EP0605687B1 - Verfahren zur strömungsdynamischen herstellung von verformbaren fasermatten hoher reissfestigkeit sowie vorrichtung zu deren herstellung - Google Patents
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- D04H18/02—Needling machines with needles
Definitions
- the invention relates to a method for the fluid dynamic production of deformable fiber mats of high tensile strength from a nonwoven fabric, consisting of cellulose fibers and thermoplastic fibers and / or natural fibers of vegetable origin impregnated with a binder, wherein a nonwoven fabric cake is fed to a drum in which the nonwoven fabric cake is defibrated, whereby this fiber mass produced in this way is mixed by an air flow, the flow profile of which can be adjusted by the control elements attached in an air duct, and a fiber fleece is formed from this mixture, which is consolidated into a fiber mat in a needle machine.
- nonwovens are mixed in a drum and further nonwovens are formed from this mixture, for example on a nonwoven drum. It has been shown that the transport of the fiberized fiber mass from the drum roll to the nonwoven laying drum is untargeted, which leads to irregularities in the fiber cake on the nonwoven laying drum and to an irregular basis weight distribution across the width of the nonwoven formed.
- DE-C-1 635 615 discloses a process for the continuous production of single-layer random fiber nonwovens connected by synthetic resin powder with the addition of powdered fillers.
- the lighter fillers are added to the random fiber fleece before reaching the first vortex zone, in which it is swirled in an obliquely upward air flow with the fibers of the dissolved fleece and combined to form a fleece, and then the heavier fillers added to the fleece before reaching the second vortex zone, swirled in this with the again dissolved, obliquely thrown down fleece particles in an additional air stream directed transversely thereto and solidified in fleece form after removal from this zone.
- This method now has the disadvantage that the heavier fillers in the centrifugal direction are more strongly affected by the additional air flow and therefore necessarily form the bottom layer on the fleece laying drum, so that a fleece with an irregular layer structure is formed.
- the object on which the invention is based is now to avoid the disadvantages of the known methods, so that a deformable fiber mat of high tensile strength with regular weight distribution in its width and with a layer structure which consists of regularly mixed fibers of impregnated and non-impregnated type is provided.
- the invention provides for the object to be achieved by additionally mixing the fiber mass (14, 14 ') in the air duct (10, 10') the venturi rod (7.7 ') which can be rotated about its axis and which has webs (8,8') which can be modified in width, can be adjusted, so that a fleece (18, 18 ') with a regular basis weight distribution is formed, which after needling has taken place a pressing device (21, 21 ') is supplied, whereby a deformable fiber mat of high tear strength (23, 23') is produced.
- control elements consist of a plurality of adjustment flaps 25 distributed over the width of the air duct 10 and of a plurality of control parts 26 which are convexly curved towards the air flow and adjustable in their curvature.
- the invention further relates to an advantageous use of the fiber mat produced according to the invention, which is characterized in that one or more of the fiber mats 23, 23 'is used for the production of molded parts by pressing under increased pressure and elevated temperature.
- the invention also relates to an advantageous device for the fluid-dynamic production of deformable fiber mats of high tensile strength from a nonwoven fabric, consisting of cellulose fibers and thermoplastic fibers and / or natural fibers of vegetable origin impregnated with a binder, consisting of a fleece laying machine (1), a pair of press rolls, arranged sequentially in the material flow (3, 4), a pair of feed rollers (5), a drum (6), an air duct (10) which is fed by fans (12) and in which one or more control parts (25) in the form of one or more adjustment flaps (n ) are attached, from a diffuser (13), a fleece laying drum (15), transport rollers (16, 17), a basis weight measuring device (19), a needle machine (20), a pressing device (21), a cutting machine (22), a stacking device (24), a venturi rod (7, 7 ') which can be rotated about its axis in the air duct (20) having width-modifiable webs (8, 8
- the invention further relates to a further advantageous device for the fluid-dynamic production of deformable fiber mats of high tear strength from a nonwoven fabric, consisting of cellulose fibers and thermoplastic fibers and / or natural fibers of vegetable origin impregnated with a binder, consisting of a fleece laying machine (1 ') arranged in succession in the material flow direction, a pair of press rollers (3 ', 4'), a pair of feed rollers (5 '), a drum (6'), an air duct (10 ') which is fed by fans (12'), a diffuser (13 '), a fleece laying drum (15 '), the transport rollers (16', 17 '), a basis weight measuring device (19'), a needle machine (20 '), a pressing device (21'), a cutting machine (22 '), a stacking device (24'), wherein in the air duct (10 ') a plurality of control elements (26), which are convexly curved towards the air flow and adjustable in their curvature, and a
- Fig. 1 shows the implementation of the method according to the invention by means of a device which is equipped with a control part in the form of an adjustment flap.
- FIG. 2 shows the implementation of the method according to the invention by means of a device with the corresponding reference numerals provided with lines, which is equipped with a control part which is convexly curved towards the air flow.
- 3 and 4 show a perspective view in a schematic diagram of the venturi rods used as control parts in the method with the schematic course of the air flow.
- thermoplastic fibers for example polyester, polyolefin-polyamide, Polyacrylic, EVA and / or natural fibers such as flax, hemp and cellulose fibers, a non-woven cake (2,2 ') is formed.
- the mixing of the fibers in the air flow also depends on the flow rate.
- This mixing is carried out by the Provided an optimized Venturi rod 7,7 'which can be rotated around its axis by ⁇ 30 ° and which has webs 8,8' which can be modified in width.
- the flow rate of the air-fiber mixture is increased depending on the width and rotational position of the slots, as a result of which the fibers 14, 14 'in are additionally mixed the downstream diffuser 13, 13 '.
- such a variable flow rate causes a scoop effect, which enables the fibers 14, 14 'to be laid regularly on the fleece laying drum 15, 15'.
- the newly formed nonwoven 18, 18 ' is fed to the basis weight measuring device 19, 19' via the transport rollers 16, 16 'and 17, 17'.
- These measurement results indicate a more regular basis weight distribution than those measurement results which could be achieved with the known methods for forming fleece. If the basis weight distribution is nevertheless insufficient, it can be varied by changing the flow velocities by adjusting one or more control parts 25, 26. Furthermore, the adjustability of the venturi rod 7, 7 'provides a further possibility for optimizing the flow conditions.
- the fleece 18, 18' is needled with a further fleece 27, 27 ', for example consisting of polyester, polyamide, glass fibers or jute, whereby a sufficiently deformable fiber mat 28, 28' is formed.
- the pressing device 21, 21 ' which can be, for example, a calender or a belt press.
- the fiber mat is pre-compressed between the calender rolls at a temperature of 25 - 150 ° C and a specific pressure of 5 - 50 kp / cm 2 , whereby the wood fibers impregnated with synthetic resin are bound even more firmly to the foreign fibers.
- the fiber mat can also be higher during further processing, for example during compression molding Absorb tensile forces and is therefore less susceptible to crack formation.
- the pre-compressed mats 24, 24' are stacked on the stacking device 23, 23 '.
- the fiber mats produced by the method according to the invention are advantageously used for the production of molded parts by pressing under increased pressure and elevated temperature.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur strömungsdynamischen Herstellung von verformbaren Fasermatten hoher Reißfestigkeit aus einem Faservlies, bestehend aus mit einem Bindemittel imprägnierten Zellulosefasern und thermoplastischen Fasern und/oder Naturfasern pflanzlicher Herkunft, wobei ein Faservlieskuchen einem Tambour zugeführt wird, in dem der Faservlieskuchen zerfasert wird, wobei diese auf diese Weise entstandene Fasermasse durch einen Luftstrom, dessen Strömungsprofil durch die in einem Luftkanal angebrachten Regelelemente einstellbar ist, durchmischt wird, und aus dieser Mischung ein Faservlies gebildet wird, welches in einer Nadelmaschine zu einer Fasermatte verfestigt wird.
- Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der AT-PS 387.798 und der DE-C-1 635 615 bekannt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser bekannten Verfahren werden Faservliese in einem Tambour gemischt und aus dieser Mischung weitere Vliese beispielsweise auf einer Vlieslegetrommel gebildet. Dabei hat es sich gezeigt, daß der Transport der zerfaserten Fasermasse von der Tambourwalze zur Vlieslegetrommel ungezielt verläuft, wodurch es zu Unregelmäßigkeiten des Faserkuchens auf der Vlieslegetrommel wie zu einer unregelmäßigen Flächengewichtsverteilung in der Breite des gebildeten Faservlieses kommt. Ferner zeigt es sich dabei, daß die mit Kunstharz imprägnierten Holzfasern zum großen Teil aufgrund ihres höheren Gewichtes an der Unterseite des gelegten Vlieses zum Liegen kommen, während die thermoplastischen und/oder die nicht imprägnierten Naturfasern pflanzlicher Herkunft sich in der oberen Schichte des gelegten Vlieses anordnen. Dieser unterschiedliche Schichtaufbau führt nunmehr zu Problemen bei der Weiterverarbeitung dieser Fasermatten, da die Unterseite der Fasermatten wegen ihres zu hohen Bindemittelanteils klebrig wird, während die Oberseite kaum beleimt wird.
- Aus der DE-C-1 635 615 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von einschichtigen, durch Kunstharzpulver verbundenen Wirrfaservliesen unter Beifügung pulverförmiger Füllstoffe bekannt. Bei Mischung der Fasern mit den Füllstoffen verschiedener spezifischer Gewichte werden dabei die leichteren Füllstoffe dem Wirrfaservlies vor Erreichen der ersten Wirbelzone aufgegeben, in dieser in einem schräg aufwärts gerichteten Luftstrom mit den Fasern des aufgelösten Vlieses verwirbelt und zu einem Vlies vereinigt, und anschließend die schwereren Füllstoffe dem Vlies vor Erreichen der zweiten Wirbelzone aufgegeben, in dieser mit dem wiederum aufgelösten, schräg abwärts geschleuderten Vliespartikeln in einem quer dazu gerichteten, zusätzlichen Luftstrom verwirbelt und nach dem Abführen aus dieser Zone in Vliesform verfestigt. Dieses Verfahren hat nunmehr den Nachteil, daß die schwereren Füllstoffe in der Schleuderrichtigung stärker von dem zusätzlichen Luftstrom erfaßt und daher notwendigerweise die unterste Schicht auf der Vlieslegetrommel bilden, sodaß ein Vlies mit unregelmäßigem Schichtaufbau entsteht.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nunmehr darin, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, sodaß eine verformbare Fasermatte hoher Reißfestigkeit mit regelmäßiger Gewichtsverteilung in ihrer Breite sowie mit einem Schichtaufbau, welcher aus regelmäßig durchmischten Fasern imprägnierter und nicht imprägnierter Art besteht, bereitgestellt wird.
- Ausgehend von den Verfahren der eingangs genannten Art sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß die Durchmischung der Fasermasse (14, 14') im Luftkanal (10,10') zusätzlich durch die Maßgabe um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange (7.7'), die in ihrer Breite modifizierbare Stege (8,8') aufweist, einstellbar ist, wodurch ein Vlies (18, 18') mit regelmäßiger Flächengewichtsverteilung gebildet wird, welches nach erfolgter Nadelung einer Preßvorrichtung (21, 21') zugeführt wird, wodurch eine verformbare Fasermatte hoher Reißfestigkeit (23, 23') erzeugt wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelemente aus mehreren über die Breite des Luftkanals 10 verteilte Einstellklappen 25 und aus mehreren zum Luftstrom hin konvex gekrümmten und in ihrer Krümmung verstellbaren Regelteilen 26 bestehen.
- Die Erfindung betrifft ferner eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Fasermatte, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine oder mehrere der Fasermatten 23, 23' zur Herstellung von Formteilen durch Verpressen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur verwendet wird.
- Die Erfindung betrifft auch eine vorteilhafte Vorrichtung zur strömungsdynamischen Herstellung von verformbaren Fasermatten hoher Reißfestigkeit aus einem Faservlies, bestehend aus mit einem Bindemittel imprägnierten Zellulosefasern und thermoplastischen Fasern und/oder Naturfasern pflanzlicher Herkunft, bestehend aus in Materialfluß nacheinanderfolgender Anordnung einer Vlieslegemaschine (1), einem Preßwalzenpaar (3, 4), einem Einzugswalzenpaar (5), einem Tambour (6), einem Luftkanal (10), der von Ventilatoren (12) gespeist wird und in welchem ein oder mehrere Regelteile (25) in Form einer oder mehrerer Einstellklappe(n) angebracht sind, aus einem Diffuser (13), einer Vlieslegetrommel (15), Transportwalzen (16, 17), einer Flächengewichtsmeßeinrichtung (19), einer Nadelmaschine (20), einer Preßvorrichtung (21), einer Schneidemaschine (22), einer Abstapelvorrichtung (24), wobei im Luftkanal (20) eine um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange (7, 7'), die in ihrer Breite modifizierbare Stege (8, 8') aufweist, angeordnet ist.
- Ferner betrifft die Erfindung eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zur strömungsdynamischen Herstellung von verformbaren Fasermatten hoher Reißfestigkeit aus einem Faservlies, bestehend aus mit einem Bindemittel imprägnierten Zellulosefasern und thermoplastischen Fasern und/oder Naturfasern pflanzlicher Herkunft, bestehend aus in Materialflußrichtung nacheinanderfolgend angeordnet einer Vlieslegemaschine (1'), einem Preßwalzenpaar (3', 4'), einem Einzugswalzenpaar (5'), einem Tambour (6'), einem Luftkanal (10'), der von Ventilatoren (12') gespeist wird, einem Diffusor (13'), einer Vlieslegetrommel (15'), den Transportwalzen (16', 17'), einer Flächengewichtsmeßeinrichtung (19'), einer Nadelmaschine (20'), eine Preßvorrichtung (21'), einer Schneidemaschine (22'), einer Abstapelvorrichtung (24'), wobei im Luftkanal (10') mehrere Regelelemente (26), welche zum Luftstrom hin konvex gekrümmt und in ihrer Krümmung verstellbar sind, und eine um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange (7, 7'), die in ihrer Breite modifizierbare Stege (8, 8') aufweist, angeordnet sind.
- Fig. 1 zeigt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Vorrichtung, die mit einem Regelteil in Form einer Einstellklappe ausgestattet ist.
- Fig.2 zeigt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Vorrichtung mit den entsprechenden mit Strichen versehenen Bezugszeichen, die mit einem in Form eines zum Luftstrom hin konvex gekrümmten Regelteil ausgestattet ist.
- Die Fig.3 und 4 zeigen in perspektivischer Ansicht in einer Prinzipdarstellung die im Verfahren als Regelteile eingesetzte Venturistangen mit dem schematischen Verlauf der Luftströmung.
- Bei einer Vlieslegemaschine (1,1') wird aus einer Mischung, bestehend aus mit einem Bindemittel, beispielsweise mit einem Duroplast, Thermoplast oder Elastomer oder Mischungen daraus imprägnierten und anschließend getrockneten Cellulosefasern, und thermoplastischen Fasern, beispielsweise Polyester-, Polyolefin-Polyamid-, Polyacryl-, EVA- und/oder Naturfasern wie Flachs-, Hanf- und Cellulosefasern, ein Vlieskuchen (2,2') gebildet. Dieser wird anschließend durch die Preßwalzen (3,3',4,4') verdichtet und mittels eines Einzugswalzenpaares (5,5'), einem Tambour (6, 6') zugeführt, dessen Oberfläche mit Nadeln oder Sägezähnen versehen ist, welche den Vlieskuchen (2,2') zerfasern. Durch eine Anzahl durch dieselbe Achse angetriebenen Ventilatoren 12, 12' wird im Luftkanal 10, 10' ein Luftstrom erzeugt, dessen Strömungsgeschwindigkeit durch mehrere über die Breite des Luftkanals verteilte Regelteile 25, 26 (siehe Figuren 1, 2) einstellbar ist. Gemäß Fig. 1 weisen die Regelteile die Form von Einstellklappen 25 auf, welche durch Stelleinrichtungen 11, 11' gesteuert werden. Die Regelteile 26 (siehe Figur 2) sind zum Luftstrom hin konvex gekrümmt, wobei deren Krümmung verstellbar ist.
- Von der Strömungsgeschwindigkeit ist ferner die Durchmischung der Fasern im Luftstrom abhängig. Diese Durchmischung wird durch die Maßgabe einer um ± 30° um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange 7,7', die in ihrer Breite modifizierbare Stege 8,8' aufweist, optimiert. In den zwischen den Stegen 8, 8' erzeugten Schlitzen 9,9' (siehe Fig. 3 und 4) wird je nach Breite und Drehstellung der Schlitze die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Fasergemisches erhöht, wodurch eine zusätzliche Durchmischung der Fasern 14, 14' in dem nachgeschalteten Diffusor 13, 13' erfolgt. Ferner bewirkt eine derartig variierbare Strömungsgeschwindigkeit einen Schaufeleffekt, der eine regelmäßige Vlieslegung der Fasern 14,14' auf der Vlieslegetrommel 15,15' ermöglicht. Das so neu gebildete Vlies 18, 18' wird über die Transportwalzen 16, 16' und 17, 17' der Flächengewichtsmeßeinrichtung 19,19' zugeführt. Diese Meßergebnisse weisen auf eine regelmäßigere Flächengewichtsverteilung hin als jene Meßergebnisse, die mit den bekannten Verfahren zur Vliesbildung erzielt werden konnten. Sollte die Flächengewichtsverteilung dennoch unzureichend sein, so kann diese durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten durch Verstellen eines oder mehrerer Regelteile 25, 26 variiert werden. Ferner ist durch die Verstellbarkeit der Venturistange 7, 7' eine weitere Möglichkeit der Optimierung der Strömungsverhältnisse gegeben.
- In der nachfolgenden Nadelmaschine 20, 20' wird das Vlies 18, 18' mit einem weiteren Vlies 27, 27', beispielsweise bestehend aus Polyester-, Polyamid-, Glasfasern oder Jute vernadelt, wodurch eine hinreichend verformbare Fasermatte 28, 28' gebildet wird. Um jedoch eine bessere Verformbarkeit dieser Fasermatte bei der Weiterverarbeitung in Formpressen zu gewährleisten, wird sie durch die Preßvorichtung 21, 21', welche beispielsweise ein Kalander oder eine Bandpresse sein kann, geführt. Zwischen den Kalanderwalzen wird die Fasermatte bei einer Temperatur von 25 - 150°C und einem spezifischen Druck von 5 - 50 kp/cm2 vorverdichtet, wobei die mit Kunstharz imprägnierten Holzfasern noch fester an die Fremdfasern gebunden werden. Dadurch kann die Fasermatte bei der Weiterverarbeitung beispielsweise beim Formpressen auch höhere Zugkräfte aufnehmen und ist daher weniger anfällig für Rißbildungen.
- Anschließend werden die vorverdichteten Matten 24, 24' nach Passieren der Schneidemaschine 22,22' auf der Abstapelvorrichtung 23, 23' abgestapelt.
- Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Fasermatten werden vorteilhafterweise zur Herstellung von Formteilen durch Verpressen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur verwendet.
Claims (6)
- Verfahren zur strömungsdynamischen Herstellung von verformbaren Fasermatten hoher Reißfestigkeit aus einem Faservlies, bestehend aus mit einem Bindemittel imprägnierten Zellulosefasern und thermoplastischen Fasern und/oder Naturfasern pflanzlicher Herkunft, wobei ein Faservlieskuchen (2,2') einem Tambour (6,6') zugeführt wird, in dem der Faservlieskuchen (2,2') zerfasert wird, wobei diese auf diese Weise entstandene Fasermasse (14, 14') durch einen Luftstrom, dessen Strömungsprofil durch die in einem Luftkanal (10, 10') angebrachten Regelelemente (25, 26) einstellbar ist, durchmischt wird und aus dieser Mischung ein Faservlies (18,18') gebildet wird, welches in einer Nadelmaschine (20, 20') zu einer Fasermatte (23,23') verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischung der Fasermasse (14, 14') im Luftkanal (10,10') zusätzlich durch die Maßgabe um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange (7, 7'), die in ihrer Breite modifizierbare Stege (8,8') aufweist, einstellbar ist, wodurch ein Vlies (18, 18') mit regelmäßiger Flächengewichtsverteilung gebildet wird, welches nach erfolgter Nadelung einer Preßvorrichtung (21, 21') zugeführt wird, wodurch eine verformbare Fasermatte hoher Reißfestigkeit (23, 23') erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelemente aus mehreren über die Breite des Luftkanals 10 verteilte Einstellklappen 25 bestehen.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelemente aus mehreren zum Luftstrom hin konvex gekrümmten und in ihrer Krümmung verstellbaren Regelteilen 26 bestehen.
- Verwendung einer nach Anspruch 1 hergestellten verformbaren, Fasermatte hoher Reißfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Fasermatten 23, 23' zur Herstellung von Formteilen durch Verpressen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur verwendet wird.
- Vorrichtung zur strömungsdynamischen Herstellung von verformbaren Fasermatten hoher Reißfestigkeit aus einem Faservlies, bestehend aus mit einem Bindemittel imprägnierten Zellulosefasern und thermoplastischen Fasern und/oder Naturfasern pflanzlicher Herkunft, bestehend aus in Materialfluß nacheinanderfolgender Anordnung einer Vlieslegemaschine (1), einem Preßwalzenpaar (3, 4), einem Einzugswalzenpaar (5), einem Tambour (6), einem Luftkanal (10), der von Ventilatoren (12) gespeist wird und in welchem ein oder mehrere Regelteile (25) in Form einer oder mehrerer Einstellklappe(n) angebracht sind, aus einem Diffuser (13), einer Vlieslegetrommel (15), Transportwalzen (16, 17), einer Flächengewichtsmeßeinrichtung (19), einer Nadelmaschine (20), einer Preßvorrichtung (21), einer Schneidemaschine (22), einer Abstapelvorrichtung (24) dadurch gekennzeichnet, daß im Luftkanal (20) eine um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange (7, 7'), die in ihrer Breite modifizierbare Stege (8, 8') aufweist, angeordnet ist.
- Vorrichtung zur strömungsdynamischen Herstellung von verformbaren Fasermatten hoher Reißfestigkeit aus einem Faservlies, bestehend aus mit einem Bindemittel imprägnierten Zellulosefasern und thermoplastischen Fasern und/oder Naturfasern pflanzlicher Herkunft, bestehend aus in Materialflußrichtung nacheinanderfolgend angeordnet einer Vlieslegemaschine (1'), einem Preßwalzenpaar (3', 4'), einem Einzugswalzenpaar (5'), einem Tambour (6'), einem Luftkanal (10'), der von Ventilatoren (12') gespeist wird, einem Diffusor (13'), einer Vlieslegetrommel (15'), den Transportwalzen (16',17'), einer Flächengewichtsmeßeinrichtung (19'), einer Nadelmaschine (20'), eine Preßvorrichtung (21'), einer Schneidemaschine (22'), einer Abstapelvorrichtung (24'), dadurch gekennzeichnet, daß im Luftkanal (10') mehrere Regelelemente (26), welche zum Luftstrom hin konvex gekrümmt und in ihrer Krümmung verstellbar sind, und eine um ihre Achse drehbar verstellbare Venturistange (7, 7'), die in ihrer Breite modifizierbare Stege (8, 8') aufweist, angeordnet sind.
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