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Die
Erfindung betrifft Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff mit
in wenigstens einem Teilbereich ihrer Wandung vorgesehener Sieb-
oder Gitterstruktur mit geringer Siebmaschenweite bzw. geringer
Größe der Gitter-Durchgangsöffnungen,
insbesondere in Behältern
oder Verschlüssen
für Behälter, die
zur Aufnahme von feuchtigkeitsempfindlichem Füllgut bestimmt sind, sowie
ein Verfahren zur Herstellung solcher Bauteile.
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Kunststoff-Bauteile,
die in Teilbereichen mit einer Sieb- oder Gitterstruktur versehen sind,
sind für die
unterschiedlichsten Anwendungsfälle
bekannt. Als Beispiel sei hier nur auf Kunststoff-Siebe, Streubehälter für körniges oder
pulvriges Füllgut
etc. genannt. Die Herstellung solcher mit Durchgangsöffnung versehener
Bauteile aus thermoplastischem Kunststoff im Spritzgussverfahren
erfolgt in solchen Fällen,
in denen die lichte Größe der Durchgangsöffnung der
Sieb- oder Gitterstruktur hinreichend groß ist, d.h. die Siebmaschenweite
bzw. der Durchgangsquerschnitt der zwischen den Gitterstegen gebildeten Öffnung und
die zwischen den Öffnungen
verbleibenden Stege eine hinreichende Größe haben, durch entsprechende
Ausgestaltung der Spritzgussformen. Problematisch wird die Herstellung
integrierter Sieb- oder Gitterstrukturen in Kunststoff-Bauteilen
aber dann, wenn die Sieb- oder Gitteröffnungen nur sehr geringe Größe haben
dürfen
und die zwischen den Durchgangsöffnungen
verbleibenden Stege ebenfalls nur eine sehr geringe Breite haben
sollen, um einen möglichst
großen
Durchlass-Gesamtquerschnitt zu erreichen, beispielsweise bei Gehäusen von
Filterpatronen zum Ausfiltern von feinen Partikeln aus Flüssigkeiten
oder auch von in Kunststoff-Bauteilen gebildeten Kammern, in denen
fein granuliertes Material vorgesehen ist, welches als Trockenstoff
zur Absorption von Wasserdampf vorgesehen ist. Die Herstellung von
Spritzgussformen für
die integrale Herstellung von Bauteilen mit solchen feinmaschigen Sieb-
oder Gitterstrukturen ist praktisch nicht beherrschbar, da für jede Durchgangsöffnung ein
entsprechend feiner nadelartiger Formenkern vorgesehen werden müsste. In
der Praxis wurden solche feinen Sieb- oder Gitterstrukturen in Kunststoff-Bauteilen
bisher dadurch erzeugt, dass gesonderte Sieb- oder Gitterabschnitte
in die Spritzgussform eingelegt und beim anschließenden Abspritzen
der Form im Randbereich in den eingespritzten Kunststoff eingebettet
wurden. Es ist klar, dass die Herstellung solcher Bauteile mit gesondert
in die Spritzgussform einzulegenden und anschließend im Material des Bauteils
einzubettenden Sieben aufwändig
und dementsprechend teuer ist.
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, Kunststoff-Bauteile mit bereichsweise vorgesehener
Sieb- oder Gitterstruktur
mit geringer Sieb-Maschenweite bzw. geringer Größe der Durchgangsöffnungen
und vergleichsweise hohem Durchtrittsquerschnitt, insbesondere in
Behältern oder
Verschlüssen
von Behältern,
die zur Aufnahme von feuchtigkeitsempfindlichem Füllgut bestimmt sind,
zu schaffen, bei denen die Sieb- oder Gitterstruktur integral mit
den restlichen Bauteilen hergestellt ist, ohne dass hierfür gesonderte
Gitter oder Siebe verwendet und vor dem Abspritzen in die Formen
eingelegt und fixiert werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die in dem bzw. den Teilbereich(en) vorgesehene Struktur von
zwei Gruppen von sich über
den jeweiligen Teilbereich erstreckenden parallelen Rippen gebildet
wird, von denen die Rippen der einen Gruppe unter einem Winkel zu
den Rippen der zweiten Gruppe verlaufen, und dass die Rippen der
ersten Gruppe zu den Rippen der zweiten Gruppe in Sieb- oder Gitter-Durchlassrichtung
um das Maß der
Höhe der
Rippen der ersten Gruppe versetzt zu den Rippen der zweiten Gruppe
angeordnet sind. In den Kreuzungspunkten liegen also die Rippen
der ersten und der zweiten Gruppe aneinander an und bilden so ein
stabiles Gittergerüste,
während zwischen
den Kreuzungspunkten Durchlassöffnungen
der angestrebten geringen Größe bildbar
sind. Da die so gebildete Sieb- oder Gitterstruktur durch entsprechende
Bemessung der Höhe
der Rippen in Durchlassrichtung auch hinreichend steif ausgebildet werden
kann, ist gewährleistet,
dass auch bei den im Gebrauch auftretenden Strömungskräften keine Beschädigung der
Gitterstruktur erfolgt. Die für
die Herstellung solcher Rippen erforderliche Gestaltung der Spritzgussform
ist dabei – auch
bei schmalen und eng benachbarten Rippen – beherrschbar, so dass also
auch die zu verwendenden Spritzgussformen ohne spezielle gesonderte
Kern-Einsätze
für die Durchlassöffnungen
herstellbar sind.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung sind die Rippen der erste
Gruppe etwa rechtwinklig zu den Rippen der zweiten Gruppe verlaufend
angeordnet, wodurch dann in der Draufsicht quadratische oder rechteckige
Durchgangsöffnungen
entstehen. Für
Sonderfälle
können
die Rippen der beiden Gruppe aber auch unter abweichenden Winkeln
verlaufen, so dass dann rautenförmige
Durchgangsöffnungen entstehen.
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Aus
strömungstechnischen
Gründen
und auch aus Gründen
der Erleichterung der Entformung der Bauteile empfiehlt es sich,
die Rippen der ersten und/oder der zweiten Gruppe so auszubilden,
dass sie einen sich von den aneinander anliegenden Basisflächen aus
in Richtung zur freien Stirnfläche
verjüngenden
Querschnitt aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgestaltung
auch so getroffen sein, dass die Rippen der ersten und/oder der
zweiten Gruppe an ihren, den aneinander anliegenden Basisflächen gegenüberliegenden
freien Stirnflächen jeweils
einen, zumindest in den Übergangsbereichen zu
den Seitenflächen
bogenförmig
abgerundeten Querschnitt aufweisen, aus welcher auch eine Erhöhung der
Stabilität
der entsprechenden Werkzeugpartien und somit eine Erhöhung der
Lebensdauer der Spritzgussform resultiert.
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Bezüglich der
Füllung
des Formenhohlraums vom Bereich der Gitterstruktur her kann es von
Vorteil sein, wenn wenigstens eine etwa mittig innerhalb der Rippen
einer der beiden Rippen-Gruppen verlaufende Rippe eine größere Breite
als die restlichen Rippen dieser Rippen-Gruppe aufweist bzw. aufweisen. Eine
solche etwa mittig innerhalb der Rippen der Rippen-Gruppe verlaufende
Rippe größerer Breite
kann auch in beiden Rippen-Gruppen vorgesehen werden. Die die breiteren
Rippen erzeugenden kanalartigen Formenhohlräume erlauben infolge ihres
geringeren Fließwiderstands
eine schnellere vollständige
Füllung
der Form. Sie stellen also Fließhilfen
dar, wobei außerdem
durch die höhere
Stabilität
der breiteren Rippen die Gitterstruktur insgesamt steifer und somit höher belastbar
ausgebildet wird.
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Zur
Herstellung der integralen Sieb- oder Gitterstrukturen in Teilbereichen
der Wandung von Bauteilen aus thermoplastischem Kunststoff der vorstehenden
Ausgestaltung wird dabei zweckmäßig so verfahren,
dass die Sieb- oder Gitterstruktur durch Einspritzen von schmelzflüssigem Kunststoff
in die zwischen zwei Formteilen der Spritzgussform für den Bauteil
als komplementäre
Hohlform der zu erzeugenden Sieb- bzw.
Gitterstruktur gebildeten Bereiche unter Druck durchgeführt und
im gleichen Einspritzzyklus der restliche Formenhohlraum des Bauteils mit
schmelzflüssigem
Kunststoff abgespritzt wird, worauf der den Formenhohlraum füllende Kunststoff in
der Form auf einen eigenstabilen festen Zustand abgekühlt, die
Form geöffnet
und der Bauteil aus der Form ausgeworfen wird.
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Als
vorteilhaft bezüglich
der einwandfreien zwangsweisen Füllung
des Formenhohlraums der Spritzgussform mit dem schmelzflüssigen Kunststoff unter
Vermeidung von Schmelzzusammenflüssen und
Luftenschlüssen über andere
Parteien der Form zur Gitterstruktur hat sich eine Verfahrensweise
herausgestellt, bei welcher der schmelzflüssige Kunststoff etwa mittig
in den bzw. die die Sieb- oder Gitterstruktur des Bauteils bildenden
Bereich(e) des Formenhohlraums der Spritzgussform eingespritzt und so
von diesem bzw. diesen Einspritzpunkt(en) aus der Formenhohlraum
mit dem schmelzflüssigen Kunststoff
gefüllt
wird bzw. werden.
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Wenn
die im Bereich des Einspritzpunkts liegende Rippe einer oder beider
Rippen-Gruppe(n) eine größere Breite
als die restlichen Rippen der ihr zugeordneten Rippen-Gruppe des
zu erzeugenden Bauteils aufweist, empfiehlt es sich, den schmelzflüssigen Kunststoff
etwa mittig in den bzw. die die größere Breite aufweisende(n)
Rippe(n) bildenden Bereiche) einzuspritzen.
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Die
Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
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1 als erstes Ausführungsbeispiel
die Seitenansicht eines Kunststoff-Verschlussstopfens für zur Aufnahme
von feuchtigkeitsempfindlichem Füllgut
bestimmten rohrförmigen
oder flaschenförmigen
Behältern;
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2 eine Schnittansicht, gesehen
in Richtung der Pfeile 2-2 in 1;
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3 eine Unteransicht, gesehen
in Richtung des Pfeils 3 in 1;
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4 eine Ansicht eines der
mit der erfindungsgemäßen Sieb-
oder Gitterstruktur versehenen Bereichs in vergrößertem Maßstab, gesehen in Richtung
des Pfeils 4 in 2;
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5 den in 4 innerhalb des strichpunktierten Bereichs 5 gelegenen
Bereich der Gitterstruktur in vergrößertem Maßstab;
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6 eine Schnittansicht, gesehen
in Richtung der Pfeile 6-6 in 5;
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7 eine Schnittansicht, gesehen
in Richtung der Pfeile 7-7 in 5;
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8 eine Draufsicht auf die
Außenseite
einer in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten abgewandelten
Sieb- oder Gitterstruktur als zweites Ausführungsbeispiel;
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9 als drittes und bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
die Seitenansicht eines zylindrischen Kunststoff-Behälters, in
welchem eine zur Aufnahme eines granulatförmigen Trockenstoffs bestimmte
Trockenstoffkammer gebildet ist, die durch eine in der erfindungsgemäßen Weise
ausgebildete Sieb- oder Gitterstruktur vom Behälterinnern abgeschlossen ist;
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10 eine Schnittansicht,
gesehen in Richtung der Pfeile 10-10 in 9; und
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11 eine Schnittansicht,
gesehen in Richtung der Pfeile 11-11 in 10 in vergrößertem Maßstab.
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In
den 1 bis 3 ist als Ausführungsbeispiel
für einen
in der erfindungsgemäßen Weise
mit einer feinmaschigen Sieb- bzw. Gitterstruktur versehenen Bauteil
ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter Trockenstoff-Verschlussstopfen
aus thermoplastischem Kunststoff dargestellt, welcher zum Verschließen von
mit feuchtigkeitsempfindlichem Füllgut,
z.B. hygroskopischen Chemikalien oder Arzneimitteln, zu befüllenden
rohrförmigen
oder flaschenförmigen
Behältern
dient. Der Verschlussstopfen 10 setzt sich aus dem in die
Mündung
des zu verschließenden
Behälters
einsetzbaren zylindrischen oder sich zum vorderen Ende hin leicht
konisch verjüngenden
eigentlichen hohlen Stopfenteil 12 mit – im dargestellten Fall – drei in
Längsrichtung
zueinander beabstandeten radial von der Umfangswandung vortretenden
Dicht lamellen 14 und einer am rückwärtigen Ende angespritzten,
den Stopfenteil 12 radial überragenden Griffplatte 16 zusammen,
die eine mittige angesenkte Durchgangsöffnung 18 aufweist, welche
durch eine eingerastete Verschlussplatte 20 verschlossen
ist. Vor dem Einrasten der Verschlussplatte 20 kann also
in das eine Trockenstoffkammer bildende hohle Innere des Stopfenteils 12 ein
granulierter Trockenstoff, beispielsweise Silikagel oder auch ein
Molekularsieb-Material eingefüllt
werden. Die der Griffplatte 16 gegenüberliegende vordere Stirnseite
des Stopfenteils 12 ist durch eine integral angespritzte
Gitterstruktur 22 verschlossen, welche das ins hohle Stopfeninnere
eingefüllte
Trockenstoff-Granulat im Stopfen zurückhält, den Austausch von Wasserdampf
aus dem verschlossenen Behälter ins
Stopfeninnere jedoch ermöglicht.
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Die
den behälterinneren
Abschluss des Stopfenteils 12 bildende Gitterstruktur 22 ist
nachstehend in Verbindung mit der sie in vergrößerndem Maßstab zeigenden 4 sowie den 5 bis 7 näher beschrieben.
Die innerhalb der behälterseitigen Mündung des
Stopfenteils 12 ausgebildete Gitterstruktur 22 wird
von zwei Gruppen von sich parallel über den jeweiligen Teilbereich
erstreckenden und – im
dargestellten Fall – rechtwinklig
zueinander verlaufenden schmalen Rippen 24a, 24b gebildet,
von denen die in 4 und 5 in der Unteransicht durchlaufenden
Rippen 24a der ersten Gruppe relativ zu den zum Teil durch
die Rippen 24a verdeckten Rippen 24b der zweiten
Gruppe in Sieb- oder Gitter-Durchlassrichtung ins Stopfeninnere
hin versetzt angeordnet sind. Das Maß dieser Versetzung entspricht
dem Höhenmaß der Rippen 24a der
Gruppe 1, so dass also die Rippen 24a und die Rippen 24b jeweils
in ihren Kreuzungspunkten aneinander anliegen und so die integrale
Gitterstruktur 22 bilden, wobei die Enden der Rippen 24a und 24b integral
in den umlaufenden Mündungs-Wandbereich
des Stopfenteils 12 übergehen.
Zwischen den Kreuzungspunkten der beiden Gruppen von Rippen 24a, 24b verbleiben dann
Durchlassöffnungen 26, deren
lichte Querschnittsfläche
durch den Abstand zwischen den parallelen Rippen der beiden Gruppen
bestimmt ist. Die Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit der Gitterstruktur 22 ist
aufgrund des integralen Gitterverbands vergleichsweise hoch und
kann in gewissem Umfang noch durch Bemessung der Höhe der Rippen 24a und/oder 24b beeinflusst
werden.
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Die
Rippen 24a der ersten Gruppe haben beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
die in den 6 und 7 ersichtliche Querschnittsform,
d.h. ihr Querschnitt verjüngt
sich von der gemeinsamen Basisfläche
zu den Rippen 24b aus trapezartig, wobei ihre den Basisflächen gegenüberliegenden
freien Stirnflächen
nicht geradlinig begrenzt, sondern zumindest im Übergangsbereich zu den die
Rippen seitlich begrenzenden Flächen
bogenförmig
abgerundet sind. Zweckmäßig gilt
dies auch für
die Querschnittsform der Rippen 24b der zweiten Gruppe.
Dadurch wird eine strömungstechnisch
vorteilhafte Zu- und Abströmung
für das
durch die Durchlassöffnung 26 hindurchtretende
Medium erhalten. Außerdem
ermöglicht
diese Rippen-Querschnittsform auch eine entformungstechnisch günstige Ausgestaltung
der die Siebstrukturen bildenden Bereiche der Spritzgussformen,
in welchen die Gehäuse 10 hergestellt werden,
und hat vorteilhafte Auswirkungen auf die Stabilität der die
Rippen bildenden Stege der zugehörigen
Spritzgussform.
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Spritzgusstechnische
Vorteile bezüglich
der schnellen, von lufteinschlussfreien und gleichmäßigen Füllung der
Spritzgussform und somit einer exakten Ausbildung der Gitterstruktur
werden auch dadurch erhalten, dass die Einspritzpunkte 28 für den schmelzflüssigen Kunststoff
in der in den 3 und 4 erkennbaren Weise etwa
mittig in den die Sieb- oder Gitterstruktur bildenden Bereichen 22 erfolgt.
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In 8 ist eine gegenüber dem
vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel
abgewandelte Sieb- und Gitterstruktur 22' in Draufsicht ge zeigt. Die Ausbildung
des Bodens der Trockenstoffkammer in der erfindungsgemäßen Weise
als integrale Sieb- oder Gitterstruktur 22' gemäß 8 erfordert dann die Befüllung der Kammer
mit dem Trockenstoff über
die Durchlassöffnung 18 in
der Griffplatte 16 der Außenseite des Verschlussstopfens 10,
die ihrerseits nach Einbringung des Trockenstoffs mit der Verschlussplatte 20 verschlossen
wird. Dieses Befüllen
der Kammer von der Außenseite
und das nachfolgende Verschließen
ist aber produktionstechnisch vorteilhaft. Die Füllung des Behälters mit
dem feuchtigkeitsempfindlichen Füllgut,
das Einsetzen des Verschlussstopfens in den Behälter, die anschließende Befüllung der
Trockenstoffkammer mit dem Trockenstoff und das abschließende äußere Verschließen der
Trockenstoffkammer mit der Verschlussplatte kann dann nämlich in
aufeinanderfolgenden Stationen einer Abfüllanlage erfolgen.
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Abgesehen
von der kreisförmigen
Begrenzung unterscheidet sich die Sieb- oder Gitterstruktur 22' gemäß 8 dadurch von der vorstehend
in Verbindung mit 1 bis 7 beschriebenen Struktur,
dass jeweils eine mittige Rippe 25a bzw. 25b jeder
der beiden sich kreuzenden Rippen-Gruppen eine größere Breite
als die restlichen Rippen 24a, 24b der gleichen Gruppe
aufweist. Diese breiteren Rippen 25a, 25b haben
den Vorteil, dass sie als Fließhilfen
die schnelle und vollständige
Füllung
des Formenhohlraums der Spritzgussform fördern und darüber hinaus
auch die Steifigkeit der Sieb- oder Gitterstruktur erhöht wird.
Die Einspritzung des schmelzflüssigen
Kunststoffs in die Spritzgussform erfolgt dabei jeweils im Bereich
der Mitte der breiteren Rippe, d.h. im Kreuzungsbereich der beiden
sich kreuzenden breiteren Rippen 25a, 25b.
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Das
in den 9 bis 11 gezeigte Ausführungsbeispiel
ist ein zylindrischer Kunststoffbehälter 10', dessen zylindrische Wandung 12' an den beiden stirnseitigen
Enden offen mündet.
Die in den Zeichnungsfiguren 9 und 10 oben liegende offene
Mündung
ist durch einen die zylindrische Wandung 12' übergreifenden – nicht
gezeigten – Schraubdeckel verschließbar. In 9 sind die integral auf
der Außenseite
der zylindrischen Wandung 12 angespritzten vortretenden
Gewindegänge 14' erkennbar,
auf welche der Schraubdeckel aufgeschraubt werden kann. Der von
der zylindrischen Wandung 12' umschlossene
Innenraum ist durch eine in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete integrale
Gitterstruktur 22' in
eine untere, zur Aufnahme eines hygroskopischen Trockenstoff-Granulats
und eine obere, zur Aufnahme von feuchtigkeitsempfindlichem Füllgut bestimmte
Kammer unterteilt. Die integrale Gitterstruktur 22' ist durch sich
rechtwinklig kreuzende integral in die Wandung 12' übergehende
Rippen 25a und 25b in vier Sektoren 22a,
b, c und d unterteilt, die ihrerseits durch Rippen 24a bzw. 24b geschlossen
sind, welche in der in Verbindung mit den 5 bis 7 beschriebenen
Weise ausgebildet und angeordnet sind und somit die eigentliche,
für Wasserdampf
durchlässige
Gitterstruktur bilden. Die breiteren Rippen 25a und 25b dienen
demgegenüber
der Stabilisierung und sie stellen bei der Produktion der Behälter 10' Fließwege für den bei
der Herstellung schmelzflüssigen
verwendeten thermoplastischen Kunststoff dar, wobei auch in diesem
Fall die Einspritzung des schmelzflüssigen Kunststoffs in die Spritzgussform
jeweils im vergrößerten mittleren
Bereich 28 der sich kreuzenden breiteren Rippen 25a, 25b erfolgt.
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Es
ist klar, dass im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und
Weiterbildungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels verwirklichbar sind.
Festzuhalten ist jedenfalls, dass es mit der erfindungsgemäßen Struktur
gelingt, auch sehr feine Sieb- und Gitterstrukturen integral in
Teilbereichen von aus thermoplastischem Kunststoff hergestellten Bauteilen
zu erzeugen.