DE2254896A1

DE2254896A1 - Mehrfachverschluss mit belueftung fuer akkumulator-fuelloeffnungen

Info

Publication number: DE2254896A1
Application number: DE2254896A
Authority: DE
Inventors: Roy Erving Hennen
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1972-03-20
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1973-10-04
Also published as: GB1372828A; IT973152B; AU4736872A; AU468477B2; CH549872A; YU23273A; ES412833A1; BE793610A; ZA727115B; YU34824B; FR2176672B1; AR194278A1; FR2176672A1; BR7208022D0; CH1842172A4; JPS496419A; CA982217A; DE2254896C2

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phii. Gerhard Henkel Dr, rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D-757 Baden-Baden Balg D i ρ I. -1 η g. R a I f M. Kern

!Α² Dr. rer. nat. Lothar Feiler

Telagr.-Adr.:Eillpsok)Bad»o-eaden _ D-8 München 90

Eduarasdunld-Str. 2 -j Tel.: (0811) 663197

Globe-Union Inc.
Milwaukee, VJisc, V.St.A.

L j 910V. 1972

Unier Zolchen:

Mehrfachverschluss mit Belüftung für Akkumulator-Püllöffnungen

Die Erfindung betrifft eine Verschlussanordnung mit Belüftung für die Füllöffnungen von Sammlern bzw. Akkumulatoren und bezieht sich insbesondere auf einen Verschluss dieser Art., mit dem eine besonders gute Entlüftung der in den Zeilen entwickelten Gase gewährleistet ist, so dass die Explosionsgefahr vermindert, dabei jedoch gleichzeitig ein Klektrolytverlust vermieden wird.

Das Befüllen von Akkumulatorzellen mit Masser bei der Herstellung eines entsprechenden Elektrolyten und zur Verhinderung einer Gasansammlung beim Laden und Entladen des Akkumulators stellte in der Akkumulatorindustrie stets ein Problem dar₀ Als Verschlüsse für die einzelnen Zellen werden heute üblicherweise gekoppelte Mehrfachverschlussanordnungen verwendet^ die bis zu einem gewissen Grad einen schnellen Zugang zu den Zellen eines Akkumulators und eine Entlüftung der Zellen ermöglichen. Beispielsweise ist in der US-PS J 597 28,0 ein Mehrfachverschluss beschrieben, welcher den Elektrolyten zurückhält, der sich aus im Verschluss kondensierten Dämpfen bildet, und eine Auslaufsicherheit gewährleistet, wenn der Akkumulator wesentlich aus einer waagerechten Lage geneigt wird. In der US-PS j5 369

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sind erhabene Bodenabschnitte für eine Mehrfachverschlussanordnung beschrieben, um entweichende¹/Elektrolyten zurückfliessen zu lassen, während in den US-PSen 3 265 538 und 3 284 eine offene Schlitzentlüftung für einen Mehrfachverschluss offenbart ist.

Derzeit ist kein Mehrfachverschluss für Akkumulatoren verfügbar, der ein maximales Entweichen von Gasen zur Aussenluft zur Verringerung möglicher Explosionsgefahren und gleichzeitig ein zwangsläufiges Zurückhalten des Elektrolyten für den Fall gewährleistet, dass der Akkumulator nicht in waagerechter Lage gehalten wird. Ausserdem ist auch kein gekoppelter Entlüftungs» Verschluss für Akkumulatorzellen-Einfüllöffnungen verfügbar, bei dem ein zwangsläufiges Zurückfliessen des Elektrolyten gewährleistet wird, selbst wenn im Verschluss nur eine sehr kleine Elektrolytmenge vorhanden ist.

Der Erfindung liegt mithin in erster Linie die Aufgabe zugrunde, einen belüfteten Mehrfachverschluss für einen Akkumulator zu schaffen, der eine maximale Entlüftung von aus den Zellen entweichenden Gasen ermöglicht und dabei die Explosionsgefahr vermindert und dabei in konstruktiver Hinsicht so ausgelegt ist, dass ein Auslaufen unmöglich und vollständiger Rückfluss des Elektrolyten gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird unter Ausschaltung der den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile durch einen Mehrfachverschluss für Akkumulatoren gelöst, bei dem ein poröser Filter in einem Hohlkörper und neben einer offenen Kammer angeordnet ist, um Gasansammlungen zu verhindern und Zellengase nach ihrem Entweichen aus dem Akkumulator zu beseitigen. In einem die Entlüftungs- oder Verschlussanordnung bildenden Hohlkörper sind mehrere Trennwände vorgesehen, welche zwar die Gase zum porösen Filter strömen lassen, dabei aber einen Elektrolytstrom

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zurückhalten. Der Boden des Hohlkörpers ist vorzugsweise giebelförmig ausgebildet, wobei an den Zellenfüll- oder -entlüftungsöffnungen angeordnete rohrförmige Glieder unter einem Winkel geneigt sind, um ein maximales Zurückfliessen des entwichenen Elektrolyten zu gewährleisten. Neben der Überwindung der oben aufgeführten Schwierigkeiten bei herkömmlichen Mehrfachverschlüssen der hier beschriebenen Gattung ergibt sich für den erfindungsgemässen Verschluss noch der besondere Vorteil der- einfachen und billigen Herstellbarkeit.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines belüfteten Mehrfachverschlusses nach der Erfindung mit zur Veranschaulichung des Innenaufbaus weggebrochenen Teilen,

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Verschluss bei abgenommenem Deckel,

Fig. 5 eine bodenseitige Aufsicht auf den den porösen Filter enthaltenden Deckel,

Fig. 4 einen lotrechten Schnitt durch den auf einen typischen Akkumulatordeckel aufgesetzten Mehrfachverschluss,

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Unterseite des Mehrfachverschlusses,

Fig. 6 einen lotrechten Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. k und

Fig. 7 eine in vergrössertem Maßstab und im lotrechten Schnitt gehaltene Teilansicht eines der rohrförmigen Entlüftungsverschlüsse bzw. -stopfen zur Veranschaulichung des'neuartigen Rückfliessmerkmals.

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Der allgemein mit 10 bezeichnete Mehrfachverschluss besteht aus einem Hohlkörper 11 in Form eines Unterteils 12 mit umfangsmässig hochragenden Seitenwänden IJ und eines Deckels 15. Der Unterteil 12 weist vier hochragende Wandteile 14 in Form eines rechteckigen Rahmens I9 auf, der einen aus Keramikmaterial bestehenden porösen Diffusor bzw. Verteiler 23 umgibt und geringfügig über letzteren hinausragt, um später angeschmolzen und über die angrenzenden Diffusorkanten herabgedrückt werden zu können. Ausserdem sind im Unterteil 12 eine hochragende und im wesentlichen geradlinige Trenn- oder Leitwand 16 sowie halbkreisförmige SchUrzen-Leltwände 17 vorgesehen. Die Schürzen-Leitwände 17 umschliessen jeweils teilweise eine von drei Zellen-Entlüftungsöffnungen I8a, I8b und I8c.

Gemäss Fig. 2 bildet der Rahmen I9 zwischen den beiden Füllöffnungen l8a und l8b eine rechteckige Kammer 20 mit einer rechteckigen, umlaufenden Auflagefläche 21 für den Diffusor 23. Diese Auflage umgibt einen den Boden 22 des Unterteils 12 und die untere Unterteil-Wand 3I durchsetzenden rechteckigen Schlitz 26, der bei der Endmontage vom porösen Keramik-Diffusor 23 verdeckt wird, der seinerseits gemäss Fig. 1 und 4 grössere Abmessungen besitzt als der Schlitz 26. Die bevorzugte Breite des Schlitzes 26 beträgt etwa 0,5 mm, kann jedoch auch auf etwa 0,25 mm verkleinert oder auf etwa 0,75 mm vergrössert werden, sofern die angegebene Porengrösse für den Diffusor 23 verwendet wird.

Gemäss Fig. 1 Ist der Boden 22 im Unterteil 12 giebelartig geneigt, wobei sich die Zellen-Entlüftungsöffnungen 18a - l8c an der tiefsten Stelle der Giebelform und die Wandteile 14 sowie die Leitwand 16 an der höchsten Stelle derselben befinden. Ersichtlicherwelse befindet sich auch der poröse Keramik-Diffusor 23 an einer erhöhten Stelle des Bodens 22. Aus später in Verbindung mit der Arbeitsweise noch zu erläuternden Grün-

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den -werden die neben dem Diffusor 23 befindliehen Wandteile später über letzteren herumgestaucht, wobei sie ein kurzes Stück von der Oberkante der Seitenwände 13 des Unterteils 12 entfernt enden. Infolgedessen wird ein Zwischenraum zwischen der Innenwand des Deckels 15, den Wandteilen 14 und der Oberseite des Diffusors 23 festgelegt. Die zwischen den Entlüftungsöffnungen l8b und 18c befindliche Leitwand 16 ist mittig mit einer U-förmigen Aussparung 27 versehen.

Gemäss Fig. 3 erstrecken sich zwei Paare von auf Abstand stehenden, geradlinigen Trenn- oder Leitwänden 28 quer über die Innenwand 15a des Deckels I5, während vier Paare von kürzeren, geradlinigen Leitwänden 29 von den Innenwänden 15b des Deckels 15 nahe der Enden der Leitwände 28 abgehen und Durchgänge 30 festlegen. Die Leitwände 28 und 29 sind in solchen Abständen angeordnet, dass sie zwischen die Leitwände 16 und I7 sowie die Wandteile 14 des Unterteils 12 zu liegen kommen.

In Fig. 4 ist der belüftete Mehrfachverschluss in Betriebsstellung an einem bei 33 angedeuteten, mit den üblichen Füllöffnungen 34 versehenen Akkumulatordeckel angeordnet. Vom Boden des Unterteils 12 stehen Entlüftungs-Stopfenteile 35 ab, die in Dichtungsberührung mit den Wänden der Füllöffnungen 34 stehen. Vom Boden 22 des Unterteils 12 stehen ausserdem sich verjüngende Bodenteile 37 ab, die in rohrförmigen Gliedern 38 auslaufen. Der Diffusor 23 ruht über einem unteren Boden bzw. der Unterteil-Wand 31 auf der Auflagefläche 21 und legt dabei unter sich und neben dem rechteckigen Schlitz 26 eine zweite Kammer 36 fest. Gemäss Fig. 7 verlaufen die die Zellen-Entlüftungsöffnungen l8a bis 18c bildenden rohrförmigen Glieder unter einem Neigungswinkel und laufen effektiv in einer bei 39 angedeuteten Spitze aus.

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Ein besseres Verständnis des Mehrfachverschlusses 10 ergibt sich aus der folgenden Beschreibung seiner Arbeitsweise. Deckel 15 und Unterteil 12 werden auf übliche Weise aus einem polymeren Material, wie thermoplastischem Polypropylen, unter Ausbildung der verschiedenen Trenn- und Leitwände 14, 16 und I7, der Entlüftungsöffnungen I8a bis l8c, der Stopfenteile 35 und der rohrförmigen Glieder 38 sowie der Leitwände 28 und 29 im Deckel 15 gegossen. Danach wird der poröse Diffusor 23 zwischen die Wandteile 14 und den Rahmen I9 (Fig. 1) eingesetzt, worauf die Wandteile 14 mittels einer erhitzten Platte bis auf die Höhe des Keramikkörpers herab angeschmolzen werden. Der geschmolzene Kunststoff wird dabei unter Herstellung einer Abdichtung in das poröse Keramikmaterial hineingedrängt. Hierauf wird der Deckel 15 auf beliebige Weise, beispielsweise durch Ultraschallschweissung, unter Herstellung einer luftdichten Abdichtung und einer belüfteten Verschlussanordnung mit dem Hohlkörper 11 am Unterteil 12 angeschweisst. Wenn der Verschluss 10 auf einen Akkumulator-Deckel 33 aufgesetzt ist und die Stopfenteile 35 an den Füllöffnungen 3^ angreifen, wird jeglicher Elektrolyt, der entweder durch Kondensation im Inneren des Hohlkörpers 11 oder durch Kippen des Akkumulators entweicht, von den Leitwänden 16, 17, 28 und 29 aufgefangen und sodann über den schrägen Boden 22 des Unterteils 12, die sich verjüngenden Bodenteile und die rohrförmigen Glieder 38 in die Füllöffnung 34 zurückgeführt. Dabei wird wegen der spitzenförmigen Endwände 39 der rohrförmigen Glieder 38, die jegliche Brückenbildung des Elektrolyten über die rohrförmigen Glieder durch Herabsetzung seiner Kapillarwirkung und Oberflächenspannung an der rohrförmigen Wandfläche verhindern, auch die kleinste Elektrolytmenge in die Füllöffnungen 34 zurückgeführt. Die sich normalerweise beim Laden und Entladen bildenden Zellen-Entlüftungsgase können schliesslich über den rechteckigen Schlitz 26 entweichen. Hierbei wird jedoch ein Indirekter Entlüftungsdurchgang festgelegt, um zu verhindern, dass etwa im Verschluss eingeschlossener

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Elektrolyt mit dem porösen Diffusor 23 in Berührung gelangt. Die aus den Zellen entweichenden Gase strömen um die Enden der Schürzen-Leitwände I7 herum und zwischen den durch die Leitwände 16, 28 und 29 festgelegten Querzwischenräumen hindurch. Etwas Zwischenraum ist auch zwischen dem Boden 22 des Unterteils 12 und den Leitwänden 28 vorhanden, wie dies speziell in Pig. 4 durch den mit 45 bezeichneten Durchgang angedeutet ist. Die in der Leitwand 16 zwischen den Entlüftungsöffnungen l8b und 18c ausgebildete U-förmige Aussparung 27 ermöglicht einen zusätzlichen Durchstrom der aus den Zellen entweichenden Gase. Es ist jedoch zu beachten, dass in den anderen geradlinigen Leitwänden 28 keine derartigen mittigen Aussparungen vorgesehen sind. Wenn der Deckel 15 auf den porösen Diffusor 23 aufgesetzt ist, wird zwischen diesem und dem Deckel 15 ein kleiner, bei 47 angedeuteter Zwischenraum festgelegt, über welchen das Gas durch den Diffusor 23, die Kammer 36 und schliesslich aus dem Schlitz 26 ausströmen kann. Auf diese Weise werden alle aus den Zellen entweichenden Gase vor ihrer Entlüftung zur Aussenseite des Verschlusses 10 um die Enden der Leitwände I7 sowie um die Enden der Leitwände 28 und 29 herum und unter diesen hindurch geleitet, bevor sie über den Zwischenraum 47 mit der Oberseite des Diffusors 23 in Berührung gelangen.

Bei bereits durchgeführten Versuchen wurde ein Akkumulator stark aufgeladen. Wenn dann am Auslass-Schlitz 26 ein Funke induziert wurde, vermochte er keine Explosion herbeizuführen.

Der Hauptgrund hierfür liegt in der kombinierten Anwendung des Diffusors 23 und der darunter liegenden Kammer 36. Wenn die Gase in die Kammer 36 einströmen und schliesslich aus dem Schlitz 26 austreten, verursacht eine sie entzündende Flamme oder ein Funke wegen des kleinen Volumens der Kammer 36 nur eine harmlose Explosipn, d.h. Verpuffung in der Kammer 36. Die Kraft dieser Explosion reicht jedoch aus, kurzzeitig die Kraft

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der entweichenden Gase zu überwinden, so dass der Gasstrom unterbrochen und die Flamme gelöscht wird. Dies stellt effektiv ein Absperr- oder Rückschlagventil dar, das im Fall von Funken- oder Flammenbildung automatisch arbeitet. Es hat sich gezeigt, dass anstelle einer schlitzförmigen öffnung 26 eine runde, in der Mitte der Unterteil-Wand jjl angeordnete Bohrung vorgesehen werden kann, wobei sich der Boden bzw. die Wand ^l vollständig über die Unterseiten der Auflagefläche 21 erstrecken würde. Diese Ausführungsform wird jedoch nicht bevorzugt, da sich eine einzige Bohrung leicht verstopfen kann.

Ersichtlicherweise können unter tatsächlichen Betriebsbedingungen Schmutz und andere Fremdstoffe mit dem Diffusor 2^ in Berührung kommen. Diese Gefahr wird jedoch zum grössten Teil dadurch beseitigt, dass der Diffusor durch den Deckel I5 abgedeckt ist und sich die nach aussen führende öffnung an der Unterseite des Mehrfachverschlusses befindet.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein poröser Diffusor 23 in eine Kammer 20 eingesetzt. Der bevorzugte Werkstoff hierfür ist ein poröser Stein, wie er von jedem Hersteller von Keramikfiltern bei Angabe der Teilchengrösse, des Prozentsatzes an offenem Volumen (Poren) und der Grundstoffe bezogen werden kann. Ein bevorzugtes Material für die Herstellung des Diffusors ist Tonerde (Al₂O,) mit einem Glas-Bindemittel, wobei das Material 16 - I756 offenes Volumen (Poren) und eine Teilchengrösse im Bereich von 0,35 - 0*25 mm (45 - 60 U.S. sieve mesh) besitzt. Obgleich wegen seiner Brennbarkeit nicht' bevorzugt, kann gewünschtenfalls mikroporöses Polyäthylen anstelle des bevorzugten Diffusorwerkstoffs verwendet werden. Unterteil 12 und Deckel 15 nebst allen zugeordneten Trenn- oder Leitwänden, Wandteilen und rohrförmigen Abschnitten werden aus einem Polypropylen hergestellt. Diese Teile können aber aus jedem beliebigen Material gefertigt werden, das gegenüber der Akkumulatorsäure chemisch

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inert ist und ausreichende Elastizität besitzt^ so dass die Entlüftungsstopfen beim Einbau leicht deformiert werden können, um einen Ausgleich für Fertigungstoleranzen in Lage und Form der Füllöffnungen Jk zu schaffen. Hierbei können thermoplastische polymere Materialien, wie Olefinpolymere, einschliesslich Polyäthylen, Mischpolymere von Propylen und Äthylen sowie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) verwendet werden^, da sie sich nach herkömmlichen Verfahren, wie durch Spritzguss, ohne weiteres mit hoher Produktionsleistung verformen lassen_o Zur Erzielung gewünschter Färbung können dem Kunststoff vor dem Giessen bzw. Formen verschiedene Pigmente untergemischt werden_o

Mit der Erfindung wurde ein belüfteter Mehrfachverschluss für einen Sammler bzw. Akkumulator geschaffen,, der einen hohen Entlüftungsgrad der Sammler~Zellen gewährleistet und gleichzeitig den Elektrolyten zwangsläufig zurückhält und zurückfHessen lässt. Dieser Verschluss lässt sich Z₀B₀ durch Giessen einfach aus leicht erhältlichen Werkstoffen herstellen und stellt eine Verteilung der Gase sieher, bevor sie zur Aussenseite des Verschlusses abgeführt werden. Der Diffusor ist so angeordnet, dass seine Funktion durch Fremdstoffe nicht beeinträchtigt wird; ausserdem ist er zur Verhinderung eines Eingriffs oder eines Ausbaus gekapselt, wobei eine zusätzliche Kammer ein weiteres Sicherheitsmerkmal darstellt.

Mit Fertigstellung der Erfindung steht mithin ein gekoppelter, belüfteter Verschluss für die Füllöffnungen von Akkumulatoren zur Verfügung, der eine Anzahl von Leitwänden zum Zurückhalten des Elektrolyten bei gleichzeitiger Ermöglichung eines Entweichens von in den Zellen entwickelten Gasen durch einen porösen Filter aufweist, der in einer ersten Kammer angeordnet ist, welche unmittelbar an eine zweite, neben dem Gasauslass befindliche Kammer angrenzt. Die Böden im Unterteil des Verschlusses

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sind geneigt bzw. giebelartig ausgebildet, um einen maximalen Rückfluss des Elektrolyten zu ermöglichen, und rohrförmige, in einer spitz zulaufenden Wand endende und über der üblichen Zellen-Entlüftungs- oder -Füllöffnung des Akkumulators angeordnete Durchlässe gewährleisten einen wirksamen Rückfluss des Elektrolyten, Die ganze Verschlussanordnung ist vollständig gekapselt, so dass ein maximales Entlüften der Gase durch den Filter und gleichzeitig Eingriffsicherheit gewährleistet ist.

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Claims

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Globe-Union Inc.
Milwaukee, Wise, V.St.A.

P at ent ans prüc he

Belüfteter Mehrfachverschluss für die Entlüftungs- bzw. Füllöffnungen von Akkumulatoren, gekennzeich.net durch einen aus einem Unterteil (12), Umfangswänden (15) und einem Deckel (15) bestehenden Hohlkörper (11), mehrere vom Unterteil (12) abstehende, an den Füllöffnungen (34) angreifende Stopfenteile (35) mit jeweils einer mit dem Hohlkörper (11) kommunizierenden öffnung, mehrere sich im wesentlichen quer über den Hohlkörper erstreckende Trennoder Leitwände (16, 17 usw.), eine im Hohlkörper (11) vorgesehene Kammer (20), welche sich über dessen Unterteil (12) öffnet und mit den öffnungen der Stopfenteile (55) kommuniziert, und einen porösen Diffusor (23), der in der Kammer (20) angeordnet ist und sich praktisch über deren Gesamtausdehnung erstreckt, wobei die Kammer und die Trenn- bzw. Leitwände so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie dem Austritt von flüssigem Elektrolyt aus den Entlüftungs- bzw. Füllöffnungen einen Widerstand entgegensetzen, ein Entweichen von Gasen aus den Akkumulatorzellen zu der den porösen Filter enthaltenden Kammer aber zulassen.
2. Verschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (20) und der poröse Diffusor (23) zwischen zwei öffnungen der Stopfenteile (35) angeordnet sind.

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3. Verschluss nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , dass der Filter bzw. Diffusor (23) aus einem porösen Keramikstein besteht.
4. Verschluss nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Unterteil (12) mit einem giebelartigen Boden (22) versehen ist, wobei die Stopfenteil-Öffnungen jeweils am tiefsten Punkt der Giebelform angeordnet sind.
5. Verschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stopfenteil-Öffnungen aus je einem rohrförmigen Teil (38) gestehen, dessen Endabschnitt (39) unter einem Winkel geneigt ist.
6. Verschluss nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass ein Auslass (Schlitz 26) von kleineren Abmessungen als der Diffusor (23) und eine zwischen Diffusor und Auslass angeordnete Kammer (36) vorgesehen sind,
7. Verschluss nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vom Unterteil (12) geradlinige und gekrümmte Leitwände (16, I7) und vom Deckel (15) geradlinige Leitwände (28, 29) abstehen, die ein kurzes Stück vom Unterteil entfernt enden und dazwischen einen Durchgang festlegen.
8. Verschluss nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (20) vier Wandteile (14) aufweist, die an der Oberseite des Diffusors (23) angreifen und den porösen Filter in die Anordnung eindichten.

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9. Verschluss nach Anspruch h_s dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinigen Leitwände an den Spitzen bzw«, höchsten Stellen der Giebelform angeordnet
sind.
10. Verschluss nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem polymer®n₉ thermo»
plastischen Material besteht«.

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