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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der
hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Technik von Generatoren
und insbesondere einen Generator, der einen axial gekühlten Stator
mit mehreren Wegen enthält.
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Einige
herkömmliche
Generatoren verwenden einen radialen Luftstrom, um interne Komponenten
zu kühlen.
Insbesondere werden axiale Luftströme durch einen Statorabschnitt
des Generators hindurch geführt.
Der Stator enthält
mehrere Durchgänge,
die als ein Kanal für
einen Kühlluftstrom
dienen. Der Kühlluftstrom
wird in einer Richtung durch die mehrere Durchgänge geleitet, um Wärme von
dem Stator wegzuleiten. Durch Verringerung innerer Statortemperaturen
wird die Generatoreffizienz vergrößert.
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Kleinere
Generatoren, wie beispielsweise diejenigen, die in Windkraftwerken
eingesetzt werden, können
Statoren mit axialen Strömungsdurchgängen einsetzten.
Jedoch verwenden einige Generatorkonstruktionen eine kürzere Statorlänge. An
sich wird der Kühlluftstrom
nicht effizient genutzt. Insbesondere ergeben die kürzere Statorlänge und
der entsprechend kürzere
axiale Stimmungsdurchgang keine hinreichende Zeit zur ausreichenden
Wärmeübertragung
zwischen dem Stator und dem Luftstrom. Demgemäß ist in kürzeren Generatoren die Austrittstemperatur
des Kühlluftstroms
viel kleiner als die Austrittstemperatur des Kühlluftstroms in größeren Generato ren.
Folglich wird das Wärmeleitungsvermögen des
Kühlluftstromes
nicht voll genutzt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung enthält ein
Generator ein Gehäuse
und einen in dem Gehäuse
angeordneten Stator. Der Stator enthält ein erstes Ende, das sich
zu einem zweiten Ende erstreckt, und mehrere axiale Strömungskanäle, die
sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstrecken. Der Generator
enthält
ferner wenigstens ein Luftstromumlenkelement, das an wenigstens
einem von dem ersten und dem zweiten Ende des Stators vorgesehen
ist. Das wenigstens eine Luftstromumlenkelement verbindet einzelne
benachbarte der mehreren axialen Stimmungskanäle strömungsmäßig miteinander. Das wenigstens
eine Luftstromumlenkelement lenkt einen Luftstrom, der durch einen
von den mehreren axialen Strömungskanälen hindurch
in einer ersten Richtung strömt,
in einen benachbarten einzelnen der mehreren axialen Stimmungskanäle hinein
in eine zweite Richtung, wobei sich die zweite Richtung von der
ersten Richtung unterscheidet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zum Kühlen eines
Generatorstators ein Führen
eines Kühlluftstroms
in ein ersts Ende eines ersten axialen Strömungskanals hinein, der innerhalb
des Generatorstators angeordnet ist, Leiten des Kühlluftstroms
entlang des axialen Strömungskanals
in eine erste Richtung zu einem zweiten Ende hin, Umlenken des Kühlluftstroms
von dem zweiten Ende des axialen Strömungskanals zu einem ersten
Ende eines benachbarten axialen Strömungskanals hin und Leiten
des Kühlluftstroms
entlang des benachbarten axialen Strömungskanals in eine zweite
Richtung, wobei die zweite Richtung zu der ersten Richtung entgegengesetzt
ist, um einen auf mehreren Wegen axial gekühlten Stator zu schaffen.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Der
Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am
Schluss der Beschreibung besondern angegeben und deutlich beansprucht.
Das Bevorstehende und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung
erschließen
sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen, in denen zeigen:
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1 eine
von unten links betrachtete Perspektivansicht eines axial gekühlten Generators
mit mehreren Wegen gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform;
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2 eine
Explosionsansicht eines Stators, der Luftstromumlenkelemente enthält, gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform;
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3 eine
ausschnittsweise vordere Perspektivansicht eines Luftstromumlenkelementes
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform;
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4 eine
ausschnittsweise hintere Perspektivansicht eines Luftstromumlenkelementes
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform;
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5 eine
ausschnittsweise vordere Perspektivansicht eines Luftstromumlenkelementes,
das gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsformaufgebaut
ist; und
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6 eine
ausschnittsweise Perspektivansicht eines Stators, der Luftstromumlenkelemente gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
enthält.
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Die
detaillierte Beschreibung erläutert
Ausführungsformen
der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines
Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1–4 ist ein Generator,
der gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
konstruiert ist, allgemein bei 2 angezeigt. Der Generator 2 enthält ein Gehäuse 4,
das einen Stator 6 und einen (nicht veranschaulichten)
Rotor umgibt. Der Stator 6 enthält ein erstes Ende 10,
das sich zu einem zweiten Ende 12 über einen Zwischenabschnitt 14 erstreckt,
der einen Innendurchmesserabschnitt 16 und einen Außendurchmesserabschnitt 17 definiert.
Wie veranschaulicht, ist der Stator 6 aus mehreren geschichteten
Blechen ausgebildet, von denen eines bei 18 gekennzeichnet
ist. Der Stator 6 enthält
mehrere Schlitze/Nuten 20, die an dem Innendurchmesserabschnitt 16 ausgebildet
sind, und mehrere Druckbolzenschlitze 23, die an dem Außendurchmesserabschnitt 17 ausgebildet
sind.
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Wie
am besten in 2 veranschaulicht, enthält der Stator 6 mehrere
allgemein bei 28 angezeigte axiale Strömungsdurchgänge, die sich zwischen dem
ersten und dem zweiten Ende 10 und 12 erstrecken.
Die axialen Strömungsdurchgänge 28 stellen
Kanäle
für einen
Kühlluftstrom
bereit, der durch den Stator 6 hindurchtritt. Der Stator 6 ist
ferner Veranschaulicht, wie eine erste und eine zweite Finger-/Druckplatte 32 und 33 enthält. Die
erste Druckplatte 32 liegt an dem ersten Ende 10 an,
während die
zweite Druckplatte 33 an dem zweiten Ende 12 anliegt.
Jede Druckplatte enthält
mehrere Öffnungen 35 und 36,
die mit den axialen Strömungskanälen 28 ausgerichtet
sind, mehrere Nuten 38, 39, die mit den Nuten 20 ausgerichtet
sind, und mehrere Aussparungen 41 und 42, die
mit den Pressbolzenschlitzen 23 ausgerichtet sind. Bei
dieser Anordnung dienen die erste und die zweite Druckplatte 32 und 33 dazu,
die mehreren Bleche 18 zusammenzudrücken, um für strukturelle und schwingungsbezogene
Zwecke einen einzigen Festkörper
zu bilden.
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Gemäß der beispielhaften
Ausführungsform enthält der Stator 6 ein
erstes Luftstromumlenkelement 47 und ein zweites Luftstromumlenkelement 48.
In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das erste Luftstromumlenkelement 47 an
der ersten Druckplatte 32 montiert und liegt an dieser
an, während
das zweite Luftstromumlenkelement 48 an der zweiten Druckplatte 33 montiert
ist und an dieser anliegt. Die Luftstromumlenkelemente 47 und 48 sind
an zugehörigen
einzelnen Druckplatten 32 und 33 beispielsweise
durch die Verwendung eines Druckrings und/oder von Verschraubungsblöcken (nicht
veranschaulicht) montiert. Da jedes Luftstromelement 47, 48 im
Wesentlichen gleich ausgebildet ist, folgt eine detaillierte Beschreibung
unter Bezugnahme auf das erste Luftstromumlenkelement 47 mit
einem Verständnis,
dass das zweite Luftstromumlenkelement 48 ähnlich aufgebaut
ist.
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Wie
am besten in 3 veranschaulicht, enthält das Luftstromumlenkelement 47 einen
Hauptkörper 54,
der einen Innendurchmesserabschnitt 56 und einen Außendurchmesserabschnitt 57 aufweist, die
eine erste Oberfläche 59 und
eine gegenüberliegende
zweite Oberfläche 60 definieren.
Mehrere Nuten 63 breiten sich stahlartig an dem Innendurchmesserabschnitt 56 aus,
und mehrere Aussparungen 65 sind an dem Außendurchmesserabschnitt 57 ausgebildet.
Die Nuten 63 sind eingerichtet, um mit den Nuten 20 und 38 ausgerichtet
zu sein, während
die Aussparungen 65 eingerichtet sind, um mit den Aussparungen 41 und
den Druckbolzenschlitzen 23 ausgerichtet zu sein. Zusätzlich enthält das Luftstromumlenkele ment 47 mehrere
allgemein bei 70 angezeigte Öffnungen, die mit einzelnen
ausgewählten
der mehreren axialen Strömungskanäle 28 ausgerichtet
sind, um (nicht gesondert bezeichnete) Einlässe und Auslässe zu definieren,
wie dies nachstehend in größeren Einzelheiten
erläutert
ist.
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Gemäß der beispielhaften
Ausführungsform enthält das Luftstromumlenkelement 47 mehrere Luftstromumlenkkomponenten,
die allgemein bei 74 angezeigt sind. Jede Luftstromumlenkkomponente enthält einen
ersten Endabschnitt 80, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 81 über einen
Führungsabschnitt 82 erstreckt.
Außerdem
enthält
jede Luftstromumlenkkomponente einen bogenförmigen Abschnitt 86 (4),
der konkav ist, wenn er von der zweiten Fläche 60 betrachtet
wird. Bei dieser Anordnung ist der erste Endabschnitt 80 positioniert,
um mit einem der mehreren axialen Strömungskanäle 28 ausgerichtet
zu sein, während
der zweite Endabschnitt 81 positioniert ist, um mit einem
anderen der mehreren axialen Strömungskanäle 28 ausgerichtet
zu sein. Auf diese Weise strömt
Luft, die in eine von den (nicht gesondert bezeichneten) Einlassöffnungen
eintritt, durch den einen von den mehreren axialen Strömungskanälen 28,
trifft auf die Luftstromumlenkkomponente 74 auf und wird
in den anderen von den mehreren axialen Strömungskanälen 28 umgelenkt,
bevor sie aus einer von den (nicht gesondert bezeichneten) Auslassöffnungen
austritt, so dass der Luftstrom mehrere Male durch den Statur 6 hindurchtritt.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform,
die in 5 veranschaulicht ist, ist ein Luftstromumlenkelement 90 aus
einem thermoplastischen Polymer, wie beispielsweise Polyethylen,
Polypropylen oder Polyamid, gegossen. Das Luftströmumlenkelement 90 kann
auch aus einem faserverstärkten
Polymer oder faserverstärkten
organischen Verbundsstoff gegossen sein. Das Luftstromumlenkelement 90 enthält mehrere
Luftstromumlenkkomponenten 92 sowie mehrere Öffnungen 94,
die eingerichtet sind, um mit jeweiligen einzelnen der mehreren
axialen Strömungskanäle 28 ausgerichtet
zu sein. Das Luftstromumlenkelement 90 wird nach einem
Harzaufbringungsprozess zu dem Stator 6 hinzugefügt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung bildet das Luftstromumlenkelement 47 eine Druckplatte.
Bei dieser Anordnung sind die Luftstromumlenkkomponenten 74 in
die Druckplatte eingeprägt.
Auf diese Weise werden die eingeprägten Luftstromumlenkelemente
als Druckplatten verwendet, um die mehreren Bleche zusammenzudrücken, um
den einen Festkörper
zu bilden. An sich besteht kein Bedarf nach weiteren Druckplatten,
und der Stator 6 kann unter Verwendung wenigerer Komponenten
erzeugt werden. In jedem Fall wird der Kühlluftstrom mehrere Male durch
den Stator 6 hindurch geleitet, um die Wärmeaufnahme
zu verbessern. Dies bedeutet, dass Kühlluft mit wesentlicher zusätzlicher Wärmeleitfähigkeit
nicht von dem Stator 100 weitergeleitet wird. Die mehreren
axialen Wege des Kühlluftstroms
sind besonders bei Generatoren vorteilhaft, die ein dünnes Profil
haben, wie sie in Windkraftwerken und Marine/Wasserkraft-Anwendungen
eingesetzt werden, wobei jedoch mehrere axiale Durchgänge des
Kühlluftstroms
auf einem weitem Gebiet von Generatormodellen für verschiedene Anwendungen
genutzt werden können.
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Es
wird nun auf 5 Bezug genommen, um einen Stator 100 zu
beschreiben, der gemäß einem weiteren
beispielhaften Aspekt der Erfindung konstruiert ist. Wie veranschau licht,
enthält
der Stator 100 ein erstes Ende 104, das sich bis
zu einem zweiten Ende 106 über einen Zwischenabschnitt 108 erstreckt,
die einen Inndurchmesserabschnitt 111 und Außendurchmesserabschnitt 112 definieren.
Wie veranschaulicht, ist der Stator 100 aus mehreren geschichteten
Blechen ausgebildet, von denen eines bei 113 angezeigt
ist. Der Stator 100 enthält mehrere Schlitze/Nuten 115,
die an dem Innendurchmesserabschnitt 111 ausgebildet sind,
und mehrere Druckbolzenschlitze 118, die um den Außendurchmesserabschnitt 112 herum
verteilt ausgebildet sind.
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Außerdem enthält der Stator 100 mehrere allgemein
bei 122 angezeigte axiale Strömungsdurchgänge, die sich zwischen dem
ersten und dem zweiten Ende 104 und 106 erstrecken.
Einzelne ausgewählte
der axialen Strömungsdurchgänge 122 enthalten
einen Einlass, wie beispielsweise bei 123 angezeigt, während andere
einzelne ausgewählte
der axialen Strömungsdurchgänge 122 einen
Auslass enthalten, wie beispielsweise bei 124 angezeigt.
Wie in größeren Einzelheiten
nachstehend erläutert,
ergeben die axialen Strömungsdurchgänge 122 Kanäle für einen
Kühlluftstrom,
der durch den Stator 100 hindurchtritt. Der Stator 100 ist
ferner veranschaulicht, wie er eine erste und eine zweite Fingerloch-/Druckplatte 129 und 130 enthält. Die
erste Druckplatte 129 liegt an dem ersten Ende 104 an,
während
die zweite Druckplatte 130 an dem zweiten Ende 106 anliegt. Die
Druckplatte 129 enthält
mehrere Öffnungen,
von denen eine bei 135 angezeigt ist und die mit den axialen
Strömungskanälen 122 ausgerichtet
sind, mehrere Nuten, wie beispielsweise bei 138 angezeigt
und die mit den Nuten 115 ausgerichtet sind, und mehrere Aussparungen 139,
die mit den Druckbolzenschlitzen 118 ausgerichtet sind.
Natürlich
sollte es verständlich sein,
dass die Druckplatte 130 einen ähnlichen Aufbau enthält. Auf
eine ähnliche
Weise wie der vorstehend beschriebenen dienen die erste und die
zweite Druckplatte 129 und 130 dazu, die mehreren
Bleche 113 unter Ausbildung eines einzigen Vollkörpers für strukturelle
und schwingungsabhängige
Zwecke zusammen zu verpressen.
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Weiter
gemäß der beispielhaften
veranschaulichten Ausführungsform
enthält
der Stator 100 ein erstes Luftstromumlenkelement 140 ein
zweites Luftstromumlenkelement 141. Das erste Luftstromumlenkelement 140 ist
durch einen ersten Kanal 144 definiert, der an dem ersten
Ende 104 ausgebildet ist, während das zweite Luftstromumlenkelement 141 durch
einen zweiten Kanal 145 definiert ist, der an dem zweiten
Ende 106 ausgebildet ist. Insbesondere ist der Kanal 144 innerhalb
der Bleche 118 ausgebildet, und er verbindet einzelne benachbarte von
den mehreren axialen Strömungskanälen miteinander,
während
der Kanal 145 innerhalb der Bleche 118 an dem
zweiten Ende 106 ausgebildet und mit einem von den mehreren
axialen Strömungskanälen 122,
die mit dem Kanal 144 verbunden sind, und einem anderen
von den mehreren axialen Strömungskanälen verbunden
ist. Natürlich
sollte es verständlich
sein, dass, obwohl lediglich zwei Kanäle veranschaulicht und beschrieben
sind, der Stator 100 mehrere Kanäle enthält, die sich um den Außendurchmesserabschnitt 112 verteilt
erstrecken.
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Bei
dieser Einrichtung passiert der Kühlluftstrom in einem hin und
her verlaufenden Muster durch den Stator 100 hindurch.
Das heißt,
die Kühlluft tritt
in den Einlass 123 ein, strömt entlang eines der mehreren
axialen Strömungskanäle 122 zu
dem Kanal 145, tritt zu einem anderen der mehreren axialen Strömungskanäle 122 über, bevor
sie durch den Kanal 144 strömt., um zu einem noch weiteren
von den mehreren axialen Strömungskanälen 122 hinüberzuströmen und
aus dem Auslass 124 auszutreten. Auf diese Weise wird der
Kühlluftstrom
mehrere Male durch den Stator 100 hindurchgeführt, um
die Wärmeaufnahme
zu verbessern. Dies bedeutet, dass Kühlluft mit einer wesentlichen
zusätzlichen
Wärmeabfuhrfähigkeit
nicht aus dem Stator 100 abgegeben wird. Die mehreren axialen
Durchgänge
des Kühlluftstroms
sind besonders vorteilhaft bei Generatoren, die ein dünnes Profil
aufweisen, wie sie in Windkraftwerken und Marine/Wasserkraft-Anwendungen
eingesetzt werden, wobei jedoch mehrere axiale Durchgänge des
Kühlluftstroms
auf einem weiten Gebiet von Generatormodellen für verschiedene Anwendungen
genutzt werden können.
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Während die
Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit lediglich einer begrenzten
Anzahl von Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte es ohne weiteres verständlich sein,
dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen
beschränkt
ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige
Anzahl von Variationen, Veränderungen,
Substitutionen und äquivalenten
Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind,
die jedoch dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung entsprechen.
Außerdem
ist es zu verstehen, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, Aspekte der Erfindung lediglich
einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäß soll die
Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt angesehen
werden, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
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- 2
- Generator
- 4
- Gehäuse
- 6
- Stator
- 7
- Rotor/nicht
veranschaulicht
- 10
- erstes
Ende
- 12
- zweites
Ende
- 14
- Zwischenabschnitt
- 16
- Innendurchmesserabschnitt
- 17
- Außendurchmesserabschnitt
- 18
- Bleche
- 20
- Schlitze/Nuten
- 23
- Montageelemente
- 28
- Axiale
Strömungsdurchgänge/-kanäle
- 32
- Fingerplatte
- 33
- Fingerplatte
- 35
- Öffnungen
- 36
- Öffnungen
- 38
- Nuten
- 39
- Nuten
- 41
- Aussparungen
- 42
- Aussparungen
- 47
- Erstes
Luftstromumlenkelement
- 48
- Zweites
Luftstromumlenkelement
- 54
- Hauptkörper
- 56
- Innendurchmesserabschnitt
- 57
- Außendurchmesserabschnitt
- 59
- Erste
Oberfläche
- 60
- Zweite
Oberfläche
- 63
- Nuten
- 65
- Aussparungen
- 70
- Mehrere Öffnungen
- 74
- Luftstromumlenkkomponenten
- 80
- Erster
Endabschnitt
- 81
- Zweiter
Endabschnitt
- 82
- Führungsabschnitt
- 86
- Bogenförmiger Abschnitt
(konkav)
- 100
- Stator
- 104
- Erstes
Ende
- 106
- Zweites
Ende
- 108
- Zwischenabschnitt
- 111
- Innendurchmesserabschnitt
- 112
- Außendurchmesserabschnitt
- 113
- Bleche
- 115
- Schlitze/Nuten
- 118
- Montageelemente
- 112
- Axiale
Strömungskanäle
- 123
- Einlass
- 124
- Auslass
- 129
- Fingerplatte
- 130
- Fingerplatte
- 136
- Öffnungen
- 137
- Öffnungen
- 138
- Nuten
- 139
- Aussparungen
- 140
- Erstes
Luftstromumlenkelement
- 141
- Zweites
Luftstromumlenkelement
- 144
- Kanal
- 145
- Kanal