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Auf ein anderes Verfahren der eingangs angesprochenen Gattung nimmt
die DE-OS 25 22 062 Bezug.
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Dieses Verfahren besteht darin, daß die zu schäumende Kunststoffmasse
mittels eines Extruders kontinuierlich zwischen zumindest zwei umlaufende Kalibrierbänder
an deren Einlaufebene eingegeben und an deren Aus~ laufende als fertig geformtes
Produkt entnommen wird, wobei die Kalibrierbänder einen Hohlraum umschließen, der
als Formnest dient. Breite, Höhe und Form des durch die Kalibrierbänder umschlossenen
Formnestes sind maßgeblich abhängig vom Expansionsgrad der verarbeiteten Kunststoffmasse
sowie von der Größe des zur Verfügung stehenden Exlruders.
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Der Expansionsgrad der verarbeiteten Kunststoff masse kann als konstante
Größe angenommen werden insofern, als das Raumgewicht des erhaltenen Produktes maßgeblich
vom Expansionsgrad bestimmt wird. Es ist im allgemeinen vorgeschrieben. Der zu seiner
Erzielung erforderliche Expansionsgrad läßt sich daher nicht verändern.
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Auch die Größe des zur Anwendung gelangenden Extruders läßt sich
nicht ohne weiteres verändern. Einerseits stellt ein Extruder ein außerordentlich
kapitalintensives Investitionsgut dar, das nur bei langer Nutzungsdauer wirtschaftlich
zum Einsatz gebracht werden kann. Andererseits entsteht bei der Verarbeitung einer
Kunststoffmasse in einem Extruder in erheblichem Umfang Wärme. Diese muß abgeführt
werden, wenn eine Schädigung der Kunststoffmasse während ihrer Verarbeitung vermieden
werden soll. In großen Extrudern ergeben sich diesbezüglich erhebliche Schwierigkeiten.
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Sie werden zusätzlich vergrößert in Fällen, in denen besonders temperaturempfindliche
Polymerwerkstoffc verarbeitet werden sollen, wie beispielsweise ein Vorprodukt für
die Herstellung eines Schaumstoffes. Eine nennenswerte Modifizierung der erhaltenen
Platte hinsichtlich ihrer Eigenschaften ist auch in diesem Falle nicht möglich.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird demzufolge
darin gesehen, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Platte aus thermoplastischen
Schaumkunststoff zu zeigen, das einfach und betriebssicher ist und das die Erzeugung
einer Platte erlaubt, die eine die Dicke des extrudierten und expandierten Stranges
übersteigende Stärke aufweist, wobei die Platte in ihren Eigenschaften leicht modifizierbar
ist, beispielweise hinsichtlich der Luft- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, der
Zugfestigkeit, der Stauchhärte und der Biegeelastizität.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der Strang dem Spalt zwischen den Abzugsbändern
mitlig und parallel zur Bewegungsrichtung der Abzugsbänder zugeführt wird und daß
das Verhältnis aus der Zufülirgesehwindigkeit des Stranges und der Abzugsgc schwindigkeit
der Abzugsbänder auf einen Wert eingestellt wird, der mit dem Verhältnis aus dem
Abstand der Abzugsbänder und der Dicke des Stranges im wesentlichen übereinstimmt.
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Der bei dem vorgeschlagenen Verfahren kontinuierlich in die Einlauföffnung
der Abzugsbänder eingespeiste Strang aus Schaumkunststoff hat somit eine Dicke,
die geringer ist als der gegenseitige Abstand der Abzugsbänder und eine größere
Geschwindigkeit als diese.
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Er legt sich infolge fehlender anderweitiger Führung bereits nach
kurzer Zeit an eines der beiden Abzugsbinder an, wodurch seine Geschwindigkeit an
Vorderende auf diejenige des Abzugsbandes herabgesetzt wird. Ein Atifstauen des
noch plastisch forinbaren Sch~lumstolrlllalerials in Richtung der Düse ist hiervon
die Folge. Es verhindert eine Ablagerung des naehströmenden Schaumstoffmaterials
an gleicher Stelle und bewirkt dessen Ablenkung in Richtung des gegenüberliegenen
Abztigsbandes. Die Richtung wird beibehalten, bis das gegenüberliegende Abzugsband
erreicht ist. Sodann kommt es hier wiederum zu einem Aufstau von Sehaumstoffmaterial
in Richtung der Düse und zu einer Umkehrung der Ablagebewegung in Richtung des zuerst
berührten Abzugsbandes. Der Vorgang wiederholt sich stetig. Er ermöglicht die Hersteilung
einer Platte aus Schaulllkunststoff mit definiertem Raumgewicht und einer nahezu
beliebigen Dicke.
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Für den Vorgang ist es von Bedeutung, daß der zur Ablage gelangende
Strang aus Schaumkunststoff an einer seitlichen Ausweichbewegung während seiner
Ablage gehindert wird. Der Spalt zwischen den beiden Abzugsbänder kann aus diesem
Grunde seitlich begrenzt werden, und in Fällen. in denen mehrere seitlich nebeneinanderliegende
Stränge in den Spalt eingespeist werden, muß deren Abstand so bemessen sein, daß
sie einander in seitlicher Richtung abstützen, d. h. einander berühren. Die sich
selbsttätig ergebende Schwenkbewe gung zwischen den Abzugsbändern wird dadurch von
allen Strängen gemeinsam vollzogen. Die seitlichen Spaltbegrenzer können entbehrlich
sein, wenn mehrere frisch expandierte Stränge bereits während der Fältelung verklebt
sind und einander führen. Ein solche Verklebung läßt sich durch Wahl entsprechend
enger Abständc der Öffnungen in der Düse in Verbindung mit einer ausreichend hohen
Temperatur des Werkstoffes leicht erzielen.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren gelangt der Strang in einem stets
gleichbleibenden Abstand von der Düse zwischen den Abzugsbändern zur Ablage. Der
Abstand ist maßgeblich abhängig von der plastischen Formbarkeit des Stranges, d.
h. von der Art der Temperatur des verarbeiteten Werkstoffes. Beide Randbedingungen
lassen sich sehr exakt steuern. Das Verfahren läßt sich daher auch in größtem Maßstab
ohne weiteres realisieren. Es ermöglicht zugleich die kontinuierliche Herstellung
großformatiger Platten aus schwierig zu verschäumcnden Werkstoffen, wie beispielsweise
aus Polypropylen.
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Der Strang kann in einer oberflächlich verfestigten Form zu Ablage
gelangen, wodurch verhindert wird, daß mehrere nebeneinanderliegende Stränge oder
die aufeinanderfolgenden Windungen eines einzelnen Stranges untereinander verkleben.
Eine bessere Biegsamkeit sowie eine gute Fetichtigkeits- und Luftdurch lässigkeit
wird in diesem Falle erhalten, letzteres insbesonderc bei Verarbeitung von Werkstoffen,
die beim Venschäumen insbesondere zu einer geschlossenzelli gen Porenstruktur ihren,
wie beispielsweise Polystyrol, Polyethylen und/oder Polypropylen.
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Der Strang kann auch in klebriger Form zu Ablage gelangen. In diesem
Falle verkleben die aufeinanderfolgenden Windungen untereinander und mit den gegebeebenfalls
benachbart liegenden Windungen weiterer Stränge. Die erhaltene Platte weist in diesem
Falle eine größere Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit und Stauchhärte auf, was maßgeblich
auf der im Innern gebildeten Gitterstruktur aus wabenartig ineinander übergehenden
Schweißzonen zwischen benachbarten Windungen beruht. Die Schweißzonen sind der Erstreckung
der Schaumstoflplatte in etwa senkrecht zugeordnet, wenn das Verhältnis aus der
Zuführgeschwindigkeit des Stranges und der Abzugsgeschwindigkeit der Abzugsbänder
sowie das Verhältnis aus dem Abstand der Ab-
zugsbänder und der
Dicke des Stranges den Faktor 3 überschreitet. Sie gewährleisten in diesem Falle
eine besonders gute Verteilung von Punktlasten auf die gesamte Fläche, ohne daß
die Einarbeitung sekundärer Verstärkungsmittel erforderlich wäre. Eine Verwendung
der erhaltenen Schaumstoffplatte als Sponmatte oder im Hochbau ist dadurch ohne
weiteres möglich, sofern Schaumkunststoffe mit entsprechender Nachgiebigkeit bzw.
Festigkeit zur Verarbeitung gelangen.
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Die Abzugsbänder können während der Ablage des Stranges in eine die
Abzugsbewegung überlagernde Schwingung versetzt werden. Unerwünschte Hohlräume zwischen
benachbarten Windungen bzw. Strängen sowie zwischen diesen und den Abzugsbändern
werden dadurch ausgefüllt. Das erhaltene Produkt zeichnet sich in diesem Falle durch
besonders homogene Eigenschafteil und eine glatte Oberfläche aus. Einer gleichzeitigen
oder gegebenenfalls nachträglichen Prägung der Oberflächen steht dabei natürlich
nichts entgegen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens, enthaltend zwei einander gegenüberliegende,
einen Spalt begrenzende, endlos in sich geschlossene Abzugsbänder, eine am Eingang
des Spalts zwischen den Abzugsbändern angeordnete, mehrere nebeneinander liegende
Austrittsöffnungen aufweisende Düse für einen nach seinem Austreten aus der Düse
zu einem Strang expandierenden polymeren Werkstoff, wobei der Abstand der Abzugsbänder
größer ist als die Dicke des Stranges, sowie Mittel für die nachfolgende Abkühlung
und Verfestigung des durch die Abzugsbänder aus dem Strang gebildete Formlinges.
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Eine solche Vorrichtung ist ebenfalls aus dem vorstehend bereits
erwähnten DE-OS 25 22 062 bekannt. Sie erlaubt es nur bedingt, wie bereits ausgeführt,
Werkstücke einer großen Dicke unter Verwendung eines kleinen Extruders zu erzeugen.
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Die Erfindung schafft hier Abhilfe mit einer Vorrichtung, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die'Düse mittig zwischen den Abzugsbändern angeordnet ist
und daß der gegenseitige Mittelpunktsabstand der in einer Ebene liegenden Austrittsöffnungen
etwa die ßreite des Stranges entspricht. Der Spalt kann in seitlicher Richtung beiderseits
durch Spaltbegrenzer geschlossen sein.
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Der Mittelpunktsabstand der endständigen Austrittsöff nungen von Spaltbegrenzern
soll dann etwa mit der halben Breite des Stranges übereinstimmen.
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Der Spalt zwischen den beiden Abzugsbändern wird von einer Vielzahl
von Strängen beschickt. Diese expandieren unmittelbar und spontan nach ihrem Austreten
aus der Düse um den vorgegebenen Expansionsfaktor und sind in einem solchen gegenseitigen
Abstand angeordnet, daß sie einander in seitlicher Richtung berühren.
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Die endständigen Austrittsöffnungen sind. falls vorhanden. in einem
solchen Abstand von den Spaltbegrenzern angeordnet, daß auch die hier austretenden
Stränge parallel zur Bewogungsriehtung der Abzugsbänder gefältelt werden und in
seitlicher Richtung nicht ausweichen können.
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Die Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Stränge dem Spalt zwischen
den Abzugsbändern zugeführt werden, ist größer als die Austrittsgeschwindigkeit
aus der Austrittsöffnung der Düse. Letztere ist bedeutungslos für die Einstellung
der verfahrensmäßigen Rahmenbedingungen. und es kommt deshalb entscheidend darauf
an, die exakte Zuführungsgeschwindigkeii des Stranges in das richtige Verhältnis
zu der Abzugsgeschwindigkeit der Abzugsbänder zu bringen, d. h. auf einen Wert einzustellen,
der dem Verhältnis aus dem Abst'iiid der Abzugsbänder und der Dicke des Stranges
im wcscn zuwesentlichen entspricht. Nur in diesem Falle resultiert die erfonlcrliehe
schlängelnde Ablage zwischen den Abzugsbändern unter Bildung eines Formlinges von
großer Glcichmd ßigkeit.
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Das Profil der zugeführten Stränge entspricht im ac sentlichen demjenigen
der verwendeten Austrittsöffnungen. Hiervon sind wenigstens zwei, im Regelfalle
eine Vielzahl nebeneinanderliegend, in einer Ebene angeordnet. Die Profilgestaltung
ist im Grunde genommen beliebig. Besonders gleichmäßige Porenstrukturen der erhaltenen
Schaumstoffe werden jedoch erhalten.
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wenn das Profil der Austrittsöffnungen kreisförmig oder oval begrenzt
ist.
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Sollen Platten erzeugt werden, die in senkrechter Richtung vollkommen
frei von I lohlräulllen tind Durch brechungen sind, dann hat sich demgegenüber eine
Ausführung als vorteilhafter bewährt, bei der die Austrittsöffnungen ein rechteckig
begrenztes Profil aufweisen, mit Innenflächen, die sich senkrecht zu der Ebene erstrecken,
in der die Austrittsöffnungen angeordnet sind.
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Die aus der Gesamtheit der Austrittsöffnungen austretenden und spontan
expandierten Stränge legen sich in diesem Falle mit den einander zugewandten Flächen
aneinander an und gelangen gleichsam wie ein plastisch formbare Sehaunistoffplatte
zur gemeinsamen Ablage zwischen den Abzugsbändern und den Spaltbegrenzern.
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Die Abzugsbänder werden regelmäßig durch endlos in sich geschlossene
Drahtsiebe gebildet, die über Umlenkrollen geführt sind und durch Gleitkufen oder
Stützrollen an einem Ausweichen gehindert werden. Sie können gegebenenfalls durch
Edelstahl- oder Kunst stoffbänder ersetzt sein. insbesondere in Fällen, in denen
die Stränge in stark klebender Form zur Ablage gelangen. Zusätzlich kan sich eine
Antihaftbeschichtung der Oberfläche empfehlen, beispielsweise eine Beschichtung
mit PTFE oder einem Silikon.
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Die Abzugsbänder bewirken die Überführung der i11 nächst in plastischer
Form zur Ablage gelangenden .Stränge in die gewünschte Gestalt durch reine Druckanwendung.
Auf den Formling werden somit keinerlei it,ugkr~iftc ausgeübt, die zu einer Verzerrung
oder Störung der inneren Porenstruktur des Schaumstoffes führen könnte.
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Gleiches gilt für die Spaltbegrenzer. Diese bestehen zweckmäßig aus
in sich geschlossenen Hilfsbändern, die parallel zu den Abzugsbändern in gleicher
Richtung be~ wegbar sind. Sie können antriebsmäßig mit den Abzugsbändern gekoppelt
werden.
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Die Hilfsbänder und/oder die Abzugsbänder können einander überlappend
angeordnet und senkrecht zu ihrer Laufrichtung verschiebbar angebracht werden. In
Fällen, in denen die Hilfsbänder die Abzugsbänder überlappen, läßt sich der Abstand
der Abzugsbänder während des laufenden Betriebes verändern und damit die Dicke des
erzeugten Formlings. Eine entsprechende Venstellmöglichkeit ist für den praktischen
Betrieb von großer Bcdcutung. Sie erfordert zugleich eine synchrone Anpassung der
Zuführgesehwindigkeit der Stränge aus expandiertem polymeren Werkstoff. Gebräuchliche
Extruder haben indessen im allgemeinen stufenlose Regelantriebe, weshalb eine entsprechende
Anpassung im laufenden Betrieb ohne Schwierigkeiten möglich ist.
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In Fällen, in denen die Abzugsbänder die l-lilfsbänder überlippen,
läßt sich die Breite des erhaltenen formlings durch Verschließen bzw. Öffnen endständiger
Austrittsöffnungen verändern. Eine Betriebsunterbreehung
ist in
diesem Falle nicht zu vermeiden, sie kann jedoch angesichts dieser bisher nicht
gegebenen Möglichkeit ohne weiteres in Kauf genommen werden.
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Eine stufenlose Veränderung der Dicke und der Breite des erhaltenen
Formlinges läßt sich erzielen, wenn die Hilfsbänder und die Andrückbänder einander
in gleichem Drehsinne überlappend zugeordnet sind. Die Hilfs- und die Andrückbänder
können in diesem Falle identisch ausgebildet sein und aus austauschbaren Komponenten
bestehen.
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Die Hilfs- und/oder Andrückbänder können Durchbrechungen aufweisen,
durch die der umschlossenc Spalt evakuierbar und/oder mit einem strömenden Medium
beaufschlagt ist. Insbesondere in bezug auf die Erzeugung einer glatten Oberfläche
des erhaltenen Proeduktes ist diese Möglichkeit von großer Bedeutung, sowie in bezug
auf die Verbesserung der gegenseitigen Versehweißung der einzelnen Stränge sowie
der Stabilisierung der auf diese Weise erhaltenen Verbindung.
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Das Verhältnis aus dem Abstand der Abzugsbänder und der Dicke der
Stränge liegt 100 allgemeinen ywisehen 2 unel 10, vorzugsweise in einem Bereich
von 3 bis 5. Insbesondere in diesem l3ereieh ist eine schr gleichmäßige Ablage der
kontinuierlich zugeführten Stränge gewährleistet.
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Das vorgeschlagene Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgeschlagene
Vorrichtung ermöglicht auf einfache Weise die kontinuierliche Herstellung von physikalisch
getriebenen Formteilen einer großen Dikke. Auch schwierig zu verarbeitende Kunststoffe
lassen sich leicht beherrschen, wie beispielsweise Polypropylen. Die erhaltenen
Werkstücke können leicht in ihren Eigenschaften modifiziert werden, beispielsweise
hinsichtlich der Luft- und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit. der Zugfestigkeit, der
Stauchhärte und der Biegeelastizität.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigt F i g. 1 die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens
und die hierzu benötigte Vorrichtung in längsgeschnittener Darstellung, F i g. 2
die Vorrichtung und das Verfahren gemäß F i g. I in der Vorderansicht Die in F i
g. 1 gezeigte Vorrichtung enthält zwei Abzugsbänder, die sich parallel zueinander
und zur Achse der Austrittsöffnung 6 der Düse 2 von dieser wegbewegen. Die Düse
2 gehört zu einem nicht dargestellten Extruder.
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Sie ist dem Abstand zwischen den beiden Abzugsbändern 1 mittig zugeordnet.
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Aus der Austrittsöffnung 6 der Düse 2 wird kontinuierlich ein schäumbarer,
polymerer Werkstoff ausgesto ßen, der gleichmäßig mit einem physikalischen Trcib
mittel durchmischt und erwärmt ist. Physikalisch wirkende Treibmittel besitzen einen
Dampfdruck, der bei der Verarbeitungstemperatur des polymeren Werkstoff fes höher
ist als der atmosphärische Druck. Der ausgetretende Strang 3 expandiert dadurch
spontan und erhält eine Geschwindigkeit, die größer ist als die Austrittsgeschwindigkeit
aus der Düse 6. Als Treibmittel gelangen bevorzugt solche vom Typ Kohlenwasserstoff
oder Fluorkohlenwassersk>ff zur Anwendung. Sie sind kostengünstig und leicht
erhältlich.
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I)el Strang 3 aus Schaumkunststoff weist eillc große plastische l"ormbarkeit
auf und gelangt somit mittig in den seitlich beiderseits begrenzten Spalt zwischen
den beiden Abzugsbändern 1, wo er sich in Ermangelung einer weiteren Abstützung
aus der Mitte herausbewegt und schließlich an einem der beiden Abzugsbänder zu Anlage
gelangt, beispielsweise am unteren der beider Abzugsbänder. Diese haben eine geringere
Bewegungs geschwindigkeit als der Strang, weshalb sich dieser hin ter der Berührungsstelle
aufzustauen beginnt, was zt einem weiteren Anstieg seiner Relativgesehwindigkei
führt.
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Ein seitliches Ausweichen ist dem Strang nicht mög lich, weil hier
andere Stränge angeordnet sind bzw. die seitlichen und nicht dargestellten Spaltbegrenzer.
Dei plastisch formbare Strang aus Schaumkunststoff weicht deshalb-dem sich steigernden
Druck aus in Richtung deg anderen Abzugsbandes. wobei die einmal eingeschlagene
Richtung bis zum Berühren dieses Abzugsbandes beibehalten wird. Nach dem Berühren
staut sich der Schaumkunststoff hier im gleichen Sinne wie vorstehend beschrieben.
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Der Strang wird dadurch wieder umgelenkt in Richtung des zuerst berührten
Abzugsbandes. Die Bewegung setzt sich kontinuierlich fort, ohne daß es hierzu einer
sekundären Hilfestellung bedarf. wie beispielsweisc einer ltelativbewegung der Abzugsbänder
und/oder der Düse quer zur Abzugsrichtung.
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Das Verhältnis aus dem gegenseitigen Abstand der Abzugsbänder 1 und
der Dicke des expandierten Stranges 3 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel
5.
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Dieses Verhältnis ist in bezug auf die Verarbeitung von Polypropylen
besonders günstig. Bei anderen Werkstoffen können gegebenenfalls andere Verhältnisse
eingestellt werden.
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Die aus perforierten Kunststoffbändern bestehenden Abzugsbänder 1
sind mit Saugkästen 4 hinterlegt, wodurch die Oberflächen der erhaltenen Platten
7 besonders eben ausgebildet sind.
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In Fällen. in denen der Strang 3 in einer klebrigen Form zur Anlage
gebracht wird. verkleben die einzelnen Windungen des Stranges entlang der gegenseitigen
Berührungsflächen 8 folienartig mitcinallder. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Flächen iin wesentlichen senkrecht zur Laufriehtung der Abzugsbänder
1 und damit zu der erzeugten Platte 7.
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Sie verteihcn der Platte eine verbesserte Stauch- und Zugfestigkeit
sowie eine erhöhte Biegestabilität.
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Fig.2 verdeutlicht Vorrichtung und Verfahren gemäß F i g. I durch
eine schematische Darstellung in der Vorderansicht. Die Abzugsbänder 1 und die in
Fig. 1 nicht gezeigten Spaltbegrenzer 5 sind im wesentlichen identisch ausgebildet
und einander im gleichen Drehsinne überlappend zugeordnet. Der von den Andrückbän
dern 1 und den Hilfsbändern 5 umschlossene Spalt läßt sich dadurch sowohl in seiner
Breite als auch in seiner Höhe stufenlos verändern und auf irgendeinen abweichenden
Wert einstellen. Die aus den Strängen 3 gebildete Platte kann dadurch in ihren Abmessungen
verändert werden.
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Die einzelnen Öffnungen der Düse 2 sind mit 6 bezeichnet. Sie sind
im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet. Der aus den Austrittsöffnungen
6 austretende Strang aus polymerem Werkstoff hat dadurch ebenfalls ein im wesentlichen
kreisförmig begrenztes Profil. Dieses erflihrt durch die gegenseitige Berührung
und Anpressung der Andrückbänder sowie der 1 lilfsbäiider und des Vakuums eine gewisse
Abplattung unter l:reilassung von senkrecht beiderseits in die Oberfläche eindringende
Kanäle. In diese kann der Sehaumstof ausweichen. wenn eine Druckbelastung auf die
Platte ausgeübt wird. Sie zeichnet sich dadurch auch bei Verwendung relativ spröder
Werkstoff durch eine
besonders gute Sprungelastizität aus und kann
beispielsweise bei Verwendung von Strängen aus Polypropylenschaumstoff mit einem
Raumgewicht von 10 bis 20 kg/m3, vorzugsweise von 14 bis 16 kg/m3 als Turnmatte
zur Anwendung gelangen.
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Vollkommen geschlossene Oberflächenstrukturen können selbstverständlich
ebenfalls erzielt werden.
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Hierzu ist es lediglich erforderlich, anstelle kreisförmig begrenzter
Austrittsöffnungen in der Düse solche mit einem rechteckig begrenzten Profil zu
verwenden, bei denen Innen flächen vorhanden sind, die sich senkrecht zu der Ebene
erstrecken, in der die Austrittsöffnungen in ihrer Gesamtheit angeordnet sind.