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Die
Erfindung betrifft eine Schalldämpferanlage mit einem Rohr
oder Kanal zur Luftzuführung und/oder Abgasführung
von Feuerstätten und mit einer einen Hohlraumresonator
aufweisenden Resonatorvorrichtung zur Geräuschdämpfung
oder Schalldämpfung von in dem Rohr oder Kanal in einer
Strömungsrichtung strömenden Gasen.
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Derartige
Schalldämpferanlagen dienen dazu, zumindest bestimmte Frequenzen
der durch die strömenden Gase übertragenen Schallwellen
zumindest so zu vermindern, dass beispielsweise bestimmte Eigenfrequenzen
einer Feuerstätte und/oder eines Wohnraumes ausgefiltert
werden können. Hohlraumresonatoren an sich sind bekannt.
Hierbei können diese als sogenannte Helmholtz-Resonatoren
ausgebildet sein. Helmholtz-Resonatoren dämpfen eine bestimmte
Frequenz eines Geräusches, verstärken aber häufig
eine hierzu benachbarte Frequenz. Dies ist ein Grund, weshalb, baulich
aufwändig, häufig mehrere Helmholtz-Resonatoren
in Reihe geschaltet werden, um mehrere, in der Regel benachbarte
Frequenzen weitgehend zu dämpfen.
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In
der
DE 35 17 859 A1 wird
ein Heizungskessel mit einer komplexen Schalldämpferanlage
mit mindestens einem Helmholtz-Resonator offenbart. In der Patentschrift
DE 760 362 wird eine Schalldämpferanlage
mit mindestens einem Helmholtz-Resonator beschrieben, der auch als
Lambda-Viertel-Resonator wirkt, wobei die Kammer des Helmholtz-Resonators
das Rohr umschließt. Dies erfordert aber eine entsprechend
große Bauweise der Schalldämpferanlage.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfacher aufgebaute
Schalldämpferanlage mit einer verkleinerten Bauweise bereitzustellen.
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Die
gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und insbesondere
dadurch gelöst, dass der Hohlraumresonator als Lambda-Viertel-Resonator
mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende ausgebildet
ist, der im Inneren des Rohres angeordnet ist.
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Ein
Lambda-Viertel-Resonator weist eine Grundresonanz mit einem Viertel
der Schallwellenlänge (Lambda) auf, wodurch allein eine
gegenüber einem Helmholtz-Resonator einfachere, zumindest teilweise
kompaktere Bauweise des Hohlraumresonators möglich wird.
Durch eine übliche seitliche Anbindung eines Helmholtz-Resonators
kann zwar eine entgegengesetzte Schwankung des statischen Druckes
zur Dämpfung, nicht aber, wie beim Lambda-Viertel-Resonator,
die Schwankung der Schallschnelle und somit die Schwankung des Gesamtdruckes
genutzt werden, so dass mittels des Lambda-Viertel-Resonators eine
einfache Einflussnahme auf Schallschnelle und Gesamtdruck möglich
ist.
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Eine
Anordnung oder Integration des Lambda-Viertel-Resonators in dem
Rohr erfordert keine Erweiterung desselben, so dass hierdurch weiter eine
verkleinerte Bauweise der Schalldämpferanlage erzielt werden
kann. Somit ist mit dem Einbau des Lambda-Viertel-Resonators kein
zusätzlicher Raumbedarf erforderlich. Somit kann ein Rohr
oder Kanal mit der erfindungsgemäßen Schalldämpferanlage mittels
Einbaus des Lambda-Viertel-Resonators problemlos nachgerüstet
oder umgerüstet werden. Bei Austausch eines defekten Rohres
kann der Lambda-Viertel-Resonator in das neue Rohr umgesetzt werden.
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Vorzugsweise
ist der Lambda-Viertel-Resonator mit seinem offenen Ende so in dem
Rohr angeordnet, dass die Schallschnelle der akustischen Welle in
dem Lambda-Viertel-Resonator an dem offenen Ende die gleiche vektorielle
Richtung wie die Schallschnelle der akustischen Welle in dem Rohr
in Höhe des offenen Endes aufweist. Hierdurch kann unmittelbar
auf die Schallschnelle bzw. die Änderung der Schallschnelle
der akustischen Welle im Rohr eingewirkt werden. Bei einer üblichen
seitlichen Anbindung eines Hohlraumresonators an das Rohr, bei der
die Öffnung desselben seitlich in das Rohr einmündet, werden
entgegengesetzte Schwankungen des statischen Druckes im Rohr genutzt.
Mittels der vorgeschlagenen Anordnung kann jedoch Schwankungen der
Schallschnelle und somit auf Schwankungen des Gesamtdruckes genutzt
werden. In der Akustik gibt die Schallschnelle eine Änderung
einer Auslenkung der die Schallwelle bewirkenden Teilchen nach der Zeit
wieder. Ein Produkt von Schalldruck und Schallschnelle gibt die
Schallintensität wieder. Mit Einwirkung auf die Schallschnelle
kann somit unmittelbar auf die Schallintensität eingewirkt
werden. Hierbei kann beispielsweise die Wellenlänge des
Lambda-Viertel-Resonators so eingestellt werden, dass die Schallschnelle
der akustischen Welle im Lambda-Viertel-Resonator der der akustischen
Welle im Rohr entgegenwirkt.
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Der
Lambda-Viertel-Resonator kann mit seinem offenen Ende in Strömungsrichtung
der Gase weisen. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden,
dass die Funktion des Lambda-Viertel-Resonators nicht von einem
wechselnden Staudruck durch die anströmenden Gase beeinflusst
wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Lambda-Viertel-Resonator
mit seinem geschlossenen Ende gegen Strömungsrichtung der
Gase weist. Somit kann über eine derartige Anordnung erreicht
werden, dass unschiedliche Staudrücke im Rohr in Höhe
des Lambda-Viertel-Resonators nicht die Resonanzfrequenzfrequenz des
Lambda-Viertel-Resonators verändern. Dank dieser Positionierung
wird der Lambda-Viertel-Resonator nicht durch einen sich ändernden
Staudruck beein flusst, so dass die Dämpfung unabhängig
vom Staudruck bleiben kann.
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In
einer Weiterbildung der Schalldämpferanlage kann das geschlossene
Ende des Lambda-Viertel-Resonators bezüglich der Strömungsrichtung eine
einen Strömungswiderstand oder Staudruck minimierende Form
aufweist. Alternativ können Leitbleche zur Minimierung
des Strömungswiderstandes vorgesehen sein, die in Strömungsrichtung
vorzugsweise unmittelbar vor dem Lambda-Viertel-Resonator in dem
Rohr angeordnet sind. Vorzugsweise kann ein Schutz des Lambda-Viertel-Resonators
gegen Abrieb und/oder Heißabrieb vorgesehen sein. Dieser kann
beispielsweise in Form einer Schutzhülle vorgesehen sein,
die funktionsgerecht in Strömungsrichtung vor dem Lambda-Viertel-Resonator
angeordnet sein kann und vorzugsweise an diesem anliegen kann. Die
Schützhülle oder zumindest das geschlossene Ende
des Lambda-Viertel-Resonators kann eine Abrieb feste Schutzschicht
aufweisen. Die Hülle kann zugleich die den Strömungswiderstand
oder Staudruck minimierende Form aufweisen.
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Das
Verhältnis von Öffnungsfläche des offenen
Endes des Lambda-Viertel-Resonators und verbleibender freier Querschnittsfläche
des Rohres in Höhe des Lambda-Viertel-Resonators kann 1:5
oder mehr, vorzugsweise 1:3 oder mehr oder idealerweise etwa 1:1,
genau 1:1 oder mehr betragen.
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Ein
besonderer Vorteil wird darin gesehen, dass der Lambda-Viertel-Resonator
mit einer veränderbaren axialen Länge versehen
sein kann. Mit einer veränderbaren axialen Länge
kann der Schalldämpfer in verschiedenen Aggregaten eingesetzt werden
und hierbei jeweils auf eine spezifische Wellenlänge oder
auf eine Wellenlänge bei geänderten Arbeitsbedingungen
der beispielsweise zugeordneten Feuerungsanlage eingestellt werden.
Auch mit der Schallübertragung von Feuerungsanlagen, wie Heizkesseln,
in Wohnräume kann aufgrund unterschiedlicher Resonanzfrequenzen
der Wände des Wohnraumes oder der Wohnräume nicht
immer die gleiche Frequenz die Hauptstörfrequenz im Wohnraum
sein, die es gilt zu dämpfen. In einer Ausbildungsform
der Dämpfungsanlage kann der Boden des Lambda-Viertel-Resonators
gegenüber seinem offenen Ende absenkbar ausgebildet sein.
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Bevorzugt
wird aber eine Möglichkeit der axialen Verlängerung,
gemäß der die Seitenwände des Lambda-Viertel-Resonators
verlängerbar sind. Der Lambda-Viertel-Resonator kann mindestens
zwei ineinander greifende, röhrenförmige Teleskopierglieder aufweisen.
Ein in Strömungsrichtung vorderes Teleskopierglied kann
das geschlossene Ende und ein in Strömungsrichtung hinteres
Teleskopierglied das offene Ende aufweisen. Es können Anschläge
zur Begrenzung einer minimalen und/oder einer maximalen axialen
Länge vorgesehen sein. Die Teleskopierglieder können
stufenlos oder über bestimmte Abstufungen ineinander schiebbar
angeordnet sein. Die axiale Länge kann vorzugsweise über
eine Betätigungsvorrichtung, das ein an den Lambda-Viertel-Resonator angreifendes
Gestänge aufweisen kann, vorzugsweise von außerhalb
des Rohres betätigbar und/oder manuell einstellbar sein.
Hierzu kann die Betätigungsvorrichtung einen von außen
betätigbaren Schieber aufweisen, der in einem in axialer
Richtung verlaufenden Langloch in der Rohrwandung geführt ist
und vorzugsweise an dem hinteren Teleskopierglied angreift. Vorzugsweise
ist eine Messskalierung vorzugsweise an den Seitenwänden
des Rohres zum Ablesen der teleskopierten Länge des Lambda-Viertel-Resonators
und/oder der damit eingestellten Wellenlänge des Lambda-Viertel-Resonators
vorgesehen.
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Der
Lambda-Viertel-Resonator kann exzentrisch in dem Rohr angeordnet
sein. Vorzugsweise grenzt der Lambda-Viertel-Resonator seitlich
an der Rohrinnenwand an. Er kann an der Rohrinnenwand festlegt,
vorzugsweise verschweißt, sein. Dadurch weist günstigerweise
der für das Gas durchströmbare Restquerschnitt
des Rohres R eine sichelartige Form auf. Ferner kann, insbesondere
im Falle einer Ausführungsform des Lambda-Viertel-Resonators mit
veränderbarer axialer Länge, konstruktiv leichter von
Außen auf das zu bewegende Bauteil des Lambda-Viertel-Resonators,
wie das vorzugsweise hintere Teleskopglied und wie der Boden, so zugegriffen
werden, dass beispielsweise der Schieber durch die angrenzenden
oder zumindest nur unweit beabstandete Wandbereiche vom zu bewegenden
Bauteil zur Rohrwand hin geführt ist.
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Der
Lambda-Viertel-Resonator kann eine Abflussöffnung für
Kondensat aus dem Gas aufweisen. Zweckmäßigerweise
ist die Abflussöffnung in der Wandung des Lambda-Viertel-Resonators
an der Stelle eingelassen, die in Einbaulage des Lambda-Viertel-Resonators
in dem Rohr und in Einsatzlage des Rohres bezüglich der
Erdschwerkraft unten positioniert ist. Es versteht sich, dass, zur
Erzielung des Lambda-Viertel-Effektes des Lambda-Viertel-Resonators,
die Abflussöffnung in ihrem Öffnungsquerschnitt
wesentlich kleiner als der des offenen Endes ist. Vorzugsweise ist
die Abflussöffnung 7 verschließbar.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer in einer
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1a eine
Längsschnittsansicht einer ersten Ausführungsform
einer Schalldämpferanlage mit einem Lambda-Viertel-Resonator
in einem Rohr,
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1b eine
Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß dem
Schnittverlauf Ib-Ib in 1a,
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2a eine
Längsschnittsansicht der Ausführungsform der Schalldämpferanlage
gemäß 1, jedoch
mit exzentrischer Anordnung in dem Rohr,
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2b eine
Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß dem
Schnittverlauf IIb-IIb in 2a,
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3a eine
Längsschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform
der Schalldämpferanlage mit teleskopierbarem Lambda-Viertel-Resonator
in dem Rohr in einer minimalen Endstellung,
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3b eine
Längsschnittsansicht der zweiten Ausführungs form
der Schalldämpferanlage in einer maximalen Endstellung
des teleskopierbaren Lambda-Viertel-Resonators,
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3c eine
Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß dem
Schnittverlauf IIIb-IIIb in 3a,
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4a eine
Längsschnittsansicht einer dritten Ausführungsform
der Schalldämpferanlage mit teleskopierbarem Lambda-Viertel-Resonator
in dem Rohr in einer minimalen Endstellung,
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4b eine
Längsschnittsansicht der dritten Ausführungsform
der Schalldämpferanlage in einer maximalen Endstellung
des teleskopierbaren Lambda-Viertel-Resonators,
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4c eine
Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß dem
Schnittverlauf IVb-IVb in 4b und
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4d eine
Längsschnittansicht gemäß dem Schnittverlauf
IVd-IVd in 4c.
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In
den 1 bis 4 werden
drei Ausführungsformen einer Schalldämpferanlage 1 mit
einer einen Lambda-Viertel-Resonator 2 als Hohlraumresonator aufweisenden
Resonatorvorrichtung 3 gezeigt. Der Lambda-Viertel-Resonator 2 ist
jeweils im Rohr R zur Luftzuführung und/oder Abgasführung
von Feuerstätten angeordnet und dient zur Geräuschsdämpfung
oder Schalldämpfung von in dem Rohr R in einer Strömungsrichtung
s strömenden Gasen.
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Der
Lambda-Viertel-Resonator 2 ist röhrenförmig
mit einem Hohlraum 4 ausgebildet. Er weist ein offenes
Ende 5 und ein geschlossenes Ende 6 auf. Der Lambda-Viertel-Resonators 2 ist
mit seiner axialen Länge l so in dem Rohr R in Längsrichtung des
Rohres R angeordnet, dass die Schallschnelle SL seiner
in dem Hohlraum 4 erzeugten akustischen Welle vektoriell
in die gleiche Richtung wie die Schallschnelle SR Strömungsrichtung
s weist.
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Das
gegen Strömungsrichtung s weisende geschlossene Ende 6 ist
in diesen Ausführungsformen kreisrund konvex gewölbt
ausgebildet, so dass ein Staudruck des Gases infolge des in dem
Rohr R angeordneten Lambda-Viertel-Resonators 2 im Vergleich
zu einem ungewölbten geschlossenen Ende entsprechend vermindert
wird. Mit Anordnung des geschlossenen Endes des Lambda-Viertel-Resonator 2 gegen
Strömungsrichtung s im Rohr R wird vorteilhaft erzielt,
dass unterschiedliche Staudrücke im Rohr R in Höhe
des Lambda-Viertel-Resonator 2 nicht die Resonanzfrequenz
der Schalldämpferanlage 1 verändern.
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Der Öffnungsquerschnitt
des offenen Endes 5 beträgt hier etwa ein Viertel
des Rohrquerschnittes.
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An
dem geschlossenen Ende 6 ist radial innen eine Abflussöffnung 7 in
der Wandung des Lambda-Viertel-Resonators 2 eingelassen,
so dass die hier gezeigten Ausführungsformen der Schalldämpferanlagen 1 für
einen Einsatz geeignet sind, in dem sie, wie in den Figuren dargestellt,
mit dem offenen Ende 5 nach oben hin gewandt angeordnet
betrieben werden, so dass Kondensat im Hohlraum 4 des Lambda-Viertel-Resonators 2 zur
Abflussöffnung 7 hin sich sammeln und durch die
Abflussöffnung 7 abfließen kann. Die
Abflussöffnung 7 weist einen Öffnungsquerschnitt
auf, der wesentlich kleiner als der des offenen Endes 5 ist.
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In
der ersten Ausführungsform der Schalldämpferanlage 1 gemäß 1 ist der Lambda-Viertel-Resonator 2 konzentrisch
zum Rohr R angeordnet, wodurch eine entsprechend geringe Störung
der Strömung und damit entsprechend geringer Staudruck
des Gases im Rohr R erfolgen kann.
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In
der zweiten Ausführungsform der Schalldämpferanlage 1 gemäß 2 ist der Lambda-Viertel-Resonator 2 exzentrisch
in dem Rohr angeordnet und seitlich an der Rohrinnenwand 8 festgelegt,
d. h. hier mit der Rohrinnenwand 8 verschweißt.
Dadurch ergibt sich ein für die Gasdurchströmung
wirksamer sichelförmiger Restquerschnitt des Rohres R.
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In
den Ausführungsformen der Schalldämpferanlage 1 gemäß den 3 und 4 ist
der Lambda-Viertel-Resonator 2 bezüglich seiner
axialen Länge l längenveränderlich ausgebildet.
Hierzu weist der Lambda-Viertel-Resonator 2 zwei ineinander
greifende, röhrenförmige Teleskopierglieder auf,
ein in Strömungsrichtung s vorderes Teleskopierglied 9 mit
dem geschlossenen Ende 6 und ein in Strömungsrichtung s
hinteres Teleskopierglied 10 mit dem offenen Ende 5,
auf. Durch diese Maßnahme ist der Lambda-Viertel-Resonator 2 auf
eine gewünschte Wellenlänge und damit auf eine
bestimmte Frequenz einstellbar. In den hier gezeigten Ausführungsformen
greift das hintere Teleskopierglied 10 in das vordere Teleskopierglied 9 ein,
wobei die Teleskopierglieder zur Längenänderung
des Lambda-Viertel-Resonators 2 hier stufenlos aneinander
abgleiten.
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Die
Teleskopierglieder 9, 10 sind über einen bestimmten
Teleskopierweg w relativ zueinander bewegbar. Hierbei ist das vordere
Teleskopierglied 9 an der Rohrinnenwand 8 festgelegt,
während das hintere Teleskopierglied 10 in dem
vorderen Teleskopierglied 9 axial geführt ist.
Der Teleskopierweg w ist durch Anschläge 11 begrenzt.
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In
der dritten Ausführungsform der Schalldämpferanlage 1 gemäß 3 weist der Lambda-Viertel-Resonator 2 in 3a eine
minimale Länge und in 3b eine
maximale Länge auf. Zur Begrenzung des Teleskopierweges
stößt das hintere Teleskopierglied 10 in
einer minimalen Endposition gemäß 3a innenseitig
an das zur Rundung ausgeformte geschlossene Ende 6 an,
während zur Begrenzung des Teleskopierweges w in einer
maximalen Endposition gemäß 3b ein
an der Rohrinnenwand 8 festgelegter, hier angeschweißter
Vorsprung 12 vorgesehen ist.
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In
der Ausführungsform der Schalldämpferanlage 1 gemäß 4 ist zusätzlich zu der Ausführungsform
gemäß 3 eine Betätigungsvorrichtung 13 zur
Verschiebung des hier hinteren Teleskopiergliedes 10 vorgesehen.
Die Betätigungsvorrichtung 13 weist einen Schieber 14 auf
der von Außen durch ein in dem Rohr R eingebrachtes und
axial verlaufendes Langloch 15 an dem hinteren Teleskopierglied 10 angreift
und an demselben festgelegt ist. Der Teleskopierweg w wird hier
durch die axiale Länge des Langloches 15 begrenzt,
deren Enden als Anschläge 11 dienen.
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Außenseitig
ist eine Messskalierung 16 zur Anzeige des Teleskopierweges
w vorgesehen, welches in 4d lediglich
geschnitten gezeigt ist. Hierbei ist, welches den Figuren nicht
entnehmbar ist, zur Vereinfachung der Schalldämpferanlage
die Messskalierung 16 so eingerichtet, dass die aktuelle
Lage des Schiebers 14 in einer Skala die aktuelle axiale Länge
des Lambda-Viertel-Resonators 2 und zugleich in einer anderen
Skala die damit aktuell eingestellte Wellenlänge des Lambda-Viertel-Resonators 2 anzeigt.
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- 1
- Schalldämpferanlage
- 2
- Lambda-Viertel-Resonator
- 3
- Resonatorvorrichtung
- 4
- Hohlraum
- 5
- Ende
- 6
- Ende
- 7
- Abflussöffnung
- 8
- Rohrinnenwand
- 9
- Teleskopierglied
- 10
- Teleskopierglied
- 11
- Anschlag
- 12
- Vorsprung
- 13
- Betätigungsvorrichtung
- 14
- Schieber
- 15
- Langloch
- 16
- Messskalierung
- R
- Rohr
- l
- Länge
- SL
- Schallschnelle
- SR
- Schallschnelle
- s
- Strömungsrichtung
- w
- Teleskopierweg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3517859
A1 [0003]
- - DE 760362 [0003]