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Die
Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für einen Verbrennungsmotor mit
einem Außengehäuse, in
das eine Einlassleitung einmündet und
aus dem eine Auslassleitung herausführt und das einen Katalysator
aufnimmt, und mit einem Innengehäuse,
in dem ein Strömungsrohr
angeordnet ist und das vom Außengehäuse unter
Ausbildung eines Ringraumes zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse umgeben
ist, wobei zwischen einer Wand des Innengehäuses und dem Strömungsrohr ein
Strömungskanal
verläuft,
dem das Abgas zuführbar
ist und der den Katalysator aufnimmt, und wobei der Strömungsweg
des Abgases vom Innengehäuse über den
Ringraum zur Auslassleitung führt.
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Aus
der
DE 20 2004
013 219 U1 ist ein Abgasschalldämpfer für einen Verbrennungsmotor bekannt
mit einem Gehäuse,
in das eine Einlassleitung einmündet
und aus dem eine Auslassleitung herausführt. Das Gehäuse nimmt
einen Katalysator auf, und in Strömungsrichtung des Abgases dem
Katalysator nachgeordnet ist ein Nachverbrennungsraum. Derartige
Abgasschalldämpfer
kommen insbesondere bei kleineren Verbrennungsmotoren zum Einsatz
und bewirken zum einen eine Schalldämpfung und zum anderen kann
mittels des Katalysators eine Nachverbrennung des Abgases erzielt
werden, so dass die Emission von Schadstoffen im Abgas reduziert
werden kann. Um den Schadstoffgehalt wirksam verringern zu können, ist
es erforderlich, dass die Nachverbrennung des Abgases bei einer
möglichst
hohen Temperatur erfolgt. Andererseits soll jedoch das aus dem Abgasschalldämpfer heraustretende
Abgas eine möglichst
niedrige Temperatur aufweisen, um Verletzungen und Beschädigungen
durch das Abgas zu vermeiden.
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Aus
der
DE 30 39 742 A1 ist
ein Abgas-Wärmeüberträger bekannt,
der einen Abgasschalldämpfer
ausbildet mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1. Bei
diesem Abgasschalldämpfer durchströmt das Abgas
zunächst
ein zentrales Strömungsrohr,
das in ein Innengehäuse
eintaucht. Ausgehend vom Strömungsrohr
umströmt
das Abgas innerhalb des Innengehäuses
das Strömungsrohr
in entgegengesetzter Richtung, wobei es durch einen Katalysator
hindurchgeleitet wird. Anschließend durchströmt es einen
Ringraum zwischen dem Innengehäuse
und einem Außengehäuse des
Abgasschalldämpfers.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Abgasschalldämpfer der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass das aus dem Abgasschalldämpfer heraustretende
Abgas eine geringere Temperatur aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Abgasschalldämpfer der gattungsgemäßen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass in Strömungsrichtung
des Abgases dem Katalysator ein Nachverbrennungsraum nachgeordnet
ist, wobei der zwischen der Wand des Innengehäuses und dem Strömungsrohr
angeordnete Strömungskanal
einen ersten Strömungskanal ausbildet,
dem das in den Abgasschalldämpfer
eintretende Abgas zuführbar
ist, und wobei das Abgas ausgehend vom ersten Strömungskanal
das Strömungsrohr
durchströmt,
das einen zweiten Strömungskanal
ausbildet.
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Der
Abgasschalldämpfer
weist ein Innengehäuse
und ein Außengehäuse auf,
die zwischen sich einen Ringraum ausbilden. Im Innengehäuse sind der
Katalysator und der Nachverbrennungsraum angeordnet. Die Nachverbrennung
des Abgases erfolgt also innerhalb des Innengehäuses. Das aus dem Innengehäuse heraustretende
Abgas durchströmt
den Ringraum zwischen dem Innen- und
dem Außengehäuse und
wird dabei abgekühlt.
Es weist daher am freien Ende der Auslassleitung eine verhältnismäßig niedrige
Temperatur auf, obwohl im Nachverbrennungsraum eine sehr hohe Temperatur
herrscht zur Erzielung einer wirksamen Reduzierung der Schadstoffemission.
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Im
Innengehäuse
ist ein Strömungsrohr
angeordnet, wobei zwischen einer Wand des Innengehäuses und
dem Strömungsrohr
ein erster Strömungskanal
verläuft,
dem das Abgas zuführbar
ist und der den Katalysator aufnimmt, und wobei das Strömungsrohr
einen zweiten Strömungskanal
ausbildet. Das in den Abgasschalldämpfer eintretende Abgas wird
dem ersten Strömungskanal
zugeführt,
in dem der Katalysator angeordnet ist, an den sich bezogen auf die
Strömungsrichtung
des Abgases der Nachverbrennungsraum anschließt. Ausgehend vom ersten Strömungskanal
durchströmt
das Abgas dann das Strömungsrohr,
das einen zweiten Strömungskanal
ausbildet.
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Der
erfindungsgemäße Abgasschalldämpfer zeichnet
sich durch eine verhältnismäßig lange
Verweildauer des Abgases im Abgasschalldämpfer aus. Das Außengehäuse wirkt
hierbei als Kühlfläche für das Abgas
und das Innengehäuse
schirmt den heißen
Nachverbrennungsraum gegenüber
der Wand des Außengehäuses ab.
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Bevorzugt
ist der zweite Strömungskanal vom
Abgas entgegen der im ersten Strömungskanal herrschenden
Strömungsrichtung
durchströmbar. Beim Übergang
vom ersten Strömungskanal
zum zweiten Strömungskanal
erfährt
das Abgas somit eine Umlenkung um 180°. Der Abgasschalldämpfer kann
dadurch besonders kompakt ausgestaltet werden und dennoch einen
langen Strömungsweg
für das
Abgas und folglich eine lange Verweildauer innerhalb des Abgasschalldämpfers sicherstellen.
Die Umlenkung des Abgases unterstützt außerdem Schallreflexionen, durch
die die Schalldämpfung
verstärkt
wird.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn der erste Strömungskanal den zweiten Strömungskanal ringförmig umgibt.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Strömungsrohr
koaxial zu einer Längsachse
des Innengehäuses
ausgerichtet ist und dieses in Längsrichtung
durchsetzt, wobei das Abgas dem Innengehäuse im Bereich eines ersten
Endes bezogen auf die Längsachse
zuführbar
ist, dann den ersten Strömungskanal
in Längsrichtung
des Innengehäuses
durchströmt,
um anschließend
um 180° umgelenkt
zu werden und das Strömungsrohr
zu durchströmen.
Ausgehend vom Strömungsrohr
kann das Abgas dann in einen Bereich zwischen dem Innengehäuse und
dem Außengehäuse eintreten.
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Günstig ist
es, wenn das Strömungsrohr
den Katalysator durchsetzt. So kann beispielsweise vorgesehen sein,
dass der Katalysator das Strömungsrohr
in Umfangsrichtung vollständig
umgibt.
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Der
Katalysator ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform als Wabenkatalysator
aus Metall oder Keramik oder auch als Drahtgebilde, insbesondere
in Form eines beschichteten Drahtgestrickes, ausgebildet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
das Strömungsrohr
an seinem der Einlassleitung abgewandten Endbereich eine Lochung
auf, die eine Strömungsverbindung
ausbildet zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungskanal. Über die Lochung
kann das Abgas in radialer Richtung in das Strömungsrohr eintreten.
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Zur
Erzielung einer besonders kompakten Bauweise des Abgasschalldämpfers ist
es von Vorteil, wenn das Abgas stromaufwärts des ersten Strömungskanals
eine Umlenkung um 90° erfährt. Dadurch
kann die Verteildauer des Abgases verlängert und die Schalldämpfung des
Abgasschalldämpfers erhöht werden.
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Wie
bereits erläutert,
durchströmt
das Abgas auf seinem Weg von der Einlassleitung zur Auslassleitung
den zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse angeordneten Ringraum.
Dieser bildet vorzugsweise einen dritten Strömungskanal aus, der vom Abgas
entgegen der im zweiten Strömungskanal
herrschenden Strömungsrichtung
durchströmbar ist.
Das Abgas erfährt
somit bei seinem Übergang vom
zweiten zum dritten Strömungskanal
eine Umlenkung um 180°,
die eine weitere Verlängerung
der Verweildauer des Abgases innerhalb des Abgasschalldämpfers sowie
eine gesteigerte Schalldämpfung
zur Folge hat.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
bildet der Ringraum eine Strömungsverbindung
aus zwischen einem ersten und einem zweiten Endabschnitt des Außengehäuses, wobei
das Abgas ausgehend vom Innengehäuse
dem ersten Endabschnitt zuführbar
ist und wobei die Auslassleitung vom zweiten Endabschnitt aus dem
Außengehäuse herausführt. Das
Innengehäuse
ist bevorzugt zwischen dem ersten und dem zweiten Endabschnitt des Außengehäuses angeordnet.
Auf seinem Weg vom Innengehäuse
zur Auslassleitung durchströmt
das Abgas den ersten Endabschnitt und den sich an diesen in Strömungsrichtung
des Abgases anschließenden
Ringraum, um anschließend
zum zweiten Endabschnitt zu gelangen, von dem es über die
Auslassleitung aus dem Außengehäuse herausgeführt wird.
Insbesondere im Bereich des Ringraumes erfährt das Abgas eine beträchtliche
Abkühlung.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Innengehäuse kolinear zu einer Längsachse
des Außengehäuses ausgerichtet
und das Abgas auf seinem Weg vom ersten zum zweiten Endabschnitt
das Außengehäuse in Längsrichtung
durchströmt.
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Als
günstig
hat es sich erwiesen, wenn die Auslassleitung in den zweiten Endabschnitt
eintaucht. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Auslassleitung in
ihrem in den zweiten Endabschnitt eintauchenden Bereich eine Lochung
aufweist. Über
die Lochung kann das Abgas in radialer Richtung der Auslassleitung
zugeführt
werden und erfährt
dann innerhalb der Auslassleitung eine Umlenkung um 90°. Die Lochung
kann sich über
den gesamten Umfang der Auslassleitung erstrecken, so dass das Abgas der
Auslassleitung über
deren gesamten Umfang zugeführt
werden kann. Dies hat eine weitere Schalldämpfung zur Folge, das heißt die Schallemission des
Abgasschalldämpfers
kann erheblich verringert werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das im zweiten Endabschnitt angeordnete
Ende der Auslassleitung stirnseitig geschlossen ist. Dadurch ist
sichergestellt, dass das Abgas der Auslassleitung nur in radialer
Richtung über
die Lochung zugeführt
werden kann, nicht jedoch auch in axialer Richtung über eine
stirnseitige Öffnung
der Auslassleitung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auslassleitung
parallel zur Einlassleitung und versetzt zu dieser angeordnet. Unter
Sicherstellung einer verhältnismäßig langen
Verweildauer des Abgases im Abgasschalldämpfer kann diesem durch eine
derartige Anordnung der Einlass- und der Auslassleitung eine kompakte
Ausgestaltung verliehen werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Innengehäuse
doppelwandig ausgebildet, wobei eine Innenwand des Innengehäuses an
den Nachverbrennungsraum und eine Außenwand des Innengehäuses an
den Ringraum angrenzt. Durch den die doppelwandige Ausgestaltung
ist sichergestellt, dass im Nachverbrennungraum eine hohe Temperatur
aufrechterhalten werden kann, und zwar nicht nur bei einem Volllastbetrieb,
sondern auch bei einem Teillastbetrieb und sogar im Standgasbetrieb
des Verbrennungsmotors. Damit kann in sämtlichen Betriebsarten des
Verbrennungsmotors eine deutlich verringerte Schadstoffemission
erzielt werden. Die doppelwandige Ausgestaltung des Innengehäuses ermöglicht es
außerdem,
die Temperatur des aus dem Abgasschalldämpfer heraustretenden Abgases
verhältnismäßig gering
zu halten, da das Außengehäuse vom
Nachverbrennungsraum abgeschirmt ist und daher als Kühlfläche für das Abgas
dient.
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Vorzugsweise
ist ein Zwischenraum zwischen der Innenwand und der Außenwand
des Innengehäuses
strömungsdicht
vom Nachverbrennungsraum und vom Ringraum abgedichtet. Das Abgas
kann somit nicht in den Zwischenraum eintreten, der Zwischenraum
stellt vielmehr eine Wärmeisolation
bereit ohne selbst mit dem Abgas in Kontakt zu gelangen.
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Günstig ist
es, wenn der Zwischenraum ein Isoliermaterial aufnimmt, beispielsweise
eine Isoliermatte, insbesondere ein Silikatvlies, das den Zwischenraum
bevorzugt vollständig
ausfüllt.
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Vorzugsweise
durchgreift das Strömungsrohr
den Zwischenraum.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn der Zwischenraum die Innenwand mit
Ausnahme des Bereichs des Strömungsrohres,
in dem dieses den Zwischenraum durchgreift, vollständig umgibt.
Dadurch wird die Wärmeisolation
des Nachverbrennungsraumes weiter verbessert.
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Die
nachfolgende Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Längsschnittansicht
einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers und
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2:
eine schematische Längsschnittansicht
einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers.
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In 1 ist
schematisch eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers dargestellt,
der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt ist. Er umfasst
ein längliches Außengehäuse 12 mit
einer Längsachse 13 und
einem Gehäusemantel 14,
der stirnseitig an einem ersten Ende von einem ersten Deckel 15 und
an einem zweiten Ende von einem zweiten Deckel 16 abgedeckt
ist.
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Das
Außengehäuse 12 nimmt
ein doppelwandig ausgebildetes Innengehäuse 18 mit einer Außenwand 19 und
einer Innenwand 20 auf. Zwischen der Außenwand 19 und der
Innenwand 20 erstreckt sich ein strömungsdicht abgedichteter Zwischenraum 21.
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Das
Innengehäuse 18 ist
kolinear zur Längsachse 13 des
Außengehäuses 12 ausgerichtet.
Innerhalb des Innengehäuses 18 ist
ein Strömungsrohr 23 kolinear
zur Längsachse 13 angeordnet,
das mit einem ersten Endbereich 24 den Zwischenraum 21 durchgreift
und in Höhe
einer Endkappe 26 der Außenwand 19 des Innengehäuses 18 endet.
Mit seinem der Endkappe 26 abgewandten Ende liegt das Strömungsrohr 23 an
einem Innendeckel 28 der Innenwand 20 des Innengehäuses 18 strömungsdicht an.
Dem Innendeckel 28 benachbart weist das Strömungsrohr 23 eine
Lochung 30 auf mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 31,
die in gleichmäßigem Abstand
zueinander über
den gesamten Umfang des Strömungsrohres 23 verteilt
angeordnet sind.
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Der
Endkappe 26 benachbart mündet eine Einlassleitung 33 in
den Bereich zwischen der Innenwand 20 des Innengehäuses 18 und
dem Strömungsrohr 23.
Die Einlassleitung 23 ist in Form eines Rohrstutzens ausgebildet,
der senkrecht zur Längsachse 13 des
Außengehäuses 12 und
damit auch senkrecht zum Strömungsrohr 23 ausgerichtet
ist.
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Bezogen
auf die in der Zeichnung durch die Pfeile 35 symbolisierte
Strömungsrichtung
des Abgases der Einlassleitung 23 nachgeordnet ist das
Strömungsrohr 23 in
Umfangsrichtung vollständig
von einem Katalysator 37 umgeben. Der Katalysator 37 ist in
Form eines beschichteten Drahtgebildes, insbesondere eines beschichteten
Drahtgestrickes ausgestaltet und füllt über einen Teillängsabschnitt
des Strömungsrohres 23 den
Raum zwischen der Innenwand 20 und dem Strömungsrohr 23 vollständig aus. Dieser
Raum bildet einen ersten Strömungskanal 39 des
Abgasschalldämpfers 10,
von dem aus das Abgas über
die Lochung 30 dem Innenraum des Strömungsrohres 23 zugeführt wird,
der einen zweiten Strömungskanal 40 ausbildet,
von diesem strömt
das Abgas zu einem ersten Endabschnitt 42 des Außengehäuses 12,
der sich innerhalb des Außengehäuses 12 zwischen
der Endkappe 26 und dem ersten Deckel 15 erstreckt.
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Die
Außenwand 19 des
Innengehäuses 18 ist
im Abstand zum Außengehäuse 12 angeordnet, so
dass sich zwischen der Außenwand 19 und
dem Außengehäuse 12 in
Umfangsrichtung des Innengehäuses 18 ein
Ringraum erstreckt. Der Ringraum bildet einen dritten Strömungskanal 44 aus, über den das
Abgas ausgehend vom ersten Endabschnitt 42 einem zweiten
Endabschnitt 46 des Außengehäuses 12 zugeführt werden
kann. Zwischen den Endabschnitten 42 und 46 ist
das Innengehäuse 18 angeordnet.
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In
den zweiten Endabschnitt 46 taucht eine Auslassleitung 48 ein,
die parallel zur Einlassleitung 33 und damit senkrecht
zur Längsachse 13 ausgerichtet
ist.
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Die
in den zweiten Endabschnitt 46 eintauchende Stirnseite 49 der
Auslassleitung 48 ist geschlossen, und in seinem der Stirnseite 49 benachbarten
Endbereich weist die Auslassleitung 48 eine Lochung 51 auf
mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 52, die in gleichmäßigem Abstand
zueinander über
den gesamten Umfang der Auslassleitung 48 verteilt angeordnet
sind.
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Ausgehend
vom zweiten Endabschnitt 46 kann das Abgas über die
Lochung 51 in radialer Richtung in den Innenraum der Auslassleitung 48 einströmen, es
wird dann über
die Auslassleitung 48 aus dem Abgasschalldämpfer 10 herausgeführt.
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Der
stromabwärts
des Katalysators 35 angeordnete Bereich des ersten Strömungskanals 39 bildet
einen Nachverbrennungsraum 54 aus, in dem das Abgas bei
einer Temperatur von circa 1000°C
einer Nachverbrennung unterworfen ist. Der Nachverbrennungsraum 54 ist
thermisch über
den Zwischenraum 21 gegenüber dem Außengehäuse 12 isoliert. Das
Abgas kühlt
sich daher auf seinem Weg vom Nachverbrennungsraum 54 über den
zweiten Strömungskanal 40,
den ersten Endabschnitt 42, den dritten Strömungskanal 44,
den zweiten Endabschnitt 46 und die Auslassleitung 48 ab,
so dass es bei Austritt aus der Auslassleitung 48 eine
verhältnismäßig niedrige
Temperatur aufweist. Innerhalb des Abgasschalldämpfers 10 erfährt das
Abgas eine mehrfache Umlenkung, durch die die Schalldämpfung des
Abgasschalldämpfers
verstärkt
wird. Außerdem
wird dem Abgas über
die mehrfache Umlenkung ein verhältnismäßig langer
Strömungsweg
zwischen der Einlassleitung 33 und der Auslassleitung 48 bereitgestellt unter
Aufrechterhaltung einer kompakten Bauform des Abgasschalldämpfers 10.
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Praktisch
die gesamte Innenoberfläche
des Außengehäuses 12 dient
als Kühlfläche für das Abgas,
das sich über
diese Innenoberfläche
verteilt. Durch die Bereitstellung des Ringraumes in Form des dritten
Strömungskanals 44 sowie
des ersten Endabschnittes 42 und des zweiten Endabschnittes 46 ist
ein unmittelbarer Wärmekontakt
zwischen dem Innengehäuse 18 und
dem Außengehäuse 12 vermieden.
Die Kühlwirkung
des Außengehäuses 12 wird dadurch
ebenso gesteigert wie die Wärmeisolation des
Nachverbrennungsraumes 54. Innerhalb des Nachverbrennungsraumes 54 herrschen
daher auch bei einem Teillastbetrieb oder einem Standgasbetrieb des
Verbrennungsmotors, an den der Abgasschalldämpfer 10 angeschlossen
ist, eine hohe Temperatur zu einer möglichst vollständigen Nachverbrennung des
Abgases. Die Schadstoffemission kann dadurch wirkungsvoll verringert
werden.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abgasschalldämpfers schematisch
dargestellt. Dieser Abgasschalldämpfer
ist mit dem Bezugszeichen 60 belegt und weitgehend identisch
ausgebildet wie der voranstehend erläuterte Abgasschalldämpfer 10.
Für identische
Bauteile werden daher in 2 dieselben Bezugszeichen verwendet
wie in 1 und bezüglich
dieser Bauteile wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die voranstehenden
Erläuterungen
Bezug genommen.
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Beim
Abgasschalldämpfer 60 wird
das zu reinigende Abgas dem Außengehäuse 12 stirnseitig über eine
als Winkelstück
ausgebildete Einlassleitung 63 zugeführt. Das Abgas tritt dann in
den ersten Endabschnitt 42 des Außengehäuses 12 ein. Dieser Endabschnitt
bildet in seinem zentralen Bereich eine Einströmkammer 65, die in
Umfangsrichtung von einer Ausströmkammer 66 umgeben
ist. Die Einströmkammer 65 steht über eine
stirnseitige Öffnung 68 mit dem Innenraum
des Innengehäuses 18 in
Strömungsverbindung,
in welchem das Strömungsrohr 23 angeordnet
ist, das in gleicher Weise wie beim voranstehend erläuterten
Abgasschalldämpfer 10 vom Katalysator 37 umgeben
ist. Stromabwärts
des Katalysators 37 erstreckt sich der erste Strömungskanal 39,
der einen Nachverbrennungsraum ausbildet und von dem aus das Abgas
entgegen der im ersten Strömungskanal 39 herrschenden
Strömungsrichtung durch
das Strömungsrohr 23 wieder
zurück
in Richtung des ersten Endabschnitts 42 des Außengehäuses 12 strömt. Ausgehend
vom Strömungsrohr 23 trifft
das Abgas beim Abgasschalldämpfer 60 in
die Ausströmkammer 66,
von der aus das Abgas über den
dritten Strömungskanal 44 in
Form des Ringraumes zwischen dem Innengehäuse 18 und dem Außengehäuse 12 zum
zweiten Endabschnitt 46 strömt. Im zweiten Endabschnitt 46 trifft
das Abgas entsprechend der in 1 dargestellten
Ausführungsform auch
beim Abgasschalldämpfer 60 auf
die Auslassleitung 48, über
die es aus dem Abgasschalldämpfer 60 herausgeführt wird.
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Sowohl
beim Abgasschalldämpfer 10,
der in 1 dargestellt ist, als auch beim Abgasschalldämpfer 60,
der in 2 dargestellt ist, ist der Zwischenraum 21 des
Innengehäuses 18 vollständig mit Isoliermaterial
ausgefüllt,
insbesondere mit einem Silikatvlies. Innerhalb des Innengehäuses 18 können auch
bei einem Teillastbetrieb oder bei Standgasbetrieb hohe Temperaturen
sichergestellt werden, die eine optimale Nachverbrennung des Abgases
sicherstellen, wohingegen das über
die Auslassleitung 48 herausströmende Abgas eine verhältnismäßig geringe
Temperatur aufweist, da es auf seinem Weg vom Innengehäuse 18 zur
Auslassleitung 48 für
eine verhältnismäßig lange
Zeit einer nicht unerheblichen Kühlung
unterworfen ist.