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Die
Erfindung betrifft ein Kältegerät nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Um
den Innenraum eines Kältegeräts zu kühlen
ist üblicherweise ein Kältekreislauf vorgesehen,
in dem ein Kältemittel zirkuliert. Dieses Kältemittel
expandiert in den im Innenraum montierten Verdampfer und nimmt dort
Wärme aus dem Innenraum auf. Durch das Öffnen
der Türe gelangt mehr oder minder feuchte Luft in den gekühlten
Innenraum. Diese Feuchtigkeit schlägt sich während
des Betriebs zunächst in Form von Reif an dem Verdampfer
nieder, um dann allmählich in Eis überzugehen.
In Gefriergeräten beträgt auch die Wandtemperatur
weniger als 0°C, so dass sich im Laufe der Zeit auch die Wände
mit einer Eisschicht überziehen. Da sich insbesondere eine
dicke Eisschicht auf dem Verdampfer negativ auf den Wärmeübergang
von der Luft im Innenraum auf das Kältemittel in dem Verdampfer
auswirkt, muss der Verdichter sehr lange betrieben werden, um den
Innenraum entsprechend abzukühlen. Die Eisschicht auf dem
Verdampfer muss daher abgetaut werden.
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Kältegeräte
früherer Baujahre mussten manuell abgetaut werden, indem
sie ausgeschaltet und die Türen geöffnet wurden.
Die Eisschicht ließ man beim Abschmelzen in einen extra
Behälter ablaufen oder entfernte sie aus dem Innenraum,
nachdem sie sich durch die eingetragene Wärme von dem Verdampfer
oder den Wänden gelöst hatte. Ein solches Abtauen
war immer mit hohem Aufwand verbunden, da das Kühlgut für
den Zeitraum des Abtauens, der sich über mehrere Stunden
hinziehen konnte, nicht in dem Kältegerät verbleiben
konnte, sondern umgelagert werden musste. Aber nur das regelmäßige
Befreien des Verdampfers von seiner Eisschicht gewährleistet
einen geringen Stromverbrauch und somit effizientes Kühlen.
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Moderne
Kühl- und Gefriergeräte besitzen in der Regel
eine Abtauautomatik. Hierbei wird das Eis, das sich an dem Verdampfer
gebildet und dessen Kühlleistung vermindert hat, verflüssigt,
um es in einen extra Behälter ablaufen zu lassen. Verdampfer derartiger
Kältegeräte sind mit einer Heizeinrichtung ausgestattet,
die bei vorgegebenen Bedingungen betrieben wird und den Verdampfer
auf Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes er wärmt. In
der
DE 100 53 422
A1 ist eine Abtauautomatik beschrieben, die aufgrund der
Erfassung verschiedener Parameter einen ökonomisch sinnvollen
Zeitpunkt für den Abtauvorgang findet.
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Um
zu verhindern, dass während des Abtauvorgangs das Kühl-
oder Gefriergut erwärmt wird, ist der Verdampfer bei Geräten
mit Abtauautomatik üblicherweise in einer von dem gekühlten
Innenraum abgeschlossenen Kammer untergebracht. Während
der normalen Kühlphasen findet mittels eines Umluftsystems
ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum und der Verdampferkammer
statt. Diese Kammer ist meist zur Rückseite des Kältegeräts
und nach einer Seite hin schräg abfallend ausgebildet.
Die an dem Verdampfer zu Eis abgeschiedene Luftfeuchtigkeit wird
automatisch oder nach Bedarf abgetaut und die entstehende Flüssigkeit
fließt aufgrund der Schräge an einer Stelle der
Kammer zusammen und wird von dort durch die Rückwand in
eine Auffangschale geleitet, die sich im Maschinenraum befindet.
Dort verdunstet die Flüssigkeit durch die Abwärme
des Verdichters. Während des Abtauvorganges wird der Luftaustausch
zwischen Innenraum und Verdampferkammer, der die zu kühlende
Luft dem Verdampfer zuführt, unterbrochen. Dadurch gelangt
keine durch die Heizeinrichtung erwärmte Luft in den gekühlten Innenraum.
Somit hat der Abtauvorgang keinen negativen Einfluss auf das Kühlgut.
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Der
Kältekreislauf weist an der Außenseite des Kältegeräts
einen Verflüssiger auf, der die im Innenraum von dem Kältemittel
aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Um den
notwendigen Wärmeaustausch gewährleisten zu können, muss
der Verflüssiger eine bestimmte Größe
aufweisen, die insbesondere bei Einbaugeräten auf Kosten der
Größe des gekühlten Innenraums geht.
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Unter
Beibehaltung der Außenabmessungen des Kältegeräts
führt eine Vergrößerung des gekühlten
Innenraums zu einer Verkleinerung des Verflüssigers. Im
Gegenzug benötigt nun der Verflüssiger ein Gebläse,
das im Stande ist, die durch den Verflüssiger entstandene
Wärme abzuführen. Meist wird das Gebläse
so positioniert, dass es zugleich auch den Verdichter zwangsbelüftet.
Eine solche Ausführung ist in der
DE 10 2004 058 198 A1 beschrieben.
Typischerweise werden solche Gebläse mit dem Verdichter
parallel betrieben.
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Um
Kühlgeräte möglichst energieeffizient
zu gestalten, werden elektrische Verbraucher wie z. B. Verdichter
oder Gebläse verbaut, die genau für die benötigte
Leistung ausgelegt und keinesfalls überdimensioniert sind.
Damit bauen diese elektrischen Verbraucher sehr klein und benötigen
wenig Strom.
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Wenn
der gekühlte Innenraum seine voreingestellte Temperatur
erreicht hat, wird der Betrieb des Verdichters und damit auch des
Gebläses unterbrochen und der Verdampfer nimmt keine Wärme mehr
aus dem Innenraum des Kältegerätes auf. Der Verflüssiger
heizt sich jedoch in den Ruhepausen des Verdichters stärker
auf. Das lässt sich dadurch begründen, dass das
unter Druck stehende Gas auch nach dem Abschalten des Verdichters
verflüssigt wird und dabei Wärme frei wird. Diese
Wärme wird jedoch durch das Gebläse nicht mehr
abgeführt. Auch der Verdichter strahlt weiter Wärme
ab, die ebenfalls durch das Gebläse nicht mehr abgeleitet wird
und den Verflüssiger zusätzlich aufheizt. Das kann
dazu führen, dass der Verflüssiger nicht mehr die
angestrebte Wirkung erzielt und sich im gesamten Kältekreislauf
nur noch gasförmiges Kältemittel befindet.
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Wenn
aufgrund des Wärmeeintrags durch die Isolierung oder das Öffnen
der Kältegerätetür die Temperatur im
Innenraum eine bestimmte Höhe erreicht hat, läuft
der Verdichter wieder an. Für die Kälteerzeugung
im Verdampfer wird flüssiges Kältemittel in dem
Verflüssiger benötigt, welches im Verdampfer in
den gasförmigen Zustand expandiert werden kann. Ist nun
aber in dem Verflüssiger beim Wiederanlauf des Verdichters
nur gasförmiges Kältemittel vorhanden, wird trotz
Aktivierung des Verdichters erstmal keine Kälte im Verdampfer
erzeugt. Erst wenn das Gebläse den Verflüssiger
auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt hat und der Verdichter
so lange gelaufen ist, dass entsprechend komprimiertes Kältemittel
in dem Verflüssiger verflüssigt werden kann, setzt
die Kühlleistung des Verdampfers wieder ein.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass nach dem Anlauf des Verdichters eine
erhebliche Zeitspanne vergehen kann, bis in dem Verflüssiger
wieder expandierbares flüssiges Kältemittel vorhanden
ist. Diese Zeitspanne ist wesentlich länger als eine normale
Verdichterphase. Ist nun ein Verdichter nur für die normale
Laufzeit ausgelegt, wird der Verdichter durch die überlange
Laufzeit überlastet und erhitzt sich dadurch stark. Diese Überhitzung
kann zu einem Ansprechen des für den Verdichter vorgesehenen Motorschutzes
führen, der den Verdichter stromlos schaltet. Der Verdichter
läuft dann erst wieder an, wenn er eine bestimmte Temperatur
unterschritten hat. Da auf diese Weise dem Verdampfer für
einen längeren Zeitraum kein kaltes Kältemittel
zugeführt und somit dem Innenraum des Kältegeräts
keine Wärme entzogen wird, kann das eingelagerte Kühl- oder
Gefriergut Schaden nehmen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kältegerät
so aufzubauen, dass durch den Verdampfer nach einer Ruhephase des
Verdichters schneller wieder Kälte erzeugt und dem Innenraum Wärme
entzogen werden kann.
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Gelöst
wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein
Kältegerät mit den Merkmalen von Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird
eine Steuerung verwendet, die so aufgebaut ist, dass das Gebläse während
einer Ruhephase des Verdichters angesteuert wird. Somit ist es nun
möglich, auch in den Ruhephasen des Verdichters Wärme
abzuführen und den Verflüssiger auf einer Temperatur
zu halten, bei der beim Wiederanlaufen des Verdichters flüssiges Kältemittel
im Verflüssiger vorhanden ist. Hierdurch wird die Zeitspanne
stark verkürzt, in der der Verdichter zwar betrieben wird,
aber noch keine Kühlleistung durch den Verdampfer erbracht
wird. Damit verkürzt sich auch die Gesamtlaufzeit des Verdichters
in einer Verdichterphase. Weiterhin ist der Verdichter während
der Ruhephase durch das Gebläse abgekühlt worden
und kann so beim Wiederanlauf auf einer niedrigeren Temperatur betrieben
werden. Eine Überlastung des Verdichters und ein Ansprechen
des Motorschutzes kann auf diese Weise nur noch in seltenen Ausnahmefällen
eintreten.
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Insbesondere
ergeben sich Vorteile durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung, wenn die Ruhepause für einen Abtauvorgang
genutzt wird. Ohne eine Ansteuerung des Gebläses hätte
bei einem Wiederanlauf des Verdichters das an dem Verdichter anstehende
Kältemittelgas durch die Beheizung des Verdampfers eine
noch höhere Temperatur als nach einer normalen Ruhepause.
Die Zeitspanne bis zur Verflüssigung von Kältemittel
in dem Verflüssiger würde folglich nach einem
Abtauvorgang noch länger dauern als nach einer normalen
Ruhephase. Wird jedoch während der Abtauphase das Gebläse
betrieben, ist der Verflüssiger und der Verdichter beim
Wiederanlaufen des Verdichters auf einer niedrigen Temperaturstufe
und die Verflüssigung dauert nur kurze Zeit. Hierdurch
wird die Effizienz des Verdichters und damit des gesamten Kältekreislaufs
gesteigert. Die bedeutet, dass sich das Gerät eine geringe
Stromaufnahme erhält.
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In
einer möglichen Variante der Erfindung wird das Gebläse
zeitgesteuert betrieben. Dabei wird davon ausgegangen, dass in jeder
Ruhephase etwa die gleiche Wärmemenge abzuführen
ist. Die Zeitspanne wird so bemessen, dass in jedem Fall die Temperatur
so weit abgesenkt wird, dass beim Wiederanlauf des Verdichters flüssiges
Kältemittel im Verflüssiger vorhanden ist.
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Um
weiter Energie zu sparen und die Gebläselaufzeit besser
an die abzuführende Wärmemenge anzupassen, wird
das Gebläse in vorteilhafter Weise während des
Abtauvorgangs temperaturgesteuert betrieben. Beispielsweise wird
das Gebläse so lange betrieben bis eine vorbestimmte Temperaturabsenkung
erreicht ist.
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In
besonders vorteilhafter Weise wird aber das Gebläse so
lange betrieben, bis eine vorbestimmte Temperatur am Verflüssiger
und/oder Verdichter erreicht ist. Dadurch wird das Gebläse
nur so lange betrieben, bis der Verflüssiger und möglichst auch
der Verdichter auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt
sind. Beispielsweise könnte zur Steuerung des Gebläses
die Temperatur des Maschinenraums verwendet werden.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist die vorbestimmte Temperatur die
Außentemperatur. Eine weitere Abkühlung des Verflüssigers
als auf die Außentemperatur wäre nur durch einen
zusätzlichen Kältekreislauf möglich.
Dies ist jedoch ökonomisch nicht sinnvoll.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Gebläse
während des ganzen Abtauvorgangs betrieben. Durch dieses
Vorgehen ist keine Temperaturerfassung notwendig und damit auch
kein Temperatursensor. Der Strombedarf ist geringfügig
höher als in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel,
da hier das Gebläse auch dann noch läuft, wenn
der Verflüssiger die Außentemperatur schon erreicht
hat. Andererseits können Herstellkosten bei der Steuerung
und der Temperaturerfassung eingespart werden.
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Es
zeigt:
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1 schematisch
den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kältegerätes.
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Bei
dem in 1 dargestellten Schnitt durch ein Kältegerät 1 ist
der vordere Teil mit der Tür abgeschnitten und die Ansicht
erfolgt auf den hinteren Teil des Kältegeräts 1.
Der gekühlte Innenraum 2 ist von einer Isolierung 3 umhüllt.
Die Isolierung 3 wird von einer Außenschale 4 umhüllt,
die einen Deckel 5, einen Boden 6 sowie zwei Seitenwände 7 aufweist.
Der obere Bereich des Innenraums 2 wird durch eine Zwischendecke 8 geteilt,
oberhalb derer sich eine Verdampferkammer 21 befindet.
In der Verdampferkammer 21 befinden sich ein Verdampfer 9,
eine Heizeinrichtung 10 und ein Ventilator 11.
Die Zwischendecke 8 weist zudem eine Eintrittöffnung 22 und
eine Austrittöffnung 23 auf.
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Im
unteren Teil des Kältegeräts 1 befindet sich
ein quaderförmiger Maschinenraum 12. Der Maschinenraum 12 wird
seitlich und nach oben durch die Isolierung 3 und nach
unten durch den Zwischenboden 13 begrenzt. Der Zwischenboden 13 verläuft parallel
in einem geringen Abstand zum Boden 6 und ist mit Öffnungen 14 versehen,
durch die Luft zirkulieren kann. Der Zwischenboden 13 bildet
in Verbindung mit dem Zwischensteg 26 und dem Boden 6 einen
Zuluft- 24 und einen Abluftkanal 25. Auf dem Zwischenboden 13 ist
ein Verflüssiger 15, ein Gebläse 16 sowie
ein Verdichter 17 fest montiert. Die Pfeile 18 symbolisieren
die Luftzirkulation, wobei die Luft in Richtung der Pfeilspitze 19 zirkuliert.
Zudem verfügt das Kältegerät 1 über
eine Steuerung 20, die hier schematisch dargestellt ist.
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Aus Übersichtlichkeitsgründen
ist die Verbindung des Verdampfers 9 mit dem Verflüssiger 15 nicht
dargestellt. Ebenso nicht dargestellt ist die Auffangschale für
die Abtauflüssigkeit im Maschinenraum 12, die
Schräge der Verdampferkammer 21, die die Abtauflüssigkeit
einer Öffnung zuführt, durch die die Abtauflüssigkeit
der Auffangschale zugeführt wird, und die zugehörigen
Verbindungsleitungen.
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Um
den Innenraum 2 auf eine voreingestellte Temperatur zu
kühlen, wird mittels des Ventilators 11 durch
die Eintrittöffnung 22 der Zwischendecke 8 aus dem
Innenraum 2 Luft gesaugt. Diese Luft wird über den
von Kältemittel durchströmten Verdampfer 9 geführt,
kühlt sich hierbei unter Feuchtigkeitsabgabe ab und gelangt über
die Austrittöffnung 23 wieder in den Innenraum 2.
Diese Feuchtigkeit schlägt sich zuerst als Reif am Verdampfer 9 nieder
und bildet allmählich eine Eisschicht aus. Das gasförmige
erwärmte Kältemittel strömt in den Verdichter 17,
der das Kältemittel komprimiert und damit weiter erhitzt, und
anschließend in den Verflüssiger 15,
wo das Kältemittel unter Wärmeabgabe seinen Aggregatszustand
von gasförmig nach flüssig ändert.
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Die
Wärme in dem Maschinenraum 12, die zum Teil durch
den Verflüssiger 15 und zum Teil durch den Motor
des Verdichters 17 entsteht, wird durch das Gebläse 16 abgeführt.
Hierzu wird die kühle Außenluft durch die Öffnungen 14 des
Zuluftkanals 24 angesaugt und streicht über den
Verflüssiger 15 unter Wärmeaufnahme.
Im Anschluss wird diese Luft über den Verdichter 17 geführt,
nimmt dort wiederum Wärme auf und wird anschließend über
die Öffnungen 14 in den Abluftkanal 25 und über
den Abluftkanal 25 selbst wieder an die Umgebung abgegeben.
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Wenn
der Innenraum 2 seine voreingestellte Temperatur erreicht
hat, wird der Verdichter 17 und der Ventilator 11 abgeschaltet.
Dadurch wird keine weitere Kälte erzeugt.
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Eine
Eisschicht am Verdampfer 9 verschlechtert den Wärmeübergang
zwischen der zu kühlenden Luft aus dem Innenraum 2 und
dem Kältemittel. Dies bedeutet, dass der Verdichter 17 länger laufen
muss, damit eine voreingestellte Temperatur im Innenraum 2 erreicht
wird, und dadurch mehr Strom benötigt. Aus diesem Grund
wird der Verdampfer 9 entweder in regelmäßigen
Zeitabständen oder zu einem ökonomisch sinnvollen
Zeitpunkt abgetaut. Hierzu wird der Verdampfer 9 mittels
der Heizeinrichtung 10 beheizt. Die Abtauflüssigkeit
wird der Auffangschale im Maschinenraum 12 zugeführt.
Für den Abtauvorgang wird der Verdichter 17 abgeschaltet.
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Erfindungsgemäß wird
das Gebläse 16 jedoch auch dann betrieben, wenn
der Verdichter 17 abgeschaltet wird. In dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel erfasst die Steuerung 20 die
am Verflüssiger 15 anliegende Temperatur und betreibt
das Gebläse 16 so lange, bis der Verflüssiger 15 die
Außentemperatur erreicht hat.
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Es
ist jedoch auch möglich auf die Erfassung der am Verflüssiger 15 vorhandenen
Temperatur zu verzichtet. Das Gebläse 16 läuft
dann während der gesamten Stillstandszeit des Verdichters 17.
Dies bedeutet, dass das Gebläse 16 auch dann noch
betrieben wird, wenn der Verflüssiger 15 bereits
Außentemperatur angenommen hat. Damit ist der Stromverbrauch
geringfügig höher.
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Da
der Anlauf des Verdichters 17 bei Außentemperatur
erfolgt wird sofort Kältemittel in dem Verflüssigen 15 verflüssigt.
Somit bewegt sich die Laufzeit des Verdichters 17 bis zum
Erreichen der voreingestellten Temperatur im Innenraum 2 im
normalen Rahmen und es erfolgt kein Überhitzen des Verdichters 17.
Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des Verdichters 17.
Auch entfällt ein eventuelles Schalten des Motorschutzes.
Die Energieaufnahme des Kältegeräts verringert
sich durch die kurzen Laufzeiten des Verdichters 17 obwohl
das Gebläse 16 länger betrieben wird.
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Die
erfindungsgemäße Ansteuerung des Gebläses
wirkt sich insbesondere bei der Durchführung eines Abtauvorgangs
aus. Nach dem Abtauvorgang ist das von dem Verdichter 17 aus
dem Verdampfer 9 angesaugte Kältemittel wärmer
als nach einer normalen Ruhephase des Verdichters 17, da
von der Heizeinrichtung 10 zusätzlich Wärme
in das Kältemittel eingebracht wurde. Eine Verflüssigung
kann folglich nur stattfinden, wenn das Kältemittel im
Verflüssigen 15 entsprechend abgekühlt
wird. Die Aktivierung des Gebläses 16 während
des Abtauvorgangs gewährleistet, dass der Verflüssiger
bei Wiederanlauf des Verdichters 17 eine Temperatur aufweist,
die die Funktion des Verflüssigers 15 praktisch
sofort sicherstellt. Es wird deshalb auch von dem Verdampfer 9 nach
dem Abschluss des Abtauvorgangs sehr schnell wieder Kälte
erzeugt und das Kühlgut kann sich nicht auf eine kritische
Temperatur erwärmen.
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- 1
- Kältegerät
- 2
- Innenraum
- 3
- Isolierung
- 4
- Außenschale
- 5
- Deckel
- 6
- Boden
- 7
- Seitenwand
- 8
- Zwischendecke
- 9
- Verdampfer
- 10
- Heizeinrichtung
- 11
- Ventilator
- 12
- Maschinenraum
- 13
- Zwischenboden
- 14
- Öffnung
- 15
- Verflüssiger
- 16
- Gebläse
- 17
- Verdichter
- 18
- Pfeil
- 19
- Pfeilspitze
- 20
- Steuerung
- 21
- Verdampferkammer
- 22
- Eintrittöffnung
- 23
- Austrittöffnung
- 24
- Zuluftkanal
- 25
- Abluftkanal
- 26
- Zwischensteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10053422
A1 [0004]
- - DE 102004058198 A1 [0007]