Kammern, die direkt aneinander angeordnet und jeweils durch eine Schikanenwand getrennt sind, einen Messhohlraum. Der Messhohlraum wird dadurch aus einer Vielzahl von durch die Öffnung in den Schikanenwänden miteinander verbundener Kammern gebildet. Der Messhohlraum aus den aneinandergereihten Kammern muss sich dabei nicht geradlinig erstrecken, sondern kann sich verzweigen und/oder mäanderförmig sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Kammern jeweils eine rechteckige, vorzugsweise quadratische, oder sechseckige Grundform auf. Werden in ihrer Grundform recht- oder sechseckige Kammern aneinander angeordnet, liegt zwischen zwei benachbarten Kammern jeweils genau eine Grenzfläche.
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Als zwei benachbarte Kammern oder auch zwei aneinander anschließende Kammern, werden zwei Kammern verstanden, zwischen denen keine weitere Kammer angeordnet ist bzw. die genau eine gemeinsame und zwischen den Kammern liegende Grenzfläche aufweisen.
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Die Vorrichtung umfasst in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ein rechteckiges Gehäuse. Das Gehäuse besteht aus einem Boden und vier sich orthogonal dazu erstreckenden und orthogonal aneinander anschließenden Seitenwänden, sodass das Gehäuse rechteckig ausgebildet ist und zu jeder Seite der Fläche des Bodens hin durch eine Seitenwand begrenzt wird. Ferner ist das Gehäuse auf der von dem Boden abgewandten Seite der Seitenwände durch einen Deckel verschließbar, sodass der Innenraum des Gehäuses durch den Boden, die Seitenwände und den Deckel begrenzt ist. Um zu verhindern, dass Schaum aus dem Gehäuse bzw. dem Innenraum des Gehäuses austreten kann, sind die Seitenwände zu dem Boden, zueinander und in einem verschlossenen Zustand, in dem das Gehäuse durch den Deckel verschlossen ist, zu dem Deckel durch Dichtmittel abgedichtet. Die Dichtmittel können durch Dichtlippen, Klebstoffe oder eine zumindest teilweise einteilige Ausbildung des Gehäuses gebildet werden. Zur Bildung der Kammern bzw. zur Bildung des Messhohlraums sind mehrere Schikanenwände in dem Gehäuse angeordnet und aus dem Gehäuse herausnehmbar. Zudem ist in dem Gehäuse eine Vielzahl von herausnehmbaren Trennwänden angeordnet. Die Vielzahl von Trennwänden bildet in dem Gehäuse zusammen mit den Schikanenwänden, den Seitenwänden, dem Boden und dem Deckel die Vielzahl von Kammern. Die Trennwände und die Schikanenwände weisen die gleichen Außenmaße auf und sin in ihrer Grundform vorzugsweise rechteckig oder quadratisch ausgebildet, sodass die Trennwände und die Schikanenwände sich nur durch die zumindest eine Öffnung in den Schikanenwänden unterscheiden und untereinander austauschbar sind. In dem Gehäuse sind in regelmäßigen Abständen und vorzugsweise rasterförmig auf dem Boden oder an den Seitenwänden Halteelemente angeordnet. Die Halteelemente sind ausgebildet eine Seite einer Trennwand oder einer Schikanenwand zu halten, sodass zwei zueinander direkt benachbarte Halteelemente zwischen sich eine Trennwand oder eine Schikanenwand halten. Dadurch, dass die Trennwände und die Schikanenwände herausnehmbar sind, können sie zwischen jeweils zwei direkt benachbarten Halteelementen beliebig ausgetauscht und in ihrer Position in dem von den Halteelementen gebildeten Raster variiert werden, sodass der Messhohlraum durch ein Umordnen der Trennwände und der Schikanenwände in dem Gehäuse oder einem Austausch gegen andere Schikanenwände oder Trennwände neu bestimmt bzw. neu ausgebildet werden kann.
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Die zumindest eine Öffnung in der Schikanenwand ist ausgebildet einem Übergang zwischen zwei Hohlräumen oder zwei Teilen eines Hohlraums des realen Bauteils zu entsprechen. Soll das Schäumverhalten des Schaums in anderen Bauteilen oder im selben Bauteil jedoch mit anderen Übergängen erfasst bzw. gemessen werden, kann eine Schikanenwand mit einer ersten Öffnung gegen eine andere Schikanenwand mit einer zweiten, für das zu simulierende Bauteil passende Öffnung getauscht werden, ohne den übrigen Versuchsaufbau ändern zu müssen.
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Um den Schaum in das Gehäuse einspritzen zu können, weist das Gehäuse bei einer vorteilhaften Ausbildungsvariante der Erfindung in seinem Boden, seinem Deckel und/oder seinen vier Seitenwänden den zumindest einen Schaumeinlass auf.
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Um eine Entlüftung der Hohlräume simulieren zu können, weist das Gehäuse in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zudem in seinem Boden, seinem Deckel und/oder seinen vier Seitenwänden zumindest eine jeweils durch ein Dichtelement verschließbare, zu einer Kammer der Vielzahl von Kammern führende Entlüftungsöffnung auf. Der Schaumeinlass kann als Entlüftungsöffnung ausgebildet sein, sodass nur eine Art von Öffnung in dem Gehäuse oder dem Deckel vorzusehen ist und wahlweise als Entlüftungsöffnung oder als Schaumeinlass dienen kann. Zur Steuerung der Entlüftung kann in einer Entlüftungsöffnung auch ein Stopfen mit einer Öffnung, welche eine neue Entlüftungsöffnung bestimmt, angeordnet werden.
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Zur Abdichtung des Gehäuses durch den Deckel umfasst die Vorrichtung in einer Ausbildungsform Spannmittel. Der Deckel ist durch die Spannmittel gegenüber dem Boden auf die vier Seitenwände des Gehäuses pressbar, sodass der Schaum nicht oder nur schlecht aus dem Innenraum des Gehäuses auf der Seite des Deckels entweichen kann.
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Damit der Schaum nicht an dem Gehäuse, den Trennwänden oder den Schikanenwänden anhaftet und diese dadurch einfacher wiederverwendet werden können, sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung vor, dass die Trennwände und/oder die Seitenwände und/oder der Boden und/oder der Deckel und/oder die Schikanenwand mit einer abziehbaren Folie, mit einer Antihaftbeschichtung oder aus einem nicht haftenden Kunststoff ausgebildet sind. Alternativ kann eine Schikanenwand oder eine Trennwand auch eine Oberfläche mit einer vorbestimmten Rauheit bzw. Oberflächenrauheit aufweisen, welche durch eine Folie oder ein Bearbeitungsverfahren bestimmt wird, sodass die Anhaftung des Schaums an einer Oberfläche mit der vorbestimmen Oberflächenrauheit erfassbar ist und gemessen werden kann.
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Um den Verlauf der Ausschäumung bzw. des Ausschäumens und das Schäumverhalten erfassen und später durch eine geeignete Analysemethode analysieren zu können, sind/ist der Deckel und/oder zumindest Teile des Gehäuses bei einer vorteilhaften Weiterbildungsform der Erfindung aus einem transparenten Material gebildet, wobei die Vorrichtung zudem eine Kamera umfasst, die in einem Abstand von dem Gehäuse auf die Kammern in dem Gehäuse ausgerichtet ist und den Schaum bei seiner Ausbreitung in den Kammern während des Ausschäumens durch die transparenten Teile hindurch erfasst. Zusätzlich oder alternativ kann eine weitere Kamera in einer nicht zu dem Messhohlraum gehörenden Kammer in dem Gehäuse angeordnet sein und durch eine transparente Trennwand von dem Messhohlraum getrennt auf eine zu dem Messhohlraum gehörende Kammer gerichtet sein, um das Schäumverhalten des Schaums beim Ausschäumen zu erfassen.
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Zudem sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass in oder an einer Kammer, vorzugsweise an allen Kammern die den Messhohlraum bilden, ein Sensor oder jeweils ein bzw. mehrere Sensoren angeordnet sind, der einen Messwert oder mehrere Messwerte in der Kammer erfasst. Solche Sensoren können beispielsweise Temperatur-, Luftfeuchtigkeits- und Drucksensoren sein. Die Sensoren können in Trennwände integriert sein und dadurch bei verschiedenen Durchläufen zur Messung und Erfassung von Schaumeigenschaften innerhalb des Gehäuses versetzt bzw. in ihrer Position variiert werden. Um die Sensoren mit Auswerteeinheiten verbinden zu können, können die Kabel der Sensoren durch in den Trennwänden ausgebildeten Kabeldurchführungen oder Nuten von dem Innerraum des Gehäuses zu einem das Gehäuse umgebenden Außenraum des Gehäuses geführt werden.
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Um nicht nur die Übergänge zwischen den Kammern variieren zu können, sind die Kammern in einer weiteren Ausbildungsvariante der Erfindung durch Einlegeelemente in ihrem Volumen variierbar, wobei die Einlegeelemente Vertiefungen, Kanäle oder Sensoren enthalten können um die Kammern besser auf zu simulierende Hohlräume anpassen und Messwerte genauer ermitteln zu können.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Messung und Erfassung von Schaumeigenschaften vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst hierzu zumindest die folgenden Schritte:
- • Ausschäumen eines Messhohlraums durch Einspritzen eines Schaums durch einen Schaumeinlass in eine erste Kammer einer Vielzahl von Kammern, die über jeweils zumindest eine Öffnung in einer Schikanenwand zwischen jeweils zwei Kammern luft- und schaumdurchlässig miteinander verbunden sind;
- • Erfassen von Messwerten in zumindest einem Teil der Kammern durch Sensoren während des Ausschäumens;
- • Lösen eines aus dem Schaum gebildeten Schaumkörpers aus den Kammern nach dem Ausschäumen;
- • Messen von Eigenschaften des Schaumkörpers.
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Die Eigenschaften des Schaumkörpers können in dem Gehäuse gemessen werden oder nachdem der Schaumkörper ganz oder zumindest teilweise aus den Kammern gelöst wurde. Zudem kann das Schäumverhalten bei dem Ausschäumen durch eine Kamera erfasst und die Kamerabilder durch eine Analysesoftware ausgewertet werden.
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Aus den gemessenen Eigenschaften bzw. den ermittelten Messgrößen kann das Schäumverhalten abgeleitet bzw. ermittelt werden. Das Schäumverhalten eines Schaums umfasst insbesondere sein Fließverhalten, sein Expansionsverhalten, sein Blähverhalten, den zeitlichen Verlauf des Fließens und der Expansion sowie seine Dichte, seine Haftung an Oberflächen und die Größe seiner Poren.
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Als Schäume werden hierbei insbesondere 2K-PUR Schäume verwendet, welche durch das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung untereinander verglichen und charakterisiert werden können.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung aus der Draufsicht,
- 2a bis d jeweils eine Trennwand oder eine Schikanenwand.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Messung und/oder Erfassung eines Schäumungsverhaltens eines Schaums aus der Draufsicht, jedoch ohne Deckel. Aus der Draufsicht ist die Vielzahl von Kammern 1 zu sehen, die von quadratischen, aneinander angeordneten Kammern 1 gebildet wird. Das Gehäuse weist an jeder Seite eine Seitenwand 5 auf und umrahmt mit den vier Seitenwänden 5 die Vielzahl von Kammern 1. Auf dem Boden des Gehäuses und an den Seitenwänden ist eine Vielzahl von Halteelementen 8 in einem Raster angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei Halteelementen 8 eine Trennwand 3 oder eine Schikanenwand 2 gehalten wird. Die an die Seitenwände 5 angrenzenden Kammern 1, die den Messhohlraum bilden werden jeweils durch zumindest eine Seitenwand 5, zumindest eine Schikanenwand 2 und zum Teil durch zumindest eine Trennwand 5 gebildet. Die nicht den Messhohlraum bildenden Kammern 1 werden jeweils aus Trennwänden 3 oder Trennwänden 3 und zumindest einer Seitenwand 5 gebildet. Zum Messen und/oder Erfassen des Schäumungsverhaltens eines Schaumes wird der Schaum durch den Schaumeinlass 4 in eine Kammer 1 des Messhohlraums eingespritzt. Der Schaum breitet sich in den Kammern 1 des Messhohlraums durch die Öffnungen 2' in den geschnitten dargestellten Schikanenwänden 2 aus. Der Schaumpfad X deutet in 1 den Ausbreitungspfad des Schaums bei einem Schäumvorgang bzw. beim Ausschäumen an, wobei alle Kammern 1, durch die bzw. in die der Schaumpfad X führt, den Messhohlraum bilden. Zwei der Entlüftungsöffnungen 5' sind mit einem Dichtelement 6 abgedichtet, sodass der Schaum nicht durch die abgedichteten Entlüftungsöffnungen 5' entweichen kann und die Kammern 1 nicht durch die abgedichteten Entlüftungsöffnungen 5' entlüftet werden. Eine dritte Entlüftungsöffnung 5' ist nicht durch ein Dichtelement 6 verschlossen, sodass Luft, die von dem Schaum während des Ausschäumens verdrängt wird, durch die unverschlossene Entlüftungsöffnung 5' aus dem Gehäuse entweichen kann. Zur Erfassung verschiedener Messgrößen sind in dem Gehäuse drei Sensoren 7, 7' unterschiedlicher Art angeordnet. Die Sensoren 7 sind als Luftdrucksensoren bzw. Drucksensoren ausgebildet und erstrecken sich durch jeweils eine Trennwand 3 zu einer Kammer 1, welche Teil des Messhohlraums ist, hin ohne sich in die Kammer 1 hinein zu erstrecken. Der Sensor 7' ist als ein Luftfeuchtigkeitssensor ausgebildet, der sich von einer nicht zu dem Messhohlraum gehörenden Kammer 1 bis in eine zu dem Messhohlraum gehörenden Kammer 1 hinein erstreckt, um die Luftfeuchtigkeit in der Kammermitte, der zu dem Messhohlraum gehörenden Kammer 1, zu messen. Die Kabel 7" der Sensoren 7, 7' verlaufen durch Kabeldurchführungen in einigen Trennwänden 3 von dem Innenraum des Gehäuses zu dem Außenraum des Gehäuses wo sie zur Verarbeitung der von den Sensoren erfassten Messwerte mit nicht dargestellten Auswerteeinheiten verbunden sind.
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In der 2a ist eine Trennwand 3 dargestellt, die in ihren Außenmaßen und in ihrer nicht sichtbaren Dicke den in den 2b bis 2d dargestellten Schikanenwänden 2 entspricht.
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Die in den 2b bis 2d gezeigten Schikanenwände 2 weisen jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Öffnungen 2' bzw. unterschiedlich ausgeprägte Öffnungen 2' auf. Die Schikanenwände 2 zwischen den Kammern 1, die entlang des Schaumpfads X liegen, werden in Abhängigkeit des zu simulierenden Hohlraums bzw. der zu simulierenden Übergänge zwischen Hohlräumen oder Teilen von Hohlräumen gewählt. Durch die Variabilität der Schikanenwände sowie durch die einfache und schnelle Herstellbarkeit neuer Schikanenwände können verschiedenste Hohlräume und Übergänge schnell und einfach dargestellt und das Schäumungsverhalten eines Schaums in den Hohlräumen und an den Übergängen schnell und einfach simuliert sowie die zugehörigen Eigenschaften durch erfasste Messwerte ermittelt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise kann in einer Kammer ein Labyrinth aus zum Beispiel Blechwänden angeordnet sein.
