DE2626854A1 - - Google Patents
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Description
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Laube Kunststoffensterbau GmbH
Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten
Formteilen aus Reaktionsharz-Schaumstoffen,
insbesondere 1olyurethan-Schaumstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von glasfaserverstärkten Formteilen aus Reaktionsharz-Gehaumstoffen,
bei dem die gemischten Reaktionsharzochaumstoff-Komponenten aus einer Düse unter Druck ausgestoßen
werden und vor Beendigung der Topfzeit in eine Form gelangen.
Äs ist bekannt, bei der Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen
die Komponenten des Schaumstoffsystems einem Hochdruckmisehkopf zuzuführen, in dem diese Komponenten in sehr
kurzer Zeit intensiv miteinander vermischt und dann durch eine Düse in eine Form ausgestoßen werden. Dabei liegt die
Mischzeit innerhalb des Mischkopfes ganz beträchtlich unterhalb
der Topfzeit, so daß der Bläh- bzw. Steigvorgang erst innerhalb der Form einsetzt. Es ist infolgedessen auch üblich,
bei einem solchen Verfahren bzw. bei einer solchen Vorrichtung offene Formen zu benutzen, die nach Einfüllen
der Komponentenmischung vor Einsetzen des Blähvorganges
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geschlossen werden. Hit diesem Verfahren ist es möglich, -^-'
technisch ökonomische Weise Formteile aus i olyurethan amor.
serienmäßig herzustellen. Bei diesem Verfahren ist jed&or.
bisher immer angenommen worden, daß es unmöglich sei, mit ihm zusammen gleichzeitig Glasfaserhäcksel in die Mscnung
einzubringen und so eine relativ gleichmäßige Verteilung der Glasfaserhäcksel in dem Schaumstoff zu erreichen.
Das Bestreben, auch lolyurethanschäume durch Glasfasern zu
verstärken, ist jedoch seit langem vorhanden. So ist mit mehr oder weniger Erfolg bereits versucht worden, Formteile
unter Einbeziehung von Glasfasern in Form von Glasfasermatten aus Polyurethan herzustellen. Dabei war es durcriaus möglich,
in eine Form eine Glasmatte einzuspannen und diese Form
dann von Hand in senkrechter Richtung zur Ausdehnung der Glasmatte mit einer i-olyurethan-ochaumstoffmischung zu füllen.
Wenn dann die oteigwege während des Blähvorganges nicht zu groß waren, wurden durchaus brauchbare Formteile erhalten,
die durch Glasmatten verstärkt waren. Dieses Verfanren besaß jedoch insbesondere, wenn man es mechanisch und serienmäßig
nutzen wollte, seine erheblichen Nachteile. Sobald nämlich die Steigwege zu lang waren und such dann noch ggfs. nicht
senkrecht zur Glasmattenausrichtung verliefen, wurden die Formen beim Blähvorgang nicht mehr vollständig gefüllt, da
die Grlasmatten einen zu großen Widerstand boten. Bei nicht fest verspannten Glasmatten ergab sich dabei der Kachteil,
daß diese beim Blähvorgang verschoben wurden und somit Inhomogenitäten in Bezug auf die Glasfaserverteilung auftraten.
Zur Behebung dieser Nachteile ist versucht worden, Glasmatten in geschlossenen Formen zu verspannen und die iolyurethaniichaumstoffmischung
zwischen die Glasmatten zu injizieren. Dieses ist jedoch ein aufwendiges Verfahren und nicht für
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alle Arten von Formteilen zu verwenden. Außerdem bestand dabei
weiterhin die Gefahr, daß bei nicht fest verspannten Glasfasermatten Inhomogenitäten während des Blähvorganges
auftraten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von mit Glasfaserhäckseln
verstärkten Formteilen aus Reaktionsharz-Schaumstoffen, insbesondere
i^olyurethan-üchaumstoffen zu schaffen, bei dem die
Jlasfaserverteilung im fertigen Formteil relativ gleichmäßig
ist. Die Herstellung von solchen Formteilen, die durch Glasfaserhäcksel verstärkt sind, ist außerordentlich rationell
und sehr gut für Serienfertigungen geeignet, da das Spannen von Ilasfasermatten und ein kompliziertes injizieren der
Schaumstoff-Komponentenmisehung entfällt.
aufgäbe wird ausgehend von dem eingangs beschriebenen
-/erfahren dadurch gelöst, daß die Mischung der Komponenten aus der Düse in einem flachen Strahl ausgestoßen wird und
zumindest auf eine Breitseite des flachen Strahls Glasfaserhäcksel aufgebracht werden.
Die Glasfaserhäcksel lagern sich dabei mehr oder weniger im Bereich der Oberflächen des flachen Strahles auf diesem ab
und werden dann beim Auftreffen des Strahls in der Form weiter mit der Mischung vermischt, so daß sich eine intensive
benetzung der Glasfasern und eine gleichmäßige Verteilung in der Mschung ergibt. Aufgrund der guten Benetzung und der
gleichmäßigen Verteilung der Glasfaserhäcksel in der Mischung wird diese α-ieichmäßige Verteilung auch beim anschließenden
Bläh- bzw. Steigvorgang aufrechterhalten. Dies ermöglicht eine schnelle und rationelle Herstellung von glasfaserver-
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stärkten Formteilen, wobei sowohl mit während des Einfüllens
offenen Formen, die nach dem Einfüllen vor Eeginn des Steigvorganges geschlossen werden, als auch mit ursprünglich bereits
geschlossenen Formen gearbeitet werden kann, in die die Komponentenmischung samt Zugabe der Glasfasern durch eine öffnung
eingebracht werden können. Beides ermöglicht naturgemäß ein äußerst rationelles Herstellen von glasfaserverstärkten
Reaktionsharz-Schaumstoff-Formteilen, da das Einlegen bzw. sogar Spannen von Glasfasermatten und die dabei auftretenden
Schwierigkeiten entfallen.
Obgleich für dieses Verfahren die verschiedensten Reaktionsharze verwendet werden können, ergibt sich ein besonders
vorteilhaftes Produkt, wenn das Reaktionsharz iolyurethan
ist. Dieses ergibt sich schon aus den bekannten Vorteilen von Polyurethan-Schaumstoff, die sich aus dessen Leichtgewichtigkeit,
schwerer Entflammbarkeit, Druck-, Zug- und Biegefestigkeit und dgl. ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle Arten
von Reaktionsharz-Schaumstoffen geeignet. Als besonders
günstig hat es sich jedoch erwiesen, wenn in an sich bekannter Weise die Steigwege in der Form und die Steigfähigkeit
des Schaumsystems dergestalt aufeinander abgestimmt werden, daß ein Integralschaum gebildet wird. Bei einen; solchen Integralschaum
sind naturbedingt die Steigwege geringer als bei einem frei geschäumten Schaumstoff. Diese Verringerung der
Steigwege bewirkt eine noch gleichmäßigere Verteilung der Glasfaserhäcksel in dem fertigen Formteil. Hei der Herstellung
von Formteilen aus solchen Integralschäumen haben sich besonders gute Ergebnisse gezeigt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, insbesondere
bei Verwendung von Polyurethan, besteht darin, daß ein Schaumsystem gewählt wird, das bei freier Aufschäumung
ein Raumgewicht zwischen 100-400 kg/m3 ergibt. Auch die Wahl derart relativ hoher Raumgewichte bedeutet mit anderen Worten
relativ kurze Steigwege, was sich günstig in bezug auf die Glasfaserverteilung und insbesondere auch auf die Höhe der möglichen
Glasanteile auswirkt. So gestatten derartige Raumgewichte beispielsweise einen Glasfaseranteil in dem Schaumstoff
von bis zu 30 Gewichtsprozenten.
Grundsätzlich kann die Länge der Glasfaserhäcksel auch in sehr
breiten Bereichen variieren und auch in unterschiedlichen Längen gleichzeitig dem Gemisch zugegeben werden. Bei Versuchen hat sich
herausgestellt, daß eine solche Länge von weniger als 35 mm noch zu guten Verteilungen und Benetzungen führt und daß eine
Länge von 6 mm unter den meisten Bedingungen die besten Ergebnisse gibt. Ebenso hat sich gezeigt, daß erwartungsgemäß auch
bei diesen Verfahren sich eine bessere Benetzung der Fasern ergibt, wenn die Glasfaserhäcksel in an sich bekannter Weise
mit Kunstseidehäckseln vermischt sind.
Grundsätzlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Glasfaserhäcksel auf unterschiedlichste Weise in den
Strahl zu bringen. So können beispielsweise die Glasfaserhäcksel aus einem Vorratsbehälter a,uf den Strahl fallen. Sie
können auch durch andere Transporteinrichtungen gegen die Breitseiten des Strahls geschleudert werden. Besonders
rationell wird das Verfahren jedoch dadurch, daß die Glasfaserhäcksel in unmittelbarer Nähe der Düse aus einem Glasfaserroving
durch in an sich bekanntes Schnitzeln im sogenannten Oszillationsverfahren hergestellt und durch die beim Schnitzeln auf
die Glasfaserhäcksel ausgeübten Vorsefrubimpulse ge-
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gen den flachen Strahl bewegt werden. Dieses Verfahren ist nicht nur rationell in der Beziehung, daß die beim Zerschnitzeln
des Glasfaserrovings sowieso notwendige Vorschubgeschwindigkeit zum Aufbringen der G-lasfaserhäcksel ausgenutzt
wird, ein derartiges Aufbringen geschieht auch - wie allerdings auch bei anderen möglichen Verfahren - ohne einen zu
Transportzwecken vorhandenen Luftstrom, welcher leicht zu Klunkerbildungen innerhalb der Schaumstoffmischung führt.
Der Verhinderung solcher Klunkerbildungen, die unter ungünstigen Bedingungen auch durch von den Glasfaserhäckseln mitgerissene
Luft entstehen könnten, ist in zweckmäßiger Weise vorgesehen, daß die Glasfaserhäcksel unter einem flachen Winkel
gegen den Strahl bewegt werden. Ein solcher flacher Winkel würde auch einen entsprechenden flachen Winkel von mitströmender
Luft bedeuten, die infolgedessen nicht so leicht zu Lufteinschlüssen innerhalb des Strahls führen kann.
Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf bestimmte Schaumstoff
systeme und deren Eigenschaften beschränkt. Bei Versuchen mit Polyurethan haben sich jedoch beispielsweise sehr
gute Ergebnisse gezeigt, wenn das Verhältnis der Zeit vom Beginn des Mischens der Komponenten bis zum Aufbringen der
Glasfaserhäcksel auf den Strahl zur Topfzeit und zur oteigzeit im Bereich von 1 : 50 : 150 liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich nicht an
bestimmte Vorrichtungen gebunden. Als senr gut hierfür geeignet hat sich jedoch eine bekannte Vorrichtung mit einem
Hochdruck-Mischkopf erwiesen, dem die Komponenten nebst Additiven zugeführt werden und der eine Düse aufweist, aus der
die Mischung der Komponenten ausgestoßen wird, wenn diese Vorrichtung dadurch erweitert wird, daß die Γ-Lise einen facr.ei
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artigen, flachen Strahl erzeugt und daß an dem Mischkopf ein
an sich bekanntes, im Oszillationsverfahren arbeitendes 3chnitzelwerk befestigt ist und daß dieses ochnitzelwerk
zwei Au s stoß öffnung en für die erzeugten G-lasfaserhäcksel besitzt,
die die G-lasfaserhäcksel in ebenfalls fächerartigen, flachen Strahlen gegen die Breitseiten des flachen Komponentenstrahles
richten.
Um dabei eine gute flächenmäßige Ausdehnung des Komponentenstrahls
zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Düse die Form eines flachgedrückten Trichters aufweist
und in etwa senkrecht zu den Breitseiten dieses Trichters liegende und sich in Strahlrichtung erstreckende
Führungsbleche besitzt. Derartige Führungsbleche, die beispielsweise in Richtung auf die Randbereiche auch konkav
ausgebildet sein können, wirken sich vorteilhaft auf die fächerartige Ausbildung des flachen Komponentenstrahls aus.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen in einem schematischen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung näher
erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 in schematischer Weise die Seitenansicht eines Mischkopfes zur Herstellung eines Polyurethan-Schaumstoffes
und
Fig. 2 in schematischer Weise eine um 90 in Bezug auf Fig. 1 gedrehte Seitenansicht.
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In den Zeichnungen bezeichnet 1 einen bekannten Mischkopf, in
dem im Hochdruckverfahren die Komponenten A und B zur Herstellung eines Polyurethan-Schaumstoffes gemischt werden. A besteht
dabei aus Polyol nebst Additiven, die beispielsweise Katalysatoren, Blähmittel, Stabilisatoren und evtl. Flammenverhütungsmittel
umfassen, während die Komponente B als Vernetzer Isocyanat nebst Additiven enthält. Wenn diese Komponenten
A und B in einem bestimmten Gewichtsverhältnis miteinander gemischt werden, entsteht ein Schaumstoff, der anschließend
erstarrt. Diese Komponenten A und B werden dem Mischkopf 1 zugeführt, in diesem unter Hochdruck in sehr kurzer
Zeit, die beispielsweise unterhalb einer Sekunde liegt, miteinander vermischt, woraufhin dann diese Mischung auf der
die Form eines flachgedrückten Trichters besitzenden Düse 2
in Form eines flachen, fächerartigen Strahls 3 ausgestoßen wird. Damit dieser Strahl 3 flach und fächerartig bleibt,
sind Leitbleche 4 vorgesehen, die in etwa senkrecht zu den Breitseiten dieses flachgedrückten Trichters verlaufen und
sich in Richtung des Strahls 3 erstrecken. Diese Leitbleche können dabei über den Bereich der Düse 2 hinausragen.
An dem Mischkopf 1 ist ein Schnitzelwerk 5 befestigt, dem von
einer Spule 6 ein Glasfaser-Roving 7 zugeführt wird. Dieser wird innerhalb des Schnitzelwerkes 5 im bekannten üszillationsverfahren
zu Glasfaserhäckseln verarbeitet, die aufgrund der Vorschubgeschwindigkeit beim Schnitzeln des Glasfaser-Rovings
7 und somit auch der entstehenden Häcksel über Ausstoßöffnungen 8 unter einem flachen Winkel gegen den Strahl 3
gestoßen werden. Die Ausstoßöffnun^en 8 bzw. die Zuleitungen sind dabei so ausgebildet, daß die Glasfaserhäcksel ebenfalls
in Form fächerartiger, flacher Strahlen gegen die Breitseiten des Strahles 3 gerichtet sind. Dabei ist dafür Sorge getra-
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gen, daß die Glasfaserhäcksel möglichst gleichmäßig auf die Breitseiten des Strahles 3 auftreffen. Bei diesem Auftreffen
findet bereits eine gewisse Benetzung der Glasfaserhäcksel statt, die beim Auftreffen des Strahles 3 in der Form vervollständigt
wird.
Als Sennitζelwerk 5 ist bei durchgeführten Versuchen ein solches
der Firma J. Coudenhove-Kunststoffe-Maschinen-Gesellschaft
mbH, Lang Enzersdorf, Österreich, verwendet worden, das bisher - auch in Deutschland - vornehmlich zur Herstellung
von glasfaserverstärktem Beton eingesetzt wurde. Ein solches Schnitzelwerk zerhackte die Rovings 7 und transportierte
die Glasfaserhäcksel ohne Luft als Transportmittel gegen den Strahl 3.
Als Mischkopf wurde bei den durchgeführten Versuchen der bekannte Hochdruck-Mischkopf, der von der Elastogran-Polyurethan-Gruppe
der BASF propagiert wird, verwendet.
Bei den durchgeführten Versuchen wurden mehrere Schaumsysteme und mehrere Glasanteilprozente getestet. Ein verwendetes
Schaumsystem war dabei das TAG-Duromer-Schaumsystem RMS 103/2
der BASF. Dieses besaß eine Topfzeit von 50 s, eine Steigzeit von 150 s und ein Raumgewicht bei Freischäumung von
200 kg/m . Der Glasfaseranteil betrug dabei 20 Gewichtsprozente.
Dieses System gab durchaus eine zufriedenstellende Glasfaserverteilung auch bei frei'er Verschäumung. Die Qualität
wurde jedoch umso besser, je geringer die Schäumwege, d. h. je größer das Raumgewicht des fertigen Produktes wurde.
Aber auch Versuche mit anderen Systemen oder abgewandelten Systemen mit anderen Raumgewichten und Topfzeiten führten zu
guten Ergebnissen. Im Grunde war lediglich wesentlich, daß
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die Topfzeit größer war als die ^eit vom Beginn des hischens
bis zum Auftreffen des mit Glasfasern beaufschlagten ütrahls in der form. Die Versuche ergaben, daß bei frei geschäumt gemessenen
Raumgewichten von 100 bis 400 kg/m" sich eine sehr gute gleichmäßige Verteilung der Glasfasern einstellte.
Je größer die Steigwege (je kleiner das üaumgewicht;waren,
desto weniger Glas konnte verarbeitet werden. Dabei bezog sich dieses Raumgewicht nicht auf das frei geschäumte, sondern
auf das tatsächliche Raumgewicht des fertigen Produktes. Dj_es
bedeutet, daß auch frei geschäumt betrachtet, größere Raumgewichte zu besseren Glasfaserverteilungen führten, daß aber
andererseits auch durch den Druck der Form bewirkte kurze Steigwege - die bei Herstellung von Integralschäumen naturgemäß
immer kleiner sind als bei frei geschäumten Schaumstoffen - zu einer besseren Glasfaserverteilung führten. Bei
großen Steigwegen konnte infolgedessen - eine gute gleichmäßige Glasfaserverteilung vorausgesetzt - am wenigsten Glas
zugesetzt werden. Je größer das Raumgewicht, nicht nur frei geschäumt gesehen, sondern des tatsächlichen Formte ils war,
desto mehr Glas konnte zugesetzt werden. Festgestellt wurde im übrigen aber, daß bei langen Topfzeiten, die in der Regel
auch mit langen Steigzeiten einhergehen, der Glasfaseranteil vergrößert werden konnte und trotzdem eine gleichmäßige Glasfaserverteilung
erreicht wurde. Dies beruht einerseits vermutlich darauf, daß bei nicht zu großen Strahlgeschwindigkeiten
des Strahles 3 relativ viel Glasfaserhäcksel zur intensiven Benetzung und Mischung gebracht werden können, und daß andererseits
bei langen Steigzeiten die Gefahr einer Entmischung des reinen Schaums von den Glasfasern geringer wird.
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Grundsätzlich hat sich aber bei den Versuchen gezeigt, daß da;
erfindungsgemäße '/erfahren nicht nur für Integralschäume, sondern
für alle Arten von Reaktionsschäumen vorteilhaft und rationell anwendbar ist.
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Claims (13)
- 2628854Schutzansprüchej 1.j Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Form-W teilen aus Reaktionsharz-Schaumstoffen, bei dem die gemischten Reaktionsharz-Schaumstoff-Komponenten aus einer Düse unter Druck ausgestoßen werden und vor Beendigung der Topfzeit in eine Form gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Komponenten (A,B) aus der Düse (2) in einem flachen Strahl (3) ausgestoßen wird und zumindest auf eine Breitseite des flachen Strahls (3) Glasfaserhäcksel aufgebracht werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsharz Polyurethan ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Steigwege in der Form und die Steigfähigkeit des Schaumsystems dergestalt aufeinander abgestimmt werden, daß ein Integralschaum gebildet wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaumsystem gewählt wird, das bei freier Aufschäumung ein Raumgewicht zwischen 100 400 kg/m3 ergibt.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Glasfaserhäcksel weniger als 35 mm, vorzugsweise 6 mm beträgt.- 13 -709881/02222628854
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Glasfaserhäcksel unterschiedlicher Länge auf den Strahl (3) aufgebracht werden.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserhäcksel in an sich bekannter Weise mit Kunstseidehäcksel vermischt sind.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserhäcksel in unmittelbarer Nähe der Düse (2) aus einem Glasfaser-Roving (7) durch an sich bekanntes Schnitzeln im sogenannten Oszillationsverfahren hergestellt und durch die beim Schnitzeln auf die Glasfaserhäcksel ausgeübten Vorschubimpulse gegen den flachen Strahl (3) bewegt werden.
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfaserhäcksel unter einem flachen Winkel gegen den Strahl (3) bewegt werden.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfaseranteil in dem Schaumstoff 30 Gewichtsprozente und weniger beträgt.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Zeit vom Beginn des Mischens der Komponenten (A,B) bis zum Aufbringen der Glasfaserhäcksel auf den Strahl (3) zur Topfzeit und zur Steigzeit im Bereich von 1 : 50 : 150 liegt.- 14 -709881/0222S 2628854- MT -
- 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem Hochdruck-Mischkopf, dem die Komponenten nebst Additiven zugeführt werden und der eine Düse aufweist, aus der die Mischung der Komponenten ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) einen flachen Strahl (3) erzeugt und daß an dem Mischkopf (1) ein an sich bekanntes, im Oszillationsverfahren arbeitendes Schnitzelwerk (5) befestigt ist und daß dieses Schnitzelwerk (5) zwei Ausstoßöffnungen (8) für die erzeugten Glasfaserhäcksel besitzt, die die Glasfaserhäcksel in ebenfalls gleichartigen, flachen Strahlen gegen die Breitseiten des flachen Komponenten-Strahles (3) richten.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) die Form eines flachgedrückten Trichters aufweist und in etwa senkrecht zu den Breitseiten dieses Trichters liegende und sich in Strahlrichtung (des Strahles 3) erstreckende Leitbleche "(4) besitzt.709881/0222
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