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Bei
Tintendruckern wird ein gewisser Tintenvorrat in unmittelbarer Nähe zum Tintendruckkopf
auf dem Schlitten angeordnet. Im Druckbetrieb bewegt sich der Schlitten
mit Tintendruckkopf und Tintenvorrat im Druckbereich des Papiers
zur zeilenweisen Abarbeitung eines Druckauftrags hin und her.
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Für den Fall,
daß der
Tintenvorrat nicht mehr für
die Anforderungen an Druckausbeute und ungestörtem Druckbetrieb ausreicht,
muß der
Tintenvorrat wieder ergänzt
werden.
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Es
ist wünschenswert,
die Tinte in einem Kapillarspeicher zu binden, wenn ihre Eigenbewegung, ausgelöst durch
die Schlitten-Hin- und Herbewegung, nachteilige Druckwellen auslöst, die
die Druckkopffunktion stören.
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In
einigen Fällen
kann der Tintenvorrat nur oberhalb des Düsenniveaus angerdnet werden,
und dabei wird ein Kapillarspeicher als Unterdruck erzeugendes Element
benötigt.
Ferner unterbindet der Kapillarspeicher eine intensive Durchmischung
von Tinte und Luft. Außerdem
besitzt der Kapillarspeicher eine Filterfunktion und sichert dadurch
die Druckkopffunktion. Der Kapillarspeicher wirkt außerdem gegen
das Auslaufen der Tinte während
des Transportes des Druckers bei verringertem Umgebungsluftdruck
(z.B. Transport in Flugzeugen) und bei erhöhter Temperatur.
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Es
ist eine Tintenpatrone bekannt (
EP 0 320 165 B1 ), die als Schwammkartusche
mit integriertem Druckkopf ausgebildet ist. Die Tinte ist im Schwamm-Kapillarspeicher
gebunden. Der Kapillarspeicher ist jedoch weder regel- noch nachfüllbar. Durch
den Anstieg des Unterdrucks bei zunehmender Entleerung bleibt ein
Restanteil von 10 bis 20 % der Tinte bei Funktionsende in der Tintenpatrone
zurück.
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Es
ist ferner eine Kombination aus Druckkopf und Kapillarspeicher bekannt
(
EP 0 408 241 B1 ),
bei der der Kapillarspeicher nach Entleerung bis etwa zu den vorstehend
angegebenen Grenzwerten ausgetauscht werden kann. Der für den Tausch
notwendige Entleerungszustand wird durch die feuchtigkeitsabhängige Widerstandsänderung
zwischen zwei Elektroden, die in den Kapillarspeicher hineinragen,
ermittelt.
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Schließlich ist
eine Tintenpatrone für
einen Druckkopf bekannt (
DE
195 45 775 C2 ), die eine Membran über einem Tintenvorrat aufweist,
in der durch Zusammendrücken
mittels eines plattenförmigen
Drückers
von außen
im Vorratsraum ein Überdruck
erzeugt wird. Ferner ist am unteren Ausgang ein Ventil mittels einer
zusätzlichen
Membran gebildet, das einen Unterdruck erzeugt. Die Tintenmenge nimmt
bei Entnahme ständig
ab bis die Tintenpatrone leer ist. Die Tintenpatrone ist daher für den Dauerbetrieb
eines Druckers nicht brauchbar. Für den Fall, daß die auf
einem Druckkopfschlitten mitgeführte Tintenpatrone
in ihrem Volumen derart groß bemessen
sein sollte, treten alle bekannten Nachteile durch Schaukeln des
Tintenspiegels auf. Die Tintenmenge im Bereich der Druckkopf-Düsen ist
bei einer solchen Tintenpatrone zu groß.
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Aus
der
EP 0 581 531 A1 ist
ein Tintendrucker mit einem Tintendruckkopf auf einem hin- und herbewegbaren
Schlitten bekannt, mit einem an den Tintendruckkopf angeschlossenen,
zur Umgebung offenen Tinten-Kapillarspeicher, dem eine Tintenkammer
für freie
Tinte vorgeschaltet ist. Dieser weist jedoch den Nachteil auf, daß der Inhalt
der unter Unterdruck stehenden Flüssigkammer nicht festgestellt werden
kann und daß keine
Möglichkeit
besteht, in Abhängigkeit
des Flüssigkammer-Inhalts
Tinte nachzufördern.
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Andererseits
ist es bekannt, die Niveauregelung in einem Tintentank mittels eines
Schwimmers zu bewirken. Die Niveaubestimmung erfolgt über ein Signal,
das ein auf dem Schwimmer befestigter Magnet an einen außerhalb
des Tintenbehälters
auf der zu regelnden Tintenspiegelhöhe angebrachten Hall-Sensor
hervorruft. Hohe Beschleunigungen des Schlittens können jedoch
die mechanische Führung des
Schwimmers so beeinträchtigen,
daß dessen Funktion
gefährdet
ist.
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Außerdem ist
aus der
DE 44 25 693
A1 ein Tintendrucker mit einem Tintendruckkopf auf einem hin-
und herbewegbaren Schlitten bekannt, mit einem an den Tintendruckkopf
angeschlossenen, zur Umgebung offenen Kapillarspeicher, bei dem
im oberen Bereich Sensorelektroden angeordnet sind, aufgrund deren
Messsignal der Tintenkapillarspeicher geregelt nachfüllbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Nachfüllen des vor dem Tintendruckkopf
angeordneten Kapillarspeichers, der am Ausgang einen Unterdruck
erzeugt, aus einem stationären
Tintenbehälter
geregelt durchzuführen,
so daß der
regelmäßige Austausch
der Tintenpatrone mit einem Kapillarspeicher zunächst ganz entfällt.
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Die
gestellte Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
Die Erfindung gestattet, die aus dem Kapillarspeicher verbrauchte
Tinte ständig
nachzufüllen,
wobei auf dem Schlitten nur eine kleine Tintenmenge mitgeführt werden
muß, die
nicht mehr den nachteiligen Beschleunigungskräften durch die Schlittenbewegungen
unterliegt. Die Niveauregelung mit Wirkung auf den Tintenkapillarspeicher
gewährleistet gleichmäßige Druckparameter.
Außerdem
kann eine schlecht elektrisch leitende und eine wenig wärmeleitende
Tinte eingesetzt werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich dadurch, daß eine Außenwand der Flüssigkammer
im oberen Bereich mit einer Membran versehen ist, die durch kleine
Druckdifferenzen verformbar ist. Sobald durch den Tintenverbrauch
des Tintendruckkopfes das Tintenniveau im Kapillarspeicher absinkt,
strömt
durch den höheren
Kapillardruck Tinte aus der Tintenkammer nach, bis durch die Verformung
der Membran ein Druckgleichgewicht erreicht ist.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, daß die
Verformung der Membran mittels kapazitiven Meßmitteln meßbar ist.
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Diesbezüglich besteht
eine Alternative darin, daß die
Verformung der Membran mittels optischer Meßmittel meßbar ist. Die Verformung der
Membran kann z.B. mit einer Reflexionslichtschranke gemessen werden.
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Ein
anderer Vorschlag sieht vor, daß bei
einem festgelegten Signalpegel der kapazitiven oder optischen Meßmittel
die Verbindung zum stationären Tintenbehälter im
Sinne eines geöffneten
oder geschlossenen Durchflusses betätigbar ist. Ein Anfangssignalpegel
bestimmt den Grundzustand des Systems. Für den Fall, daß sich die
Membran verformt, wird bei einem festgelegten Signalpegel an der Lichtschranke
die Verbindung zum stationären
Tintenreservoir geöffnet
und soviel Tinte nachgeführt, bis
das Ausgangssignal an der Lichtschranke oder auch ein anderes vorherbestimmtes
Signal erreicht ist und der Meßvorgang
erneut wiederholt wird.
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Die
Meßstelle
für die
Verformung kann auch dahingehend gestaltet werden, daß zumindest
ein Teil der Außenwand
der Flüssigkammer
die Membran bildet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Membran in der Außenwand
der Tintenkammer eingesiegelt oder aufgeschweißt ist.
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Es
ist weiter vorgesehen, daß in
der Außenwand
der Flüssigkammer
die Membran und ein Anschluß für die Tintenzufuhr übereinander
angeordnet sind. Dadurch wird eine weitgehende Ausnutzung der Tintenkammer-Außenfläche erreicht.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, daß bei aufgesiegelter oder aufgeschweißter Membran
eine nach außen
mündende Öffnung in
der Außenwand der
Flüssigkammer
vorgesehen ist, die zum Anschluß der
optisch, kapazitiven oder induktiven Meßmittel dient.
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Im
weiteren wird vorgeschlagen, daß die
Kapillarspeicherkammer und die Flüssigkammer räumlich getrennt
und mittels einer Flüssigverbindungn aneinander
angeschlossen sind. Die Ausnutzung der im Kapillarspeicher enthaltenen
Tinte wird weitestgehend durch die Anordnung der Verbindungsleitung
im Bodenbereich erreicht.
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Das
Signal der optischen Meßeinrichtung kann
dadurch verarbeitet werden, daß der
Tintenspiegel in der Flüssigkammer über eine
Signalschwelle des Regelkreises begrenzbar ist.
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Die
Ausbildung von Tintenkammer und Kapillarspeicher kann nach weiteren
Merkmalen derart vorgenommen werden, daß die Volumenanteile zwischen
der Druck meßkammer,
der Flüssigkammer und
des Tintenkapillarspeichers derart aufeinander abgestimmt sind,
daß ein
Unterdruck im Bereich des Tintendruckkopfes aufrechterhaltbar ist.
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Zur
Genauigkeit des Meßergebnisses
trägt ferner
bei, daß die
Hauptträgheitsachse
der Membran senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens verläuft.
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Schließlich ist
eine Abstimmung der Raumverhältnisse
von Vorteil; es wird deshalb vorgesehen, daß der Raum für die Druckmessung
ca. 10 – 20
% des Volumens des Tintenkapillarspeichers beträgt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
des stationären
Tintenbehälters
mit Schlitten, Tintenspeicher und Tintendruckkopf,
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2A ein perspektivisch dargestellter
Teilschnitt durch den Tintenspeicher in einer ersten Ausführungsform,
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2B die zur 2A gehörende ebene Schnittdarstellung,
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3A ein perspektivisch dargestellter
Teilschnitt durch den Tintenspeicher in einer zweiten Ausführungsform,
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3B die zur 3A gehörende ebene Schnittdarstellung,
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4 eine perspektivische Darstellung
einer alternativen Membrangestaltung und
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5 einen Schnitt durch getrennte
Flüssigkammer
und Kapillarspeicherkammer.
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Ein
Tintendruckkopf 1, z. B. der Piezo-Bauart, mit schräg verlaufender
Düsenreihe
und z.B. 128, 256 oder mehr Düsen
pro Reihe, ist auf einem Schlitten 2 angeordnet und mittels
eines Schlauches mit einem Tintenkapillarspeicher 3 verbunden.
Der Tintenkapillarspeicher 3 ist mittels eines längeren Schlauches
an einen stationären
Tintenbehälter 4 angeschlossen
(1).
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Der
Schlitten 2 wird schnell in der Bewegungsrichtung 9 hin-
und herbewegt, um eine Schreibzeile zu drucken.
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Der
Tintenkapillarspeicher 3 liegt (2A) neben einem Tintenspeicher 5 und
besitzt eine Kapillarspeicherkammer 6. Darüber befindet
sich als Teil eines Gehäuses
eine Decke 6a. Die Kapillarspeicherkammer 6 ist
mit Tinte 7 gefüllt,
die in einer durch eine Zwischenwand getrennten Flüssigkammer 8 mit einem
sehr niedrigen Tintenspiegel 7a gehalten und bei Anforderung
(Ansaugen) durch eine Kanaläöffnung 17 transportiert
wird. Die Flüssigkammer 8 besitzt
eine Vorder- und eine Rückwand,
die mit dem Gehäuse
des Tintenkapillarspeichers 3 einheitlich ist. Außerdem ist
eine Außenwand 8a vorgesehen.
Die derart ausgebildete Flüssigkammer 8 stellt
eine Druckmeßkammer 8b mit
einem Raum 8c für
die Druckmessung dar. Das Gesamtvolumen 8d der Flüssigkammer 8 wird
nur mit etwa 10 – 20
% für die Tinte 7 als
Flüssiganteil 8e im
luftabgeschlossenen Raum 8f ausgenutzt. In der Druckmeßkammer 8b ist in
der Außenwand 8a eine
Membran 10a eingesetzt oder kann durch Prägetechnik
unmittelbar aus der Außenwand 8a hergestellt
sein.
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Die
Membran 10a kann auch (3A oder 3B) vor dem Zusammenbau
des Gehäuses
von innen auf die Außenwand 8a aufgesiegelt
oder aufgeschweißt
werden. Die die Membran 10a abdeckende Außenwand 8a schützt die
Membran 10a und ermöglicht über eine
nach außen
mündende Öffnung 15 den
optischen Kontakt zu den (nicht dargestellten) optischen Meßmitteln
für die
Tintenniveau-Regelung in der Tintenkammer 8.
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Die
Membran 10a ist stets mit ihrer Hauptträgheitsachse 10b senkrecht
zur Bewegungsrichtung 9 des Schlittens 2 angeordnet.
Die Membran 10a kann ferner aus Polypropylen oder deren
Modifikationen (PP-HD) hergestellt sein.
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Gemäß 4 ist in die Außenwand 8a eine schräg verlaufende
Membran 10a eingesetzt, wobei sich bei zunehmender Druckdifferenz
eine weitere Schrägstellung
gegenüber
der Außenwand 8a ergibt.
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Gemäß 5 sind die Flüssigkammer 8 und die
Kapillarspeicherkammer 6 mit seitlichem Abstand zueinander
angeordnet. Beide sind mittels einer Flüssigverbindung 16 miteinander
verbunden. Die Anordnung mit Abstand hat den Vorteil, daß bei Verschmutzung
der Kapillarspeicherkammer 6 durch Tintenbestandteile nur
ein Teil ausgetauscht werden muß.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise der beiden grundsätzlichen Ausführungsformen
beschrieben:
Bei der Ausführungsform
gemäß den 2A und 2B bilden der Tintenkapillarspeicher 3 mit
dem Tintenspeicher 5 eine Einheit. Die Schläuche zum
Tintendruckkopf 1 und zum stationären Tintenbehälter 4 sind
angeschlossen. Die Kapillarspeicherkammer 6 ist derart
eingestellt, daß innerhalb
eines Füllstandbereiches
in demsel ben, zwischen einem maximalen und einem minimalen Tintenspiegel 7a der
für den Tintendruckkopf 1 zulässige Unterdruckbereich
eingehalten wird. Der Unterdruck ist auch wirksam in der Flüssigkammer 8 und
versetzt deshalb die Membran 10a unter eine entsprechende
Vorspannung. Tinte oder Luft können
jedoch nicht entweichen, da sowohl der Tintenkapillarspeicher 3 als
auch die Tintenzuführung
im nicht aktivierten Zustand einen Verschluß des Tintenkapillarspeichers 3 darstellen.
Die tintengefüllten
Kapillaren der Kapillarspeicherkammer 6 verschließen diesen
Raum gegen Luft.
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Sobald
durch fortschreitende Tintenentnahme aus der Kapillarspeicherkammer 6 durch
die Verbindungsleitung 14 zum Tintendruckkopf 1 eine
Verformung der Membran 10a durch Druckmeßmittel 10 gemessen
wird, die über
einen (nicht dargestellten) Regelkreis die Tintenzufuhr über den
Anschluß 12 freigibt,
so fließt
Tinte 7 zunächst
in die Flüssigkammer 8,
bis über
eine (zweite) Signalschwelle der Tintenfluß gestoppt wird. Die Füllung der
Kapillarspeicherkammer 6 erfolgt, wegen des höheren Strömungswiderstandes,
in einem porösen
Werkstoff (z.B. Schwamm) langsamer und dauert so lange an, bis der
Ausgangszustand wieder erreicht ist oder durch weitere Tintenentnahme
die Tintenzufuhr erneut ausgelöst
wird. dabei wird Luft durch ein Belüftungsloch 11 aus
dem durch einen Abstand 13 gebildeten oberen Raum angesaugt.
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Eine
weitere Funktion dieses Tintenkapillarspeichers 3 stellt
eine Temperaturkompensation dar. Innerhalb des zulässigen Betriebsfensters
eines Tintendruckers sind Temperaturänderungen bis zu 40° C zulässig. Der
Haupteinfluß geht
von der Luftausdehnung in der Flüssigkammer 8 aus,
die eine bestimmte Tintenmenge in die Kapillarspeicherkammer 6 hineindrückt. Die
Volumenanteile zwischen der Druckmeßkammer 8b und der
Kapillarspeicherkammer 6 müssen derart gestaltet sein,
daß eine
zusätzliche
Tintenmenge den Unterdruck am Tintendruckkopf 1 nicht aus
dem zulässigen
Bereich herausbringt. Es ist anzustreben, das Luftvolumen in der Druckmeßkammer 8b klein
zu halten. Andererseits ist es günstig,
daß die
Membran 10a nicht ständig
mit Tinte 7 benetzt ist. Während der Bewegung des Schlittens 2 würde sonst
auch Tinte 7 gegen die Membran 10a gedrückt, was
zum einen ihre Verformungseigenschaften auf Dauer beeinträchtigen
und zum anderen während
dieses Bewegungsvorgangs die Druckmessung verfälschen würde. Für den Fall, daß keine
Benetzung stattfindet, bleibt die Membranmasse so gering, daß die auf
sie wirkenden Kräfte des
Druckbetriebs ihre Lage nicht wesentlich beeinflussen.
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Die
Lage der Membran 10a ist hinsichtlich der Lage ihrer Hauptträgheitsachse 10b vorteilhaft (2A, 2B, 3A, 3B).
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Für die Funktionssicherheit
beim Transportieren des Tintendruckers in Flugzeugen, um eine Leckage
von Tinte 7 zu vermeiden, wenn durch die Verringerung des
Außendrucks
die Luft in der Druckmeßkammer 8b um
bis zum 30 % expandieren kann und die verdrängte Tintenmenge von der Kapillarspeicherkammer 6 aufgenommen
werden muß,
ist eine Gestaltung getroffen, wonach etwa 10 – 20 % des Gesamtvolumens 8d der
Flüssigkammer 8 als Vorratsraum
für die
Tinte 7 sowie als Raum für die Druckmessung 8c vorgegeben
sind.
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Für den Fall,
in dem ein Auslaufen der Tinte 7 bei Lagerung und Transport
des Tintenkapillarspeichers 3 außerhalb des Tintendruckers
vermieden wird, ist der Anschluß 12 verschlossen.
Der Verschluß kann
durch ein Siegel oder einen Gummistopfen gebildet sein. Bei Inbetriebnahme
des Tintendruckers werden Siegel oder Gummistopfen entfernt.
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- 1
- Tintendruckkopf
- 2
- Schlitten
- 3
- Tintenkapillarspeicher
- 4
- stationärer Tintenbehälter
- 5
- Tintenspeicher
- 6
- Kapillarspeicherkammer
- 6a
- Decke
- 7
- Tinte
- 7a
- Tintenspiegel
- 8
- Flüssigkammer
- 8a
- Außenwand
- 8b
- Druckmeßkammer
- 8c
- Raum
für Druckmessung
- 8d
- Gesamtvolumen
der Flüssigkammer
- 8e
- Flüssiganteil
- 8f
- luftabgeschl.
Bereich
- 9
- Bewegungsrichtung
des Schlittens
- 10
- Druckmeßmittel
- 10a
- Membran
- 10b
- Hauptträgheitsachse
- 11
- Belüftungsloch
- 12
- Anschluß für Tintenzufuhr
- 13
- Abstand
zur Decke
- 14
- Verbindungsleitung
- 15
- nach
außen
mündende Öffnung
- 16
- Flüssigverbindung
- 17
- Kanalöffnung