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Die
Erfindung betrifft einen Scheibenkühler, insbesondere einen Öl/Kühlmittelkühler für Fahrzeugmotoren,
der die Merkmale des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 aufweist.
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Ein
Scheibenkühler
dieser Art ist aus der
US 4
708 199 A bekannt. Dort hat man die Scheiben jeweils so
ausgebildet, dass in die kreisförmigen
Zu- und Abflußöffnungen
einer Scheibe ein bis in die darüberliegende
Hohlkammer hereinragender, etwa halbkreisförmiger Kragen der darunterliegenden Scheibe
hereinragt, der aber nicht bis zum oberen Abschluß der Hohlkammer
durchgeht. Da dieser Kragen jeweils zum Zentrum hin vorgesehen ist,
dient er zur Verkleinerung des freien Strömungsquerschnittes zum Zentrum
der Hohlkammern hin und sorgt damit in der Art einer Strömungsleitwand
dafür,
dass eine un mittelbare Strömung
von der Zu- zur Abflußöffnung um
das Zentrum herum, durch die nicht die ganze Hohlkammer erfaßt werden
würde,
vermieden wird. Zusätzlich
hat man dort in den Hohlkammern auch noch Strömungswiderstände in der
Form von ausgeprägten
Noppen verschiedener Form vorgesehen, durch die auch die Scheibenoberfläche vergrößert wird,
damit ein möglichst
guter Wärmeübergang
erzielt wird.
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Bekannt
ist es auch bei Scheibenkühlern
der eingangs genannten Art, jeweils in die Hohlkammern sogenannte
Turbulenzbleche einzulegen (
GB
2 270 971 A ), durch die der Wärmeübergang von einer Scheibe zur
anderen wegen der wesentlich größeren Wärmeübertragungsfläche verbessert
werden kann. Auch bei solchen Bauarten kann jedoch, ebenso wie bei
den eingangs genannten Bauarten, bei denen die Strömungsleitwand
keine Trennwand bildet, nicht in jedem Fall sichergestellt werden,
daß der
größtmöglichste
Raum innerhalb der Hohlkammer vom Medium durchströmt wird,
um eine optimale Wärmeübertragung
zu ermöglichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Scheibenkühler der
eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine Zwangsdurchströmung eines
möglichst
großen
Bereiches jeder Hohlkammer, insbesondere der von Öl durchströmten Hohlkammer,
erzielt wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird Scheibenkühler
vorgeschlagen, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Durch
diese Ausgestaltung kann das in die Hohlkammer eintretende Medium,
insbesondere das zu kühlende Öl, nur in
Richtung nach außen
zum Scheibenumfang hin abströmen,
durchströmt
dabei den gesamten Bereich bis zum Außenrand und wird dann im Außenbereich
umgelenkt und kann auf ebensolche Weise zu der korrespondierenden
abgeschotteten Abfluföffnung
gelangen.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind dabei die Zu- und Abfluß öffnungen
jeweils als Langlöcher
in Kreisbogenform ausgebildet, die in der Nähe des Abschlußkragens
konzentrisch zu diesem angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung
wirken sich die erfindungsgemäßen gebildeten
Strömungstaschen
besonders vorteilhaft aus, weil hier dann auch die Gewähr für eine vollständige Durchströmung der
Hohlkammer gegeben ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung können
die Zinken jeweils aus Sicken gebildet sein, die aus den Scheiben
herausgeprägt
sind. Vorteilhaft wird dabei je eine Sicke von der halben Höhe der Trennwand
in den aneinandergrenzenden Scheiben herausgedrückt und zwar jeweils nach der
nach dem Zusammenbau einander zugewandten Seite. Diese beiden Teilsicken
legen sich innerhalb der Hohlkammer aneinander an und können in
bekannter Weise beim Zusammenlöten
des Scheibenkühlers
dicht verbunden werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
die Zinken der der Zulauföffnung
zugeordneten Trennwand zunächst
jeweils radial zum Abschlußkragen
und dann etwa parallel zueinander verlaufen zu lassen. Hierdurch
kann eine besonders gute Abströmung
erreicht werden. In Weiterbildung der Erfindung werden dagegen die
Zinken der Ablauföffnung
bogenförmig,
insbesondere kreisbogenförmig,
ausgebildet und laufen mit einem senkrechten Anfangsbereich in den
Abschlußkragen
ein.
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In
Weiterbildung der Erfindung kann schließlich in besonders vorteilhafter
Weise jeder der mit den Trennwänden
versehenen Hohlkammern eine Turbulenzeinlage zugeordnet werden,
die dem Verlauf der Trennwände
entsprechend mit Aussparungen versehen ist. Dabei können die
Wellungen der Turbulenzeinlage vorteilhaft so angeordnet werden, dass
sie in Richtung des parallelen Teiles der Zinken der Zuflußöffnung verlaufen,
so dass die Achsen ihrer jeweils versetzt zueinander angeordneten
Durchlaßöffnungen
senkrecht zu diesem Zinkenteil stehen. Diese Ausgestaltung bringt
den Vorteil mit sich, dass in dem Bereich, wo der engste Strömungsquerschnitt zwischen
dem Zinkenende und dem Rand der Hohlkammer vorliegt, durch die Ausrichtung
der Wellungen der Turbulenzeinlage ein verhältnismäßig niedriger Widerstand vorliegt,
der eine Durchströmung
aus der von der Trennwand gebildeten Strömungstasche heraus nicht behindert.
Diese Ausgestaltung trägt
daher mit dazu bei, eine möglichst
gute Durchströmung der
gesamten Hohlkammer mit eingelegter Turbulenzeinlage zu gewährleisten,
so dass damit auch die Effektivität der Wärmeübertragung gesteigert werden kann.
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Die
Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles
in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es
zeigen:
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1 die
teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Scheibenkühlers nach
der Erfindung,
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2 die
Draufsicht auf den Scheibenkühler der 1,
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3 die
Ansicht des Scheibenkühlers
nach der 1 von unten,
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4 eine
schematische Darstellung des Aufbaues des Scheibenkühlers nach 1,
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5 eine
der in 4 gezeigten Scheibenarten zum Zusammenbau des
Scheibenkühlers
nach 1 in der Seitenansicht, ähnlich 4,
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6 die
Draufsicht auf die Scheibe der 5,
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7 den
Teilschnitt nach der Linie VII in 6 in vergrößerter Darstellung,
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8 die
Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage, die auf die Scheibe nach 6 aufgelegt
wird,
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9 die
Seitenansicht einer Scheibe der zweiten Art, die zum Aufbau des
Scheibenkühlers nach 4 verwendet
wird,
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10 die
Draufsicht auf die Scheibe nach 9,
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11 den
Teilschnitt durch die Scheibe nach 10 längs der
Schnittlinie XI in vergrößertem Zustand,
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12 die
Draufsicht auf eine Turbulenzeinlage, die auf die Scheibe nach 10 aufgelegt
wird und
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13 den
Schnitt durch die Turbulenzeinlagen nach 12 und 8 jeweils
längs der
Schnittlinie XIII.
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In
den 1 bis 3 ist ein Scheibenölkühler für einen
Fahrzeugmotor gezeigt, der in der näher in 4 erläuterten
Weise aus mehreren übereinander
gestapelten wannenförmigen
Scheiben 1 bzw. 2 von jeweils gleicher Ausbildung
besteht. Der so aus den beiden Scheibentypen 1 und 2 aufgebaute
Stapel wird oben und unten durch je eine Abdeckplatte 3 und 4 abgeschlossen,
wobei beim Aufeinanderstapeln die Ränder 1a bzw. 2a der
Scheiben jeweils den Rand der benachbarten Scheibe überlappen
und so nach dem Verlöten
zu einem dichten Gehäuse
führen.
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Wie
noch näher
anhand der 5 und 6 bzw. 9 und 10 ausgeführt werden
wird, sind die Scheiben 1 und 2 in besonderer
Weise ausgebildet, so daß das
zu kühlende Öl in Richtung
der Pfeile 5 die ausgezogen dargestellt sind, in den Scheibenstapel
eintritt. In den Hohlkammern, in denen jeweils eine Scheibe 2 oben
liegt und mit der darunter liegenden Scheibe 1 eine Hohlkammer 6 für die Durchströmung von Öl bildet,
strömt
das Öl
durch diese Hohlkammer 6 im Sinn der Pfeile 5 und
wird dann vor der unteren Endplatte 4 in eine durchgehende
zentrale Öffnung 7 umgelenkt
und von dort wieder nach oben zurückgeführt wird.
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Der
Scheibenstapel ist dabei in der Regel mit der oberen Deckplatte 3 dicht
unmittelbar am Motorblock so angeordnet, dass Öl aus dem Motor im Sinn des
Pfeiles 5 in die aus 2 ersichtliche
Ringkammer 8 und in die oberste Zuflußöffnung 9 im Sinn der Pfeile 5 eintreten
kann, während
das zulaufende und gekühlte Öl durch
die zentrale Öffnung 7 wieder
zum Motor zurückgebracht
wird.
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Das
Kühlmittel,
vorzugsweise das Kühlmittel des
nicht gezeigten Motors, tritt in den Scheibenstapel durch den Zuführstutzen 10 ein,
verteilt sich innerhalb des Scheibenstapels auf die Hohlkammern 11,
die jeweils durch eine oben liegende Scheibe 1 und eine
unten liegende Scheibe 2 gebildet werden und strömt hier,
bedingt durch eine zwischen den jeweiligen Zuflußöffnungen 13 und den
Abflußöffnungen 14 vorgesehene
Trennwand 12, in jeder der Kammern 11 im Sinn
der Pfeile 16, die gestrichelt dargestellt sind, etwa bogenförmig innerhalb
der zugeordneten Hohlkammer 11 und verläßt die Kammer durch die Abflußöffnung 14 und
anschließend
durch den in 3 erkennbaren Abflußstutzen 15,
der in 1 hinter dem Zuflußstutzen liegt. Da die Hohlkammern 6 bzw. 11 aneinandergrenzen – siehe 1 – und jeweils
abwechselnd angeordnet sind, wird auf diese Weise auf gedrängtem Raum
ein ausgezeichneter Wärmeaustausch
ermöglicht.
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Die 3 zeigt
die unterste Austrittsöffnung 17 des
Scheibenstapels, von der aus, wenn eine geeignete untere Abdeckscheibe 4 vorgesehen
ist, das gekühlte Öl durch
die Ringkammer 18 zurück
in die zentrale Bohrung 7 fließen kann. Es ist allerdings auch
möglich,
wenn das gewünscht
ist, an dieser Stelle noch ein Filter vorzusehen, durch den das
gekühlte Öl aus der
Abflußöffnung 17 kommend
fließt und
erst danach in eine zentrale Öffnung
des nicht gezeigten Filters gelangt, die mit der zentralen Öffnung 7 des
Scheibenkühlers
fluchtet.
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Die 5 und 6 zeigen,
dass jede der Scheiben 1 zum einen mit einem in ihren wannenartigen
Schalenraum hineinragenden, etwa zentral angeordneten Abschlußkragen 19 versehen
ist, der zusammen mit einem Kragen 20 der angrenzenden Scheibe 2 (siehe 4)
die zu der Hohlkammer 6 hin erforderliche Abdichtung der
Durchgangsöffnung 7 ergibt.
Der Abschlußkragen 19 (und
der Kragen 20) ragen dabei in die beim Betrieb vom Kühlmittel
durchströmte
Hohlkammer 11 herein.
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Die
Scheibe 1 besitzt aber auch nach oben gedrückte Erhebungen,
zum einen eine Ringwand bildende Fläche 21, die später beim
Aneinanderfügen
der Scheiben 1 und 2 mit der korrespondierenden
Ringfläche 22 der
Scheibe 2 (siehe 10, wo der
Ring 22 in der Scheibe 2 nach unten zur Hohlkammer 6 herausgedrückt ist)
die Abdichtung der zentralen Öffnung 7 in
der Hohlkammer 6 ergibt. Es versteht sich, dass die aus
der Scheibe 1 nach oben herausgedrückte Ringwand Fläche 21 gerade
eine solche Höhe
hat, dass sie mit der nach unten ragenden Ringfläche 22 der Scheibe 2 beim
zusammengesetzten Stapel die Höhe
der Hohlkammer 6 erreicht und daher die gewünschte Abdichtring
zur Öffnung 7 bilden
kann. Die Scheibe 1 besitzt eine in der Form eines Langloches
ausgebildete Zuflußöffnung 9', die in ihrer
Form mit der aus 2 ersichtlichen Öffnung 9 übereinstimmt
und lediglich zur Unterscheidung von dieser mit einem Bezugsstrich
versehen ist. Die Öffnung 9' ist konzentrisch
zur Achse der Öffnung 7 und
damit auch konzentrisch zu der Ringwand 21 angeordnet.
Ihr gegenüber
liegt die Abflußöffnung 17', die wiederum
in ihrer Form der in der 3 gezeigten Ausflußöffnung 17 entspricht
und nur zum Unterschied zu jener mit einem Bezugsstrich versehen
ist. Die Öffnungen 9' und 17' sind gleich
groß und
spiegelsymmetrisch zu der durch die Achse 24 der Öffnung 7 verlaufenden
und parallel zu den Achsen des Zuführ- und Abflußstutzens 10 und 15 verlaufenden Ebene 23 angeordnet.
Um nun zu erreichen, dass in den vom Öl durchflossenen Kammern 6 eine
möglichst
alle Bereich der Kammer 6 ausfüllende Ölströmung erreicht wird, gehen von
der Ringwand 21 gabelförmig
jeweils Zinken 25 bzw. 26 aus, die als aus dem
Scheibenblech herausgeprägte
Sicken mit der Höhe
der Ringwand 21 ausgebildet sind. Da die Scheibe 1 ebenso
wie die Scheibe 2 in an sich bekannter Weise aus einem
dünnen
Aluminiumblech besteht, läßt sich
dieser Verformungsvorgang leicht durchführen. Aus der Scheibe 1 sind
außerdem
aber auch noch im Bereich der Anschlußstutzen 10 und 15 Öffnungen 13' und 14' herausgeprägt, die
aber auch von einer ringförmigen
Erhebung 27 umgeben sind, die ebenfalls die halbe Höhe der später gebildeten Hohlkammer 6 aufweist.
Diese ringförmige
Wand 27 bildet später
mit der von der Scheibe 2 aus ebenfalls in die Kammer 6 hereinragenden
Ringwand 28 die Abdichtung der Hohlkammer 6 gegenüber der
Kühlmittelzuführung.
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Die
beiden gabelartig von der Ringwand 21 abragenden Zinken 25 besitzen
einen von der Ringwand 21 ausgehenden Abschnitt, der etwa
radial zu dieser Wand 21 verläuft und gehen dann in zwei
Endabschnitte über,
die parallel zueinander verlaufen. Die beiden Zinken 25 sind,
ebenso wie die Zinken 26, wiederum spiegelsymmetrisch zu
einer durch die Achse 24 der Öffnung 7 gelegten
und senkrecht zu der Ebene 23 stehenden Ebene 29 angeordnet.
Die Zinken 25 enden, jeweils parallel gemessen zur Ebene 29,
in einem Abstand a vor der die Außenwand (1a, 2a)
bzw. die Peripherie 30 der Hohlkammer 6 bildenden
Wand 2a der in den 5 und 6 nicht gezeigten,
darüber
liegenden Scheibe 2, deren Wand mit der Wand 1a der
Scheibe 1 verbunden ist, welche die Wand 30 bildet
und eine Kammer 11 abschließt.
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Die
Zinken 26 weichen in ihrer Form von den Zinken 25 ab.
Sie sind zwar auch spiegelsymmetrisch zur Ebene 29 angeordnet,
umgreifen aber die Enden der Öffnung 17' bogenartig.
Sie sind in der Art eines Kreisbogens ausgebildet, der aber von
dem durch die Mitte der Öffnungen 171 und 9' gehenden Kreis 31 aus
gerade und senkrecht in die Ringwand 21 einläuft.
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In
jede der Hohlkammern 6 wird eine Turbulenzeinlage 32 nach 8 eingelegt,
deren Höhe
b (siehe 13) in bekannter Weise der Höhe der Hohlkammer 6 entspricht
und die in ihrer Form sowohl der Hohlkammer 6 als auch
den Ausprägungen der
Scheibe 1 angepaßt
ist. So ist zu erkennen, dass die Turbulenzeinlage 32 mit
Aussparungen 33 in der Form der Öffnungen 9' und 17' sowie mit einer
Aussparung 35 in der Größe des Außenumfanges
der Ringwand 21 sowie mit von dieser Aussparung 35 ausgehenden
armförmigen
Aussparungen 34 und 36 versehen ist, die der Form
der Zinken 25 bzw. 26 entsprechen. Die Turbulenzeinlage 32 ist
ferner mit zwei nach außen
offenen Aussparungen 37 und 38 versehen, die dem
Umfang der Ringwände 27 angepaßt sind.
Die Turbulenzeinlage 32 läßt sich daher beim Zusammenbau
des Scheibenkühlers
passend auf die Scheibe 1 auflegen, die dann wiederum von
einer Scheibe 2 abgedeckt wird.
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Die 9 und 10 zeigen,
daß die
wannenförmige
Scheibe 2 mit nach oben stehenden ersten Erhebungen 39 versehen
ist, die mit Öffnungen 40 versehen
ist, die der Form der Öffnungen 9' und 17' entsprechen.
Diese Erhebungen 39 weisen die Höhe der vom Kühlmittel
durchflossenen Kammer 11 auf. Sie werden durch die vorher
bereits erwähnte Trennwand 12 zwischen
den beiden Öffnungen 13 und 14 ergänzt, die
in der vorher erwähnten
Ebene 29 verläuft
und ebenso hoch wie die Erhebungen 39 ist. Die Trennwand 12 schließt daher
den mit der Eintrittsöffnung 13 in
Verbindung stehenden Abschnitt der Kammer 11 von jenem
mit der Abflußöffnung 14 in
Verbindung stehenden Teil ab, so dass die Kühlflüssigkeit, wie vorher schon
erwähnt
wurde, im Sinn der gestrichelten Pfeile 16 bogenförmig in
der Hohlkammer 11 fließen
muß. Wie
weiter den 9 und 10 entnommen
werden kann, besitzt die Scheibe 2 aber auch sickenförmige Ausprägungen in
der Form der Ringwand 22, die aber nach der von der Ausprägungsrichtung
der Erhebungen 39 entgegengesetzten Seite gerichtet sind.
Auch diese Ringwand 22 geht in Sicken 41 und 42 über, die
jeweils symmetrisch zur Ebene 29 angeordnet und in ihrer
Form entsprechend den Sicken 25 und 26 ausgebildet
sind. Sie ergänzen
in der vorher schon geschilderten Weise die Sicken 25 jeweils
zu in der Hohlkammer 6 angeordneten Trennwänden, welche
die Öffnungen 9' bzw. 17' zur Mitte hin
umgeben. Diese Trennwände, die
von den Zinken 25, 41 bzw. 26, 42 und
von den jeweils zwischen den Zinken liegenden Abschnitten 21a und 21b bzw. 22a und 22b der
Ringwände 21 und 22 gebildet
werden, stellen daher innerhalb der Hohlkammern 6 Strömungstaschen
dar, aus denen die Ölströmung im
Sinn der in der 6 eingezeichneten Pfeile 5 durch
den ganzen Raum der Hohlkammer 6 zu strömen gezwungen ist und keine
Möglichkeit
besitzt, den an sich kürzeren
Weg von der Öffnung 9' zur Öffnung 17' entlang der
Ringwand 21 zu fließen.
Da in der Hohlkammer 6 zusätzlich die Turbulenzeinlage 32 angeordnet
ist, deren Wellungen gemäß dem Verlauf
des Schnittes XIII in 8 und gemäß 13 parallel
zur Ebene 29 verlaufen, wird in dem Bereich des Abstandes
a zwischen den Enden der zinkenförmigen
Trennwände
und dem Rand 30 ein weitgehend offener Strömungsquerschnitt vom
Turbulenzblech zur Verfügung
gestellt, der in der parallel zu der Ebene 29 verlaufenden
Richtung, d.h. also im breiteren Strömungsquerschnitt innerhalb
der Hohlkammer 6, einen wesentlich größeren Strömungswiderstand zur Verfügung stellt.
Auch durch diese Ausrichtung der Wellungen der Turbulenzeinlage 32 wird
daher die Strömung
so begünstigt,
dass sie den gesamten Raum der Hohlkammer möglichst gleichmäßig durchströmt. Das
gilt natürlich
auch in dem Strömungsabschnitt
zwischen der Ringwand 27 und den Enden der Zinken 26.
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Die 12 zeigt
ein Turbulenzblech 43, das in die Hohlkammer 11 jeweils
im Bereich oberhalb jeder der Scheiben 2 eingelegt wird.
Das Turbulenzblech 43 besitzt zu diesem Zweck zwei Ausnehmungen 44 und 45,
die dem Umfang der Erhebungen 39 angepaßt sind. Von der Erhebung 45 aus
geht ein Schlitz 46 nach außen, in dem die Trennwand 12 aufgenommen
werden kann. Eine zentrale Öffnung 48, die
im Schnittpunkt der vorher beschriebenen Ebenen 23 und 29 liegt
und die Kreisform auf weist, ist dem lichten Querschnitt der Durchgangsöffnung 7 in der
Scheibe 2 angepaßt.
Zwei weitere kreisrunde Öffnungen 47 entsprechen
in ihren Abmessungen den Durchlaßöffnungen 13 und 14 der
Scheiben 2. Auch hier ist die Ausrichtung der Wellungen
gleich wie in der Turbulenzeinlage 32, wie der Schnitt
XIII und die Darstellung der 13 deutlich
macht.
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Zu
erwähnen
ist noch, dass sich die in den 7 und 11 vergrößert gezeigten
Sicken 25 bzw. 41 beim Aneinanderfügen von
zwei Scheiben 1 und 2 mit ihren Flächen aneinanderlegen
und daher jeweils an ihren Flächen 49,
ebenso wie die übrigen Teile
der Scheiben 1 und 2, dicht miteinander verlötet werden.
Auf diese Weise wird die durchgehende Trennwand in der Hohlkammer 6 zur
Bildung der Strömungstasche
erhalten.