DE2754476A1 - Kuehlsystem fuer hermetisch gekapselte kompressoren - Google Patents

Description

Kühlsystem für hermetisch gekapselte Kompressoren

Die Erfindung betrifft hermetisch gekapselte Kälteverdichter, die mit Kühlexnrichtungen für das Schmiermittel versehen sind, so daß ein hoher Wirkungsgrad und eine lange Betriebsdauer des Antriebsmotors für den Verdichter erreicht werden können.

In der US-PS 2 854 594 ist ein Motor beschrieben, der ein geschlossenes Schmiersystem enthält, wobei die Temperatur des Schmiermittels durch Wärmeaustausch mit dem Motorgehäuse, das Kühlrippen aufweist, reduziert wird. In dieser Patentschrift wird jedoch diese Ausführungsform weder in Verbindung mit einem Kälteverdichter noch mit Einrichtungen zur Handhabung eines Gemisches aus einem Kältemittel und einem Schmiermittel beschrieben.

Die US-PS 3 40Θ 82? betrifft einen Schraubenverdichter, bei dem ein Gemisch aus einem Kältemittel und Öl auf den Motor zur Kühlung desselben gerichtet wird. Die von dem Motor auf das Gemisch aufgebrachte Zentrifugalkraft trennt einen beträchtlichen Teil des CiIs ab, der einem

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ülsumpf und einer Kühlvorrichtung zugeführt wird. Aus dieser Patentschrift geht ohne Zweifel nicht die Lehre hervor, einen Teil der Gehäusewand zum Wärmeaustausch heranzuziehen. Darüber hinaus ist ein separater ölkühler erforderlich, der gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden werden soll.

Die US-PS 3 663 127 bezieht sich auf einen hermetisch gekapselten Kompressor und ein Kühlsystem für den darin befindlichen Motor. Das zu Schmierzwecken dienende Ül wird mittels einer Ölpumpe, die im unteren Teil der Kompressorummantelung angeordnet ist, gegen die Mütorwicklungen gerichtet. Das Ül strömt danach entlang der Innenfläche der Gehäusewandungen nach unten in den ülsumpf zurück. Wenn hierbei Schmiermittel mit den Wandungen in Berührung kommt, geschieht dies zufällig, d.h. es sind keine speziellen Einrichtungen vorgesehen, um das Gemisch aus Kältemittel und Schmiermittel auf diesen Bereich zu richten.

In der US-PS 3 833 318 ist ein Rotationsverdichter beschrieben, bei dem das einströmende ül einer abrupten Richtungsänderung ausgesetzt wird, um es von dem Kältemittel zu trennen. Obwohl ein Teil des Öls gegen die Innenwandungen des Gehäuses strömt, wird in dieser Patentschrift nicht vorgeschlagen, daß dieser Vorgang in irgendeiner Weise zur Kühlung geeignet ist.

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In der US-PS 2 9?9 917 ist ein Kühlsystem für einen hermetisch gekapselten Kompressor offenbart, das eine Überhitzungen vermeidende Kühlschlange enthält. Durch die Kühlschlange und in die Kammer, in der der Antriebsmotor angeordnet ist, strömt dabei ein Gas. Dadurch wird naturgemäß eine separate Kühlschlange erforderlich, die durch die vorliegende Erfindung vermieden wird.

Auch in der US-PS 3 727 420 ist eine solche Kühlschlange gegen Überhitzungen beschrieben, die in mancherlei Hinsicht der in der US-PS 2 979 917 offenbarten Schlange entspricht.

Die US-PS 2 492 611 betrifft einen hermetisch gekapselten Kompressor, bei dem ein Ülkühlsystem mit einer Leitung versehen ist, über die in einem Ölsumpf gesammeltes Öl in den oberen Bereich des Gehäuses geleitet wird. Das Ül wird gegen die obere Fläche des Gehäuses gesprüht und strömt entlang der Innenwandung nach unten, wodurch es gekühlt wird.

In der US-PS 3 922 114 ist ein Schraubenverdichter beschrieben, bei dem das ausströmende Gas und mitgeführtes ül zur Kühlung des Motors eingesetzt werden. Das Gemisch aus Gas und 03 wird gegen die Wandungen des Gehäuses gerichtet, um eine Trennung herbeizuführen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hermetisch gekapselte Kompressoren, die mit Einrichtungen zum Separieren und Kühlen des

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Kältemittel—Schmieröl—Gemisches versehen sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der KühlVorgang dadurch durchgeführt, daß das Gemisch aus ül und Kältegas von der Verdichterkammer gegen einen porösen Ring geleitet wird, um eine Abtrennung des üls aus dem Gemisch zu bewirken, so daß das abgetrennte ül dann infolge der Schwerkraft entlang der Innenwandung des Gehäuses, d.h. der Außenummantelung, nach unten in Richtung auf den ülsumpf am Boden des Gehäuses strömen kann. Nach der Abtrennung des Cils aus dem Gemisch wird dieses über einen Wärmeaustausch mit der Gehäusewandung gekühlt. Da das Kompressorgehäuse relativ dünn und aus wärmeleitendem Material hergestellt ist, kann das (Jl durch die an der Außenseite des Kompressors zirkulierende Raumluft auf ein zufriedenstellendes Temperaturniveau abgekühlt werden. Um den Wärmeübertragungswert zu erhöhen, können Rippen oder andere die Wärmeübertragung verbessernde Einrichtungen vorgesehen werden. Das kühlere Ül vermischt sich danach mit dem im Olsumpf befindlichen Dl, und dieses Gemisch wird dann in die Motorwicklungen, den Rotor etc. geJeitet, um eine wirksame Kühlung des Motors zu erzielen.

Die Abtrennung des Üls aus dem Gemisch wird durch Zentrifugalkräfte gefördert. Es können daher geeignete Strömungsleiteinrichtungen verwendet werden, um das öl auf die Gehäusewand zu richten und nicht nur auf Schwerkraft und freien Fall angewiesen zu sein. Dadurch wird gesichert, daß das Ul die Gehäusewand benetzt und sich zur Bildung eines dünnen Filmes auf der Innenwandung des Gehäuses ausbreitet, wodurch ein besserer Wärmeaustausch erzielt wird.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten hermetisch gekapselten Kompressors, wobei der obere Abschnitt des Gehäuses und bestimmte Teile entfernt sind;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-L· in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 entlang der Linie 3-3 in Fig. 4·

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3; und

Fig. 5 ein schematisches Diagramm, in dem einige funktionelle Aspekte der Erfindung dargestellt sind.

Wie vorstehend bereits angedeutet, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung zur Begrenzung der Betriebstemperaturen des Elektromotors und des Schmiermittels im Sumpf eines hermetisch gekapselten Kälteverdichters zu schaffen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zuerst das L'] von dem Gemisch aus KäDtegas und Ul₁ das von der Kompressionskammer abgegeben wird, abgetrennt wird und danach dieses Ul so geleitet wird, daß es entlang der Innenwandung des Kompressorgehäuses zum Uisumpf strömt. Während

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d^:o:.;!^ v/urgangi? wird das ι. .1 gekühlt, indem πκ 'iVtirmn durch die jifilvUiJ'ji-'wiind tin riiw uirqeljendo Raumluft inhgit.il. Dienes gekühitt: ι..1 wire! djn.-cli üur Alii «j tun;] von Wurme vom Elektromotor, den Lagern unrj iindfiiT'n l.'Gweni ixhfin Teilen inncrhal b de;; Kc)mprt2i.i.'irn2häu5es ein-

lfi den ri.iT. 1 und <- ivA ein KrjmpreGSur C in Verbindung mit einem mit GrT.ii uinpmsüJ nn ai'hRitnnden KühJ system gezeigt, düs £?inen Vßrfi üssigar M, π in": Lxpun^ionsvurri chtunq V und n.inen V/erdesmpfor Ii umfaßt, diu ailc in H !3 ihn in i:.inim iiRschJ uo^srniri KrPiL anqeor'dnet sind.

FJei el 1"!m (■ ampreusor C, der Hngenstfind der vnrl ingenden Erfindung ist, tiüncJi J t es sich um ninon hermetisch geknpse] ten HutotJ ansverdichter, hn i OfV:: eier E] cktrnmntnr W und die ünskompri ssionseinhe i t K innerhult) ninr¹:, hnri'Kjti.sch atjged j chtetnn Rnhäusoo 1Ü angeordnet sind, durch dns cii.ti tJi'3 Anr.;niji[] Ritung Xd und die Ganaui^i^Oleitung 14 erstrecken. Ein^rT) der Zif?le der Erfindung 15t es, äui3ore Wärmetauscher und nndnrn dnrnrtige Hinrictitungen zur- Flückführung dns Gemisches aus KiiJ tngus und LichmierüJ überfJüssig zu machen. Die einzigen äußeren KäJ tF!mitteJ verl)indungen, die nm Kampresstjr erfnrdcrlich sind, sind dir= Ansoug- und AusJ al3ißitungen.

Unr Kumpressur ist so ungeordnet, daB der Motor M zu der Antriebswe]ie 1() ausgerichtet ist, die sich allgemein vertikal or:3treckt. üiß Well 1(5 i :it mit einem Rotor 1ü vertiunden, der innnrh.uJt) eines ringförmigen )t.:t.nr:, .:() cingoui'dnet ist, welcher einen Hnuptnbachni tt <iU aufweist,

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der mit einer Vielzahl von Rippen ZZ versehen ist, die sich jeweils in Abständen von 15' um den Stator herum erstrecken und im Festsitz mit dem Gehäuse 10 angeordnet sind, so daß zwischen ihnen sine Reihe von Durchgängen 24 gebildet wird. Die Endwickiungen 25 des Lit-citnrs stehen in Vertiko Irichtung an gegenüberJienenden Seiten Jes Hauptabschnittes 2Λ vor.

Die Bauart der Gaskompressionsanlage und die detailJierte Konstruktion derselben sind für die vorliegende Erfindung nicht ν,αη Bedeutung; die Anlage kann jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform in Form sines Stators 'du ausgebildet sein, der zwischen einer unteren Lagerplatte und einer oberen Lagerplatte 32 gelagert ist. Die untere Lagerplatte ist mit einem verdickten mittigen Abschnitt 34 versehen, der eine Lagerfläche 35 für die Antriebswelle 1b vorsieht, und mit einem sich nach unten erstreckenden ringförmigen Umfrtriijsabcchnitt Z9_t dar sich gegen den oberen Teil des Hauptabschnitts ^ 1 des Stators stützt und damit diesen Ln Axiuirichtung in bezug auf den Motor und die Antriebswelle arretiert hält. Der btator c'Ü ist mit einer kreisförmigen ttohrung 36 versehen, in der ein Rotor 3fci mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist, dessen Achse in bezug auf die Mittelachse der Bohrung 3ü versetzt ist. Auf diese Weise wirken die obere Platte 3d, die untere PJatte 30 und die zylindrische Wand der bohrung 3ü mit dsm !tutor 3U derart zusammen, daii ein hiilhmundförmicjer Gasarl.ieitnrnuin 3y L|ci>L.ldet wird. Die in benetzen 3? am Rotor angeordneten Gieitschuuffj n 'UJ funktionieren al a tSaspumpn.

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.ViR man don Flu. 1 urn! ■.. entnehmen kann, ist die untaro Lagerplatte 3Ij mit einem hjrnfcrmirjen Kanal 41 uarsehen, der sich von der Ansaugleitung \c (in der Nähe des Punktes, an dem sich diese durch die Seitenwand des Gehäuses 1C erstrecKt) bis zur baugssite des Gasarbeitsraümas 39 erstreckt. An dar 'i^gGnuber \ .ι.eijnndan beitn ues Raumes 39 uefindat sich eine 'AusJ aßöf fnunrj 44, die.- du^ch ein Zungenventii 46 abgedeckt wird, dessen Aufwärtsbeweguny durch einen Ventilanschlag 4B begrenzt wird. Um eine g] fiichmäfaige Verteilung des ausströmenden Gases vorzusehen, erstreckt sich ein mit Löchern versehenes Leiteiement 50 über den Bereich in der Nähe der Auslaßöffnung 44» Dieses Liement Lst, wie erwähnt, mit einer Vielzahl van Durchgängen versehen.

Man kann feststelJen, daß sich zwischen den Außenbereichen des Stators Jd und dem Gehäuse und zwischen der oberen und unteren Endplatte ein Ringraum '->3 befindet. Dieser Raum, in den das Gas durch die Durchlässe Si einströmt, ist tnLlweise durch einen Dichtungsring 54 abgedichtet, der sich auf der oberen Lagerplatte 3d befindet und sich um nahezu den gesamten Umfang zwischen der Platte und der Innenfläche des Gehäuses 10 erstreckt. Auf derjenigen Seite des Dichtungsringes 54, die dem AuslabventLl gegenüber!iegt, ist eine üffnung üb vorgesehen, übnr oin dos ausströmende Gn.s noch oben in die domehnliche Kammer b6 über der ubßren t£nUpl ntta und Ln diu AusJ ableitung 14 strömen kann, nachdem rs die Ri.nukr-irnniBr ;<3 passiert hit.

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Ii η wichtiges Merkmal der i-rfindunn ist. olb .Anordnung n.nns p>r auären ij.: ob:;r.heiders b., der- die I·.amrasr .>3 vollständig umgibt. Dlv.w.v Abscheider besitzt vorzugsweise die Form eines zylindrischen prnüsen tlementen bu, das zwischen dem Jichtunijsring ü4 und dem unteren Abschnitt: <i^l3 der Lagerplatte 3D angeordnet ir>t. Item porübF; .^.loment Ub, d'js uus einer Vielzahl von Material ien hergsstejlt seJn k.inn, ijei- :,pi elswej.se aus otrockmeta ί J , fanschundraht, durchj ochertom ridnr durchüt lchenem ü'ech oder feinmrischiyern j.tebnatßr i a I , besitzt eine yrobn, eine Trnpfenbildung des L is bewirkende Flüche, wenn i.is Ll mitführpndß Kö.itnqas in der Kammer 53 zur uffnung ^j.'j zirkuliert, fja sich dor AhscheidRr ¹Ai in Kantakt mit der Innenwund 5y des üehäusßs 1U befindet, neigt df:s nljgeschißdene Ul du^u, an der Hand zu haften und infolge seines fSewichtßs nach unten in einen üurnpf Gb' obzufJ ieiien, der im unteren Teil des hermetisch abgeschlossenen Gehäuses 10 angeordnet ist. Indem das Li in dieser '.Veise geleitet wird, gibt es die rnitgeführte /Vär-me an die üehausewond ab, so daiJ die Wärme durch die relativ dünne tfand der Urum luft zugeführt wird, die die Auüenseitn des Gehäuses umgibt. In Kompressoren mit geringer Kapazität kann der poröse Hins wahlweise vsrwendst werden. Durch einfaches Auf treffen auf die mil In Innenfläche des iiehäuses kann do;; uJ abgesc;hißden werden und in ähn-1 icher Weise nach unten abfJieilen.

Von Uoiii durch die üffnung bb strürnanden Käj teg<is ist bereits ^r;i π yrolier Te ι J des bis entfernt. Um jedoch zusätzlichem uJ zu entfernen, ist in dem dimförmiyen oberen Abschnitt des Gehäuses ein zweiter uJ ol)sche i der b^ ongeurdnot. Uer i.lubscheider ο liijdet ilub Lingeingsendu

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der LJnsuusl ableitung 14 und umfaßt bei einer bevorzugten Ausführungsfarm einen Ruhrkörper Cxi, der mit einem siebähnlichen Fiitermedium uC gefüllt ist. Das Ul neigt zur Trapfenbiidung an den Filterkissen und läuft nach unten in den ulsumpf ob.

Der Ul sumpf üü ist so ausgebildet, daß sich dort Schmieröl 65 ansammeln kann unu im üumpf gehalten wird. Es ist klar, daß sich das ülniveau im Sumpf in Abhängigkeit von einer Reihe von Parametern, beispielsweise der Kondensationstemperatur und der Gesamtbelastung des Systems, nach oben und unten bewegen kann. Das untere Ende 66 der Antriebswelle 16 ist so eusgsDildet, daß es sich immer bis unter das niedrigste Ülniveau erstreckt, das bei den variierenden Betriebsbedingungen angetroffen wird. Obwohl verschiedenartige Einrichtungen zum Aufwärtspumpen des üls durch die Antriebswelle bekannt sind, findet in der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise ein schraubenartig gewundener Streifen 69 Verwendung, der innerhalb einer sich durch die Antriebswelle erstreckenden Bohrung 67 angeordnet ist. Wenn die Antriebswelle rotiert, wird das Ül aufwärtsgeschaufelt und strömt so durch die Steigleitung in Bereiche, die geschmiert werden müssen.

In dem mittleren verdickten Bereich der unteren Lagerplatte 30 ist ein ausgesparter Abschnitt 70 vorgesehen, der mittels Radialbohrungen mit der ülsteigleitung 69 verbunden ist, um den Lagerbereich 35 in der unteren Endplatte zu schmieren. Das Ül, das an den Radialbohrungen 75 vorbeigeführt wird, strömt in eine Kummer 71, die sich oberhalb der Antriebswelle erstreckt und durch eine Kappe 72 nm oberen Abschnitt

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der Platte 32 abgedichtet ist. Von der Kammer 71 kann das Ul unmittelbar durch den Kanal 80 in der oberen Lagerplatte 3<i (Fig. 4j, den Kanal kd im Stator 28 und den Kanal 84 in der unteren Lagerplatte 30 zur Kühlung des Motors zurückfließen. Das Gl, das sich oberhalb der oberen Lagerplatte ansammelt, strömt durch einen Kanal Θ5, der durch ausgerichtete Bohrungen 86, 8? und 88 in der oberen Platte 32, dem Stator 28 und der unteren Platte 30 gebildet wird, zurück. Dieses Ül wird ebenfalls zur Kühlung des Motors Über diesen geleitet.

Obwohl bereits eine signifikante Wärmemenge durch das Gehäuse 10 abgeleitet werden kann, ohne daß hierzu spezielle Einrichtungen erforderlich sind, ist es wünschenswert, derartige Einrichtungen, wie Rippen 90 (in den Fig. 1, 3 und 5 bruchstückhaft gezeigt}, vorzusehen, um eine zusätzliche Kühlung des Öls zu bewirken.

In Fig. 5 sir.d in schematischer Weise die typischen Strömungswege des Kältegases, des UIs und des Gemisches aus Gas und Ül dargestellt, wenn das System unter Normalbedingungen arbeitet. In Fig. 5 sind die jeweiligen Aege des Kältsgases (im wesentlichen ölfrei), des üls (im wesentlichen gasfrei) und des Gemisches aus Gas und Ül mit unterschiedlichen Symbolen gekennzeichnet.

Wenn sich der Kompressor in Tätigkeit befindet, strömt Gas vom Verdampfer E in die Ansaugleitung 12 und durch den Verbindungskunal <11 in die untere Endplatte 34 ein. Das vam Verdampfer zurückstrcJmRnde Gas ist im wesentlichen Kältegas, das einen geringen L/.i.\ntBij enthält.

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Das Gas strömt in dia üaugseite des Kompressionsraumes ein und wird durch die öffnungen 44 und dos Ventil 46 in den durch dan Verteiler oder das Leitelement 5(J gebildeten Auslaßraum geführt.

Das Gas, das infolge seines Durchgangs durch den Kompressor eine beträchtliche üimenge mit sich führt, wird dann dem ersten Ölabscheider S₁ zugeführt, der das ringförmige poröse Element 5b umfaßt. Das Cl läuft an der Wand des Gehäuses 10 ab und sammelt sich im Sumpf 60.

Das nunmehr von dem größten Teil des bis befreite Gas strömt durch den zweiten Abscheider B^ und danach durch die Auslaßleitung 14 zum Verflüssiger. Das Ül wird durch die schraubenförmige Fördervorrichtung 69 aus dem Sumpf 60 an die verschiedenen Lagerflächen gepumpt, um diese zu schmieren und zu kühlen. Über das Kanalsystem ΘΟ, Θ2 und 84 und durch den Kanal B5 von dem Bereich oberhalb der oberen Lagerplatte wird das Ll über den Motor geleitet. Nachdem es mit dem Motor in Kontakt getreten ist, läuft es in den Sumpf ab.

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Claims (5)

1. BORG-WARNER CORPORATION South Michigan Avenue Chicago, Illinois 60604 /USA

   M-4446 30. November 1977

   Patentansprüche

   \.) Hermetisch gskapselter Rotationska'iteverdichter mit einer Vielzellenkompressoreinheit mit einem Einlaß und einem Auslaß, einem Motor, der sich mit der Kompressoreinheit in Triebverbindung befindet, einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse für die Kompressoreinheit und den Motor, Einrichtungen, die einen Schmiermittelsumpf im unteren Teil des Gehäuses vorsehen, und Einrichtungen, die eine ringförmige Trennkamrner für das Schmiemnttei und das Kältemittel in der Nähe des Auslasses der Kompressoreinheit vorsehen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzung der Trennkammer (53) durch einen Abschnitt der Innenwand (59) des Gehäuses (1O) gebildet wird, so daß das abgeschiedene Schmiermittel auf die Innenwand gerichtet wird und über diese nach unten in den Schmiermittel sumpf derart abfließt, daß dem Schmiermittel durch die Gehäusewand Wärme zur Außenseite des Gehäuses hin abgezogen wird, und daß Einrichtungen (69) vorgesehen sind, um Schmiermittel aus dem Sumpf dem Motor und der Kompressoreinheit für Schmier- und Kühlzwecke zuzuführen.

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2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennkammer (53) ein poröses Abscheideelement (58) vorgesehen ist, das eine Oberfläche aufweist, die sich in Kontakt mit der Innenwand des Gehäuses befindet.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Abschnitt des Gehäuses ein zweiter Abscheider (52) vorgesehen ist und daß zwischen dem Auslaß der Kompressoreinheit und der Außenseite des hermetisch abgeschlossenen Gehäuses ein Kanal vorhanden ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressoreinheit im oberen Teil des Gehäuses (1O) und daß der Motor (M) im unteren Teil des Gehäuses zwischen dem Sumpf und der Kompressoreinheit vorgesehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine schraubenförmige Rotationshubpumpe (69) aufweist, die sich in den Sumpf (SO) erstreckt und Schmiermittel durch Schmier- und Kühlkanäle im Motor und der Kompressoreinheit leiten kann.

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