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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen monofiler Grasfasern aus zwei unterschiedlichen Polymerschmelzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Bei der Herstellung von Kunstrasen ist es üblich, synthetische Grasgarne in einem Tuftingprozess zu einem Kunstrasenteppich zu verarbeiten. Die Grasgarne sind dabei bevorzugt aus einem Bündel einzelner monofiler Grasfasern gebildet. Um dem Kunstrasen möglichst eine dem Naturrasen nahekommende Eigenschaften zu geben, müssen die Grasfasern möglichst ein Verhalten und eine Struktur aufweisen, die den natürlichen Grasfasern ähnelt. So ist es üblich, monofile Grasfasern mit einem länglichen Filamentquerschnitt zu extrudieren.
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Aus der
WO 2005/111281 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von monofilen Grasfasern bekannt, bei welcher der Filamentquerschnitt der Grasfaser aus zwei gleichzeitig extrudierten Polymerschmelzen erzeugt wird. Jede der Polymerschmelzen weist hierbei ein unterschiedliches thermoplastisches Material auf, um damit bestimmte Eigenschaften beispielsweise die Elastizität der Faser betreffend zu erzeugen. Das bekannte Verfahren basiert im wesentlichen darauf, dass die an der Grasfaser eingestellten physikalischen Eigenschaften durch die Materialunterschiede der extrudierten thermoplastischen Kunststoffe bestimmt sind. Damit lassen sich jedoch nur eingeschränkt die Eigenschaften natürlicher Gräser nachbilden. So sind Faserquerschnitte, Farbgebungen sowie die Struktur der Fasern wesentliche Parameter, die das Verhalten und das Aussehen der Kunstrasen bestimmen.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Schmelzspinnen monofiler Grasfasern der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchem eine möglichst großen Artenvielfalt von Grasfasern herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren dadurch gelöst, dass die Filamentquerschnitte mit visuell in Farbe und/oder Formen unterschiedlichen Längsseiten extrudiert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass natürliche Grasfasern in der Regel keine symmetrischen Längsseiten aufweisen. So sind Farbabweichungen und auch Formabweichungen der Längsseiten bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine hohe Flexibilität in der Gestaltung der extrudierten monofilen Grasfasern. So lassen sich beispielsweise Filamentquerschnitte aus einem Polymermaterial mit unterschiedlichen Färbungen an den Längsseiten erzeugen. Ebenso können die Polymerschmelzen aus zwei unterschiedlichen Polymermaterialien gebildet sein, wobei die durch die Materialien unterschiedlichen Elastizitäten zusätzlich durch eine spezielle Formgebung der Längsseiten unterstützt werden kann. Somit lässt sich bereits durch eine entsprechende Formgebung die Elastizität und das Wiederaufrichtvermögen der Monofilamente entscheidend beeinflussen.
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Die Verfahrensvariante, bei welcher die Filamentquerschnitte der Monofilamente mit unsymmetrischen Längsseiten extrudiert werden, sind besonders vorteilhaft, um die Elastizität und das Aufrichtverhalten der Grasfasern zu beeinflussen. So lassen sich einseitige Verdickungen an dem Filamentquerschnitt erzeugen, die die Stabilität der Grasfasern wesentlich erhöht.
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Um eine hohe Gleichmäßigkeit beim Extrudieren der Monofilamente zu erhalten, sind die Verfahrensvarianten gemäß den Ansprüchen 3 und 4 besonders vorteilhaft. Hierbei werden die durch die Spinndüse extrudierten Monofilamente in einer kreisförmigen Anordnung extrudiert. Damit ist ein Abzug der Monofilamente möglich, bei welchem jede der Monofilamente bis zur Abkühlung und Verfestigung jeweils gleiche Weglängen und Auslenkungen erfährt.
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Um bei der Führung der Polymerschmelzen innerhalb der Spinndüse möglichst gleiche Verweilzeiten bei einer Vielzahl von Düsenbohrungen sowie eine gleichmäßige Verteilung zu erhalten, wird die Polymerschmelze vorteilhaft innerhalb der Spinndüse durch mehrere kegelförmige Verteilkammern geführt. Damit können die durch Schmelzeleitungen zugeführten Polymerschmelzen gleichmäßig auf die Vielzahl der Düsenbohrungen verteilt werden. Zudem ist eine besonders strömungsgünstige Führung dabei gewährleistet.
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Damit in jeder der Düsenöffnungen beide Polymerschmelzen im wesentlichen unter gleichen Bedingungen extrudierbar sind, erfolgt gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante die Verteilung der Polymerschmelzen von den Verteilkammern zu den Düsenbohrungen durch ein aus mehreren Verteilplatten gebildetes Kanalsystem. Insbesondere lässt sich damit die Vielzahl der Schmelzeströme unter gleichem Druckabfall zwischen den Verteilkammern und den Düsenbohrungen führen.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Düsenplatte innerhalb der Spinndüse ausgebildet, die wahlweise mit symmetrischen oder unsymmetrischen Düsenöffnungen ausführbar ist.
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Die Düsenplatte ist hierzu auswechselbar in der Spinndüse gehalten, so dass je nach gewünschtem Grasfasertyp ein bestimmter Filamentquerschnitt aus zwei extrudierten Polymerschmelzen möglich ist.
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Um eine hohe Gleichmäßigkeit beim Extrudieren der Monofilamente zu erhalten, ist die Vorrichtung bevorzugt in der Weiterbildung ausgeführt, bei welcher die Düsenöffnungen in der Düsenplatte in einer kreisförmigen Anordnung nebeneinander angeordnet sind. Dabei können die Düsenöffnungen in einer Reihe oder in mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Reihen an der Düsenplatte ausgebildet sein.
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Die Gleichmäßigkeit beim Extrudieren der Monofilamente lässt sich noch dadurch verbessern, in dem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spinndüse zwischen einem ersten Schmelzeeinlass und der Düsenplatte eine erste kegelförmige Verteilkammer und zwischen einem zweiten Schmelzeeinlass und der Düsenplatte eine zweite kegelförmige Verteilkammer aufweist, wobei die Verteilkammern koaxial zueinander ausgebildet sind. Damit lassen sich beide Polymerschmelzen unter im wesentlichen gleichen Verweilzeiten innerhalb der Spinndüse führen.
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Um jede der Polymerschmelzen unter gleichen Schmelzedrücken extrudieren zu können, ist die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft, bei welcher den Verteilkammern auf einer Auslassseite eine Verteilplatte zugeordnet ist, welche mit nachfolgenden Verteilplatten ein Kanalsystem bildet, durch welches die Verteilkammern mit den Düsenöffnungen verbunden sind. Insoweit lassen sich unter gleichen Bedingungen eine hohe Vielzahl von Düsenöffnungen gleichzeitig mit beiden Polymerschmelzen versorgen.
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Die Verteilplatten sowie die Düsenplatte werden dabei bevorzugt in einem zylindrischen Gehäuse gehalten, so dass die Spinndüse vorteilhaft als ein mehrteiliges Düsenpaket ausführbar ist. Damit lässt sich die Spinndüse in einfacher Handhabung auswechselbar an einem Spinnkopf halten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben.
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Es stellen dar:
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1 schematisch eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
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2 schematisch eine Querschnittsansicht einer auswechselbaren Spinndüse an einem Spinnkopf
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3 schematisch ein Querschnitt eines Monofilamentes
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4 schematisch mehrere Querschnittsformen einer Düsenöffnung
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schmelzspinnen monofiler Grasfasern schematisch dargestellt. Das Ausführungsbeispiel weist zwei Extruder 1.1 und 1.2 auf, die durch separate Schmelzeleitungen 2.1 und 2.2 mit einem Spinnkopf 3 verbunden sind. Durch die Extruder 1.1 und 1.2 werden zwei unterschiedliche Polymerschmelzen erzeugt und unter Druck durch die Schmelzeleitungen 2.1 und 2.2 dem Spinnkopf 3 zugeführt. Die Polymerschmelzen können sowohl aus unterschiedlichen thermoplastischen Materialien als auch aus einem thermoplastischen Material mit unterschiedlichen Einfärbungen gebildet sein.
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Innerhalb des Spinnkopfes 3 ist eine Spinndüse 4 angeordnet, durch welche eine Vielzahl von Monofilamenten 6 extrudierbar sind. Hierbei besteht jedes der Monofilamente 6 aus den beiden zugeführten Polymerschmelzen, die durch die Spinndüse 4 in einer Seitenanordnung sandwichartig zu den Filamentquerschnitten extrudiert werden. Jedes der Monofilamente 6 wird so aus zwei Polymerschmelzen extrudiert. Zu der Funktion und dem Aufbau der Spinndüse 4 wird nachfolgend noch eine ergänzende Erläuterung gegeben.
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Dem Spinnkopf 3 ist ein Kühlbad 5 zugeordnet, das unmittelbar unterhalb der Spinndüse 4 angeordnet ist. Zum Abzug und Umlenken der Monofilamente 6 ist innerhalb des Kühlbades 5 eine Umlenkrolle 9 angeordnet, durch welche die Monofilamente als eine Schar aus dem Kühlbad 5 abziehbar sind.
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Zum Abzug und Verstrecken der Monofilamente 6 sind mehrere Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 hintereinander angeordnet. Die Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 weisen mehrere angetriebene Galetten 8 auf, an deren Umfang die Monofilamente 6 im parallelen Lauf nebeneinander mit einfacher Umschlingung geführt sind.
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Zwischen dem Kühlbad 5 und dem ersten Galettenwerk 7.1 ist eine Trockeneinrichtung 30 vorgesehen, um die durch die Monofilamente 6 mitgeschleppte und anhaftende Kühlflüssigkeit zu sammeln und von den Monofilamenten 6 abzusaugen. Zwischen den Galettenlieferwerken 7.1 und 7.2 ist eine Heizeinrichtung 10 angeordnet. Die Heizeinrichtung 10 könnte beispielsweise durch einen Umluftofen gebildet sein, in welchem die Monofilamente 6 auf eine Verstrecktemperatur erwärmt werden. Zum Verstrecken der Monofilamente 6 werden die Galetten 8 der Galettenlieferwerke 7.1 und 7.2 mit einer Geschwindigkeitsdifferenz angetrieben.
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Nach dem Verstrecken werden Monofilamente
6 über eine Führungsleiste
11 in Gruppen zu Faserbündeln zusammengeführt und einer Umwindestation
13 sowie einer Aufspulstation
14 zugeführt. Derartige Umwindestationen
13 und Aufwickelstationen
14 sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der
PCT/EP2009/063291 beschrieben. Insoweit wird zu der Druckschrift Bezug genommen und keine weitere Erläuterung an dieser Stelle gegeben.
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Pro Faserbündel ist eine Umwindestation und eine Aufspulstation vorgesehen, so dass für jedes erzeugte Faserbündel jeweils eine von mehreren Umwindestationen 13 und eine von mehreren Aufspulstationen 14 vorgesehen ist. In den Umwindestationen 13 werden die Faserbündel jeweils mit einem Verbundfaden umwunden, so dass das Faserbündel als ein Grasgarn zu einer Spule in den Aufspulstationen 14 aufgewickelt werden kann. Derartige Grasgarne lassen sich dann unmittelbar einem Tuftingprozess zur Erzeugung eines Kunstrasens vorlegen.
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Um die monofilen Grasfasern zu extrudieren, wird vorzugsweise die in 2 dargestellte Spinndüse verwendet, die beispielsweise in dem Spinnkopf 3 des Ausführungsbeispiel nach 1 einsetzbar ist. In 2 ist der Spinnkopf 3 mit der Spinndüse 4 schematisch in einer Querschnittsansicht gezeigt. Der Spinnkopf 3 weist hierzu einen Düsenträger 15 auf, an dessen Unterseite die Spinndüse 4 lösbar und austauschbar gehalten ist. Der Düsenträger 15 weist an seiner Oberseite zwei Schmelzeanschlüsse 17.1 und 17.2 auf, die mit den Schmelzeleitungen 2.1 und 2.2 verbunden sind. An der Unterseite besitzt der Düsenträger 15 eine Anschlussplatte 16, an welchem die Spinndüse 4 mit einer Einlassseite anschließbar ist. Die Anschlussplatte 16 ist über eine mittlere Einlassbohrung 18 mit dem Schmelzeanschluss 17.1 und über einen konzentrisch angeordneten Einlasskanal 19 mit dem Schmelzeanschluss 17.2 verbunden.
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Die Spinndüse 4 ist als Düsenpaket ausgebildet und weist ein Gehäuse 28 auf, in welchem mehrere Platten gestapelt aufeinander liegen. An einer Unterseite der Spinndüse 4 ist eine Düsenplatte 24 vorgesehen, die sich unmittelbar an einem umlaufenden Kragen des Gehäuses 28 abstützt. Die Düsenplatte 24 weist mehrere Düsenöffnungen 25 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel auf zwei konzentrisch zueinander angeordnete Teilkreise verteilt angeordnet sind. Der Düsenplatte 24 folgt im Innern des Gehäuses 28 mehrere Verteilplatten 22.1 bis 22.4, die durch zahlreiche Nuten und Öffnungen ein Kanalsystem 23 bilden. An der Oberseite der Verteilplatten 22.1 bis 22.4 schließen sich mehrere Kammerplatten 21.1, 21.2 und 21.3 an, die in einer geschachtelten Anordnung zwischen sich jeweils zwei Verteilkammern 20.1 und 20.2 ausbilden. So ist im Zentrum der Spinndüse 4 eine erste kegelförmige Kammerplatte 21.1 vorgesehen, die im Abstand von einer zweiten kegelförmigen Kammerplatte 21.2 umschlossen wird und die erste Verteilkammer 20.1 bildet. Die Verteilkammer 21.1 ist über die Einlassbohrung 18 in der Anschlussplatte 16 mit dem Schmelzeanschluss 17.1 verbunden. Konzentrisch zu der Verteilkammer 20.1 ist durch eine im Abstand zu der Kammerplatte 21.2 angeordnete weitere Kammerplatte 21.3 eine zweite Verteilkammer 20.2 gebildet. Die Verteilkammer 20.2 ist über den Einlasskanal 19 in der Anschlussplatte 16 mit dem Schmelzeanschluss 17.2 verbunden. Der Plattenstapel ist innerhalb des Gehäuses 28 durch mehrere Fixiermittel 31 fixiert.
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Um die in die Verteilkammern 20.1 und 20.2 eingeleiteten Polymerschmelzen zu den einzelnen Düsenöffnungen 25 in der Düsenplatte 24 zu führen, ist das durch die Verteilplatten 22.1 bis 22.4 erzeugte Kanalsystem 23 derart ausgebildet, dass jede der Düsenöffnungen 25 mit beiden Verteilkammern 20.1 und 20.2 verbunden ist. Somit wird in jeder der Düsenöffnungen 25 ein aus zwei Polymerschmelzen gebildeter Filamentquerschnitt extrudiert.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Spinndüse 4 ist besonders vorteilhaft, um eine gleichmäßige Verteilung beider Polymerschmelzen auf eine große Vielzahl von Düsenöffnungen zu ermöglichen. Insbesondere lassen sich gleiche Verweilzeiten bei der Zuführung der Polymerschmelzen erreichen.
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In jeder der Düsenöffnungen 25 werden die Polymerschmelzen in einer Seitenanordnung zueinander zu jeweils einem Filamentquerschnitt extrudiert. in 3 ist hierzu schematisch ein Filamentquerschnitt 26 gezeigt. Der Filamentquerschnitt weist eine längliche – in diesem Fall ovale – Form auf. Der Filamentquerschnitt 26 bildet zwei gegenüberliegende Längsseiten 27.1 und 27.2. Die Längsseiten 27.1 und 27.2 sind symmetrisch ausgebildet und werden durch jeweils eine der Polymerschmelzen gebildet. Die Polymerschmelzen sind in diesem Ausführungsbeispiel durch die Bezugszeichen A und B gekennzeichnet. Die Polymerschmelzen können hierbei aus einem Grundpolymer gebildet sein, wobei die Unterschiede durch unterschiedliche Zugaben von Additiven erzeugt werden. So lässt sich beispielsweise die Längsseite 27.1 mit einer hellgrünen Färbung und die Längsseite 27.2 mit einer dunkelgrünen Färbung des Polymers ausführen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Komponenten A und B durch unterschiedliche thermoplastische Materialien zu bilden. Hierbei können thermoplastische Materialien wie beispielsweise PP, LLDPE, HDPE oder PA in Kombination oder in Varianten verwendet werden.
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Um insbesondere die Struktur der Grasfasern zu beeinflussen, lassen sich die Düsenöffnungen 25 in der Düsenplatte 24 wahlweise auch durch unsymmetrische Formen ausbilden. Hierzu sind in 4 einige Ausführungsbeispiele von Querschnitten der Düsenöffnungen 25 gezeigt.
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In 4.1 ist eine unsymmetrische Düsenöffnungen 25 dargestellt, bei welcher an einer der Längsseiten 27.1 eine zentrische Verdickung 32 ausgebildet. Die gegenüberliegende Längsseite 27.2 weist demgegenüber keine Verdickung auf.
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In 4.2 ist demgegenüber eine Düsenöffnung 25 gezeigt, bei welcher die Längsseite 27.1 identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach 4.1 ausgebildet ist. Zur weiteren Stabilität der Grasfaser sind an der Längsseite 27.2 zwei außermittig angeordnete Verdickungen 32 vorgesehen.
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In 4.3 ist eine weitere mögliche Ausführungsform einer Düsenöffnung 25 gezeigt. Hierbei ist die Düsenöffnung 25 gekrümmt ausgebildet, wobei an den Endbereichen sowie im mittleren Bereich Verdickungen 32 vorgesehen sind.
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Die in 4 dargestellten Ausführungsbeispiele von unsymmetrischen Düsenöffnungen sind beispielhaft. Grundsätzlich sind auch ähnlich – hier nicht dargestellte – symmetrische und unsymmetrische längliche Düsenöffnungsformen möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1.1, 1.2
- Extruder
- 2.1, 2.2
- Schmelzeleitung
- 3
- Spinnkopf
- 4
- Spinndüse
- 5
- Kühlbad
- 6
- Monofilamente
- 7.1, 7.2
- Galettenlieferwerk
- 8
- Galetten
- 9
- Umlenkrolle
- 10
- Heizeinrichtung
- 11
- Führungsleiste
- 12
- Faserbündel
- 13
- Umwindestation
- 14
- Aufspulstation
- 15
- Düsenträger
- 16
- Anschlussplatte
- 17.1, 17.2
- Schmelzeanschluss
- 18
- Einlassbohrung
- 19
- Einlasskanal
- 20.1, 20.2
- Verteilkammer
- 21.1, 21.2, 21.3
- Kammerplatten
- 22.1, 22.2, 22.3, 22.4
- Verteilerplatten
- 23
- Kanalsystem
- 24
- Düsenplatte
- 25
- Düsenöffnung
- 26
- Filamentquerschnitt
- 27.1, 27.2
- Längsseiten
- 28
- Gehäuse
- 29
- Heizbänder
- 30
- Trockeneinrichtung
- 31
- Fixiermittel
- 32
- Verdickung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/111281 A1 [0003]
- EP 2009/063291 [0029]