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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfgerät zur Bestimmung der Schrumpfung,
der Länge
und der Kräuseleigenschaften
wie Kräuselbögenmenge, Entkräuseln und
Kräuselstabilität einzelner
Stapelfasern, das ein obere Befestigungstafel umfaßt, geeignet
zur Befestigung von mindestens einem oberen Ende mindestens einer
Stapelfaser, und mindestens eine Klemme, geeignet zur wiederabnehmbaren
Befestigung an einem unteren, entgegengesetzten Ende der Stapelfaser.
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In
der
US 4,856,342 wird
eine Vorrichtung zum Messen des Haftvermögens von Fasern in faserverstärkten synthetischen
Materialien offenbart. Diese Vorrichtung umfaßt eine Klammer, die ein Fasereinspannvorrichtung
darstellt, die zwei Klemmbacken umfaßt, von denen eine aus einer
Glanzmetallplatte besteht, wogegen die zweite Klemmbacke teilweise
aus einer Platte aus durchsichtigem Synthetikmaterial besteht. Die
gemäß der
US 4,856,342 geprüfte Faser
wird dann an einem ihrer Enden eingespannt und am anderen Ende in
ein Polymerfixierungsmittel eingeschlossen. Mit der Vorrichtung
der
US 4,856,342 wird
die Faser aus dem Fixiermittel aus Synthetikmaterial herausgezogen,
und das zugehörige
Kraft-Weg-Diagramm wird aufgezeichnet.
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Die
GB 2 179 741 A betrifft
einen Meßrahmen
für Textilwaren
und umfaßt
zwei ebene durchsichtige Polymerbahnen, zwischen die ein Kleidungsstück gelegt
werden kann, damit man in der Anwendung nicht länger auf T-Shirts oder ähnliche
röhrenförmige Strickwaren
von ähnlicher
Form beschränkt ist,
mit denen röhrenförmige Stoffkleidungsstücke mit Armen, Ärmeln, Beinen
oder Beinöffnungen
in einer Vielzahl von Formen, Größen und
Materialien auf die Übereinstimmung
mit Herstellungsspezifikationen geprüft werden können oder auf die Übereinstimmung
mit den Leistungsvorgaben hinsichtlich der Größenänderung nach Wäsche und
Behandlung. Nicht durchsichtige längliche Klemmbacken werden zur
Befestigung am Saum der Vorder- und Rückseite des Kleidungsstücks verwendet.
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Die
US 5,799,103 betrifft ein
Verfahren zur automatischen Charakterisierung der mechanischen und/oder
geometrischen Eigenschaften von Stapelfaserproben sowie eine dazu
geeignete Vorrichtung, die ein Magazin verwendet, das eine Mehrzahl
von Stapelfasern enthält.
Diese Vorrichtung umfaßt
eine obere Klemmbacke die in geschlossenem Zustand die Stapelfaserprobe
mit der Hilfe einer Transportvorrichtung aus der Übergabeposition
im Magazin in eine vom Speicher entfernte Meßposition bewegt. Nachdem die
Charakterisierung der mechanischen und/oder geometrischen Eigenschaften
der Stapelfaserprobe abgeschlossen ist, öffnet sich die obere Klemmbacke
und das Stapelfasermuster wird aus der Vorrichtung entfernt. Zum
Beispiel wird die Anzahl der Kräuselbögen pro
Längeneinheit
der Stapelfaserprobe mit der Vorrichtung bestimmt durch Erzeugung
einer Abbildung vorgegebener Länge
und vorgegebener Breite von der Stapelfaserprobe mittels einer Abbildungsvorrichtung,
die vorzugsweise in Richtung der Faserlängsachse bewegbar ist, wobei aus
der Abbildung ein digitales Rasters erzeugt wird, dessen Pixel in
Form von Zahlenwerten in einer Speichervorrichtung abgelegt werden,
wobei die Zahlenwerte Maßzahlen
für die
Helligkeit an dem jeweiligen Ort der Abbildung darstellen und die
Anzahl der Kräuselbögen der
abgebildeten Stapelfaser aus dem digitalen Raster mittels digitaler
Bildverarbeitung ermittelt wird. Die Abbildungsvorrichtung wird
von einer Lichtquelle in einer solchen Weise ausgeleuchtet, daß sich die
Stapelfaserprobe im Schnittpunkt zwischen der Lichtquelle und der
Abbildungsvorrichtung befindet. Bevorzugt ist die Lichtquelle ein
Spiegel, der von einem Lichtwellenleiter bestrahlt wird und die Abbildungsvorrichtung
indirekt ausleuchtet und dadurch besonders eine thermische Belastung
der Stapelfaserprobe erzeugt.
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Eine
hervorstechende Eigenschaft einer Stapelfaser ist ihr Schrumpfungsverhalten.
Seit einiger Zeit gibt es Standardverfahren wie die ASTM-Norm D5104-96,
ein Standardprüfverfahren
der Schrumpfung von Fasertextilien (Einzelfaserprüfung), um
vergleichbare Daten zur Faserschrumpfung bereitstellen zu können. Nach
dem Protokoll von D5104-96 wird ein Prüfling mit seinem oberen Ende
an eine obere Tafel geklemmt, während
am unteren Ende eine Klemme angebracht wird. Normalerweise werden Klemmen
bekannter Masse aus einer magnetischen Legierung verwendet, die
geeignet sind, die Prüffasern
durch Aufbringen einer leichten Beanspruchung zu dehnen. Im allgemeinen
haben sich Kupferklemmen als günstig
erwiesen.
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Ein
anderes Verfahren zur Bestimmung der Schrumpfung von Stapelfasern
wird in einer Informationsveröffentlichung
der Zweigle Textilprüfmaschinen
GmbH & Co. KG
ausgeführt.
Nach Zweigle wird eine Faser in heißer Luft von bestimmter Temperatur geschrumpft,
wobei die Schrumpfung mit einem Faserschrumpfungsprüfgerät gemessen
wird, das Klemmgewichte, einen Trockenofen, Zangen und eine Samtunterlage
von kontrastierender Farbe umfaßt.
Das an der Faser angebrachte Klemmgewicht wird mit einem Bein in
eine Halterung unter der Klammer der Faserschrumpfungsvorrichtung
eingelegt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Faser
während
der Behandlung mit heißer
Luft keinen Dehnkräften
ausgesetzt ist.
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Unabhängig vom
angewandten Verfahren sind die Prüfergebnisse stets nicht besonders
genau und fehleranfällig
und ergeben inakzeptable Standardabweichungen.
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Um
vergleichbare Datensätze
zum Schrumpfungsverhalten einzelner Stapelfasern zu erhalten, empfiehlt
die D5104-96 dem Käufer
und dem Lieferanten der Stapelfaser auch, gesonderte Messungen durchzuführen, bis
sich die Standardabweichungen für
alle geprüften
Muster um nicht mehr als den vereinbarten Wert unterscheiden. Besonders, wenn
eine statistische Verzerrung zwischen den Daten des Käufers und
denen des Lieferanten vorliegt, wird empfohlen, fachmännische
statistische Hilfe in Anspruch zu nehmen.
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Tatsächlich sind
heutige Prüfverfahren
zur Schrumpfung von Textilfasern sehr zeitaufwendig, erfordern die
Beteiligung von Analysefachleuten und sind daher aus wirtschaftlicher
Sicht ziemlich ineffizient. Die mangelnde Verläßlichkeit ist besonders dann von
Nachteil, wenn der Käufer
von Stapelfasern entdeckt, daß eine
Lieferung der Stapelfasern nicht mit der gewünschten Spezifikation übereinstimmt.
Derzeit ist es auch recht zeitaufwendig, eine umfassende Reihe von
Stapelfasereigenschaften, wie Länge, Schrumpfung,
Kräuselbögenmenge,
Kräuselstabilität und Entkräuseln zu
messen oder zu bestimmen.
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Daher
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prüfgerät zur Bestimmung
der Schrumpfung von Stapelfasern bereitzustellen, das nicht die Nachteile
der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik aufweist und genaue
und verläßliche Schrumpfungsmessungen
ermöglicht,
die nicht zu viel Zeit benötigen
und auch von Personen durchgeführt
werden können,
die keine Analysefachleute sind, und die zur gleichen Zeit eine
umfassende Datenreihe liefert.
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Diese
und andere Aufgaben werden von einem Prüfgerät nach Anspruch 1 gelöst.
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Es
können
auch Vorkehrungen getroffen werden, daß das Prüfgerät mindestens ein Heizgerät umfaßt. Wenn
ein Heizgerät
ein integriertes Element des Prüfgeräts darstellt,
hilft dies dabei, die Prüfzeit zu
verkürzen
sowie Schwankungen in der Untersuchung zu verringern.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das Prüfgerät eine Unterlage,
insbesondere aus Samt, in einer zur Stapelfaser kontrastierenden
Farbe, die sich hinter der Stapelfaser befindet, insbesondere mit
schwarzer Oberfläche.
Um die Längenmessung
zu erleichtern, kann auch eine Skalierung auf der Unterlage neben
oder hinter den Stapelfasern angebracht sein.
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Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das vorliegende
Prüfgerät auch ein
Befestigungsmittel an oder bei der oberen Befestigungstafel umfassen,
das geeignet ist, die Klemme und/oder das Ende der Stapelfaser vorübergehend zu
halten. Wenn es für
die durchzuführende Schrumpfungsprüfung nötig ist,
keine Beanspruchung auf die Stapelfasern aufzubringen, solange diese
Hitze ausgesetzt sind, hat es sich als am nützlichsten erwiesen, ein Befestigungsmittel,
zum Beispiel einen Haken oder eine Klammer oder ähnliches, an oder bei der Befestigungstafel
bereitzustellen. Ein derartiges Befestigungsmittel kann jedoch auch
etwas weiter entfernt von der Befestigungstafel angeordnet werden,
solange während
der Erwärmung
keine Beanspruchung auf die Stapelfaser aufgebracht wird. Durch
den Begriff obere Befestigungstafel soll nur auf die Tatsache hingewiesen
werden, daß mit dieser
Befestigungsvorrichtung die oberen Enden der zu prüfenden Fasern
befestigt oder eingespannt werden.
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Durch
das Ausleuchten der durchsichtigen Klemme und/oder oberen Befestigungstafel
können Längenmessungen
genau und auch sehr schnell durchgeführt werden. Insbesondere durch
Verwendung eines Digitalmonitors, der mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung
verbunden ist, kann ohne Verzögerung
eine Vielzahl von Prüfergebnissen
gesammelt und untersucht werden. Sobald die gewünschte Datenreihe gesammelt
wurde, kann die Standardabweichung berechnet werden, was einen Eindruck
von der Genauigkeit der Messung bietet.
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Es
können
Vorkehrungen getroffen werden, daß die Klemme und/oder die obere
Befestigungstafel aus durchsichtigem oder transluzentem Polymermaterial
geformt ist/sind, insbesondere aus Polymethylmethacrylat (PMMA)
und/oder Polycarbonat (PC) oder aus durchsichtigen oder transluzenten
Gemischen die Polymethylmethacrylat und/oder Polycarbonat enthalten.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird bevorzugt, daß die
obere Befestigungstafel geeignet ist, mindestens das obere Ende
der zu prüfenden
Stapelfaser magnetisch einzuspannen oder zu halten.
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Es
können
weitere Vorkehrungen getroffen werden, daß das erfindungsgemäße Prüfgerät ferner ein
Gewicht umfaßt,
das geeignet ist, insbesondere reversibel an der Klemme angebracht
zu werden. Wenn zum Beispiel das Gewicht der Klemme selbst nicht
ausreicht, um die geschrumpfte Klemme auf ihre volle Länge zu dehnen,
kann eine korrekte Messung am besten durchgeführt werden, indem ein Gewicht
an der Klemme angebracht wird. Daher sind derartige Klemmen gewöhnlich so
konstruiert, daß Gewichte
daran angebracht werden können.
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Weitere
Aufgaben der vorliegenden Erfindung wurden durch ein Verfahren nach
Anspruch 8 gelöst.
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Vorkehrungen
können
getroffen werden, daß zusätzlich zu
der Längenmessung
auch die Schrumpfung und/oder die Kräuseleigenschaften, insbesondere
die Kräuselbögenmenge,
die Entkräuselung
und die Kräuselstabilität, der geschrumpften Faser
festgestellt und das Ergebnis in Schritt g) aufgezeichnet wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist zumindest während
der Einwirkung der Prüfumgebung
ein abnehmbares Klemmgewicht insbesondere reversibel an der Klemme
angebracht.
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Es
können
Vorkehrungen getroffen werden, daß die Prüfumgebung vornehmlich circa
15 Minuten lang heiße
Luft, insbesondere zwischen circa 180°C bis 195°C, und heißes Wasser, insbesondere zwischen
circa 95°C
bis 99°C,
umfaßt.
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Es
ist besonders hilfreich, wenn die aufgezeichneten Daten vom Digitalmonitor
auf einen Computer übertragen
werden.
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Vorkehrungen
können
getroffen werden, daß die
Längenmessung
an Fasern bei normaler Atmosphäre
durchgeführt
werden, vornehmlich bei 20°C
bis 22°C
und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 63 bis 67 %.
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Überraschenderweise
wurde festgestellt, daß durch
die Verwendung einer durchsichtigen oder transluzenten Klemme an
Stelle von zum Beispiel einer Kupferklemme die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
von Schrumpfungsmessungen einzelner Stapelfasern entscheidend gesteigert
werden kann. Neben Länge
und Schrumpfung ist es nun möglich,
auch Kräuseleigenschaften
wie Kräuselbögenmenge,
Entkräuselung
und Kräuselstabilität zu messen.
Ferner ist es zum ersten Mal möglich,
Längen-,
Schrumpfungs- und Kräuseldaten
bereitzustellen, die unmittelbar durch einen Computer oder eine
Datenverarbeitungsvorrichtung verarbeitet werden können, was eine
vollständige
Auswertung einer Stapelfaserprobe liefert, die einer Schrumpfungsprüfung ausgesetzt war.
Außerdem
ergibt das Ausleuchten der durchsichtigen Klemme durch eine Lichtquelle
ein deutliches Bild der Prüfproben,
insbesondere, wenn diese auf einer schwarzen Oberfläche angebracht
sind. Außerdem
kann die Genauigkeit weiter verbessert werden durch Verwendung einer
durchsichtigen oder transluzenten oberen Befestigungstafel zusätzlich zu durchsichtigen
oder transluzenten Klemmen, wodurch jegliche Uneindeutigkeiten darüber beseitigt werden,
an welcher Stelle das Festhalten des oberen Endes der Stapelfaser
erfolgt. Daher ist es möglich, sogar
gleichzeitig die Länge,
die Schrumpfung und die Kräuseleigenschaften,
wie Kräuselbögenmenge, Entkräuselung
und Kräuselstabilität, einer
Stapelfaser zwischen zwei Haltepositionen sehr genau zu messen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Prüfgerät ist es auch
möglich,
die Kräuseleigenschaften
von Stapelfasern ziemlich genau zu bestimmen, auch die Anzahl und
Position von Kräuselbögen kann
gemessen werden, besonders, wenn die Klemme nach dem Schrumpfungsverfahren
vom unteren Ende der Stapelfaser abgenommen wird. Allgemein kann
mit dem erfindungsgemäßen Prüfgerät nicht
nur die Genauigkeit wesentlich gesteigert werden, sondern auch die Prüfzeit kann
in wesentlichem Maße
verringert werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Erfindung und aller mit ihr verbundenen Vorteile kann leicht
unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung erreicht
werden, wenn sie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung betrachtet wird,
wobei die Figur eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Prüfgeräts einschließlich einer Vorrichtung
zur Aufzeichnung und Verarbeitung von Daten darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
der beigefügten
Zeichnung ist ein Prüfgerät 1 dargestellt,
das eine obere Befestigungstafel 2 umfaßt, an der einzelne Stapelfaserproben 100 mit ihren
oberen Enden befestigt werden. Diese oberen Enden können entweder
eingeklemmt werden, zum Beispiel durch eine bewegliche Schiene,
wie sie in der D5104-96 beschrieben ist, wenn nötig mit Hilfe eines hitzebeständigen Klebebands,
oder mit anderen bekannten Verfahren befestigt werden. Es ist vorteilhaft,
wenn die Stelle, an der die Stapelfaser an der oberen Tafel befestigt
oder angeklemmt wird, ziemlich genau bestimmt werden kann. Diese
Stelle ist vorteilhaft eher auf einen bestimmten Bereich oder eine
bestimmte Linie begrenzt. Vorzugsweise ist die obere Befestigungstafel
durchsichtig, z. B. aus Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt.
An dem unteren Ende jeder Faserprobe 100 ist ein durchsichtiger Halter
oder eine durchsichtige Klemme 4 angebracht, mit einem
minimalen Gewicht, d. h. das es ermöglicht, die Länge der
Probe genau zu messen, ohne die Probe zu dehnen. Die obere Befestigungstafel 2 kann
leicht in einem Heizgerät 6 angebracht
werden, das gut geeignet ist, das Schrumpfen der Faserproben einzuleiten.
Vor den eingespannten Faserproben ist eine Leuchte 8 und
ein Digitalmonitor 10 installiert, um die Faserlänge der
Prüfprobe
vor und nach dem Schrumpfen aufzuzeichnen. Um die Genauigkeit der Messung
zu steigern, wird auch ein Mikroskop 12 verwendet. Die über den
Digitalmonitor 10 aufgezeichneten Daten können auf
einen Computer 14 übertragen
werden, um die gesammelten Daten zu speichern und zu untersuchen.
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Eine
typische Bestimmung des Schrumpfungsverhaltens einer einzelnen Stapelfaser
durch Verwendung des erfindungsgemäßen Prüfgeräts umfaßt das Befestigen der einzelnen
Stapelfaser an der oberen Tafel 2 des Prüfgeräts 1,
das Anbringen eines durchsichtigen Halters 4 an dem entgegengesetzten unteren
Ende des Faserprobe 100, das Anbringen des Halters 4 an
oder bei der oberen Tafel 2, während die Faserproben in das
Heizgerät 6 eingebracht
werden, das auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt wurde. Nach
einer vorbestimmten Klimatisierungszeit, die dem Heizverfahren folgt,
wird den Fasern 100 ermöglicht,
sich vor der schwarzen Oberfläche 16 zu
ihrer vollen Länge
auszudehnen, indem die Faserproben dem Gewicht des durchsichtigen
Halters 4 ausgesetzt werden. Die Länge der Faserprobe wird dann
mit Hilfe eines Digitalmonitors 10 und eines Mikroskop 12 gemessen.
Die Länge
der Stapelfaser wird auch vor dem Schrumpfungsverfahren auf die gleiche
Weise bestimmt, wie für
die geschrumpfte Stapelfaser beschrieben. Durch Ausleuchten des durchsichtigen
Halters 4 kann die Länge
der Faserprobe sehr genau bestimmt werden, durch Messen des Abstands
zwischen der Stelle der Faserprobe, an der diese an der oberen Befestigungstafel 2 befestigt ist,
und dem Zugriff des durchsichtigen Halters 4, wo dieser
an der Faserprobe befestigt ist. Es ist besonders vorteilhaft, in
der Lage zu sein, nicht nur die Länge einer einzelnen Faserprobe
genau zu messen, sondern einer Menge einzelner Faserproben, z. B. sechs
oder sieben, in einem Durchgang.
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Für eine vergleichende
Untersuchung wurde eine Reihe von Schrumpfungsmessungen 20 Minuten
lang bei 190°C
durchgeführt
unter Verwendung einer herkömmlichen
Schrumpfungsprüfvorrichtung, wie
z. B. von Zweigle Textilprüfmaschinen
GmbH & Co. Kg.,
auf der einen Seite, und einem erfindungsgemäßen Schrumpfungsprüfgerät auf der
anderen Seite. In jeder Versuchsreihe wurde die Länge der Stapelfaser
zehnmal gemessen, bevor sie einer Erhitzung unter den in der ASTM-Norm
D5104-96 angegebenen Normbedingungen ausgesetzt wurde, und auch
zehnmal im Anschluß daran.
Während
mit der herkömmlichen
Schrumpfungsprüfvorrichtung nach
Zweigle et al. die Standardabweichung des Schrumpfungsanteils bei
Berechnung des mittleren Schrumpfungsverhaltens mit 10,03 %, 11,35
% bzw. 9,90 % als 2,48, 3,51 und 1,52 bestimmt wurde, wurden mit
der modifizierten erfindungsgemäßen Schrumpfungsprüfung für einen
mittleren Schrumpfungsanteil von 9,60 %, 10,01 % bzw. 9,90 % Standardabweichungen
von 1,35, 0,43 und 0,91 erzielt. Diese Ergebnisse beweisen deutlich,
daß das
erfindungsgemäße Prüfgerät herkömmlichen
Prüfvorrichtungen
weit überlegen
ist, da die Ergebnisse nicht nur genauer sind, sondern auch viel
schneller erzielt wurden.
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Offensichtlicherweise
sind viele Modifikationen und Abänderungen
der vorliegenden Erfindung im Licht der oben beschriebenen Lehre
möglich.
Daher wird vorausgesetzt, daß die
Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche auch
auf eine andere als die hier ausdrücklich beschriebene Weise angewendet
werden kann.