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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und eine Anlage zum Temperieren von Gegenständen, insbesondere von Werkstücken nach einem Reinigungsvorgang, wobei die Gegenstände in einer Klimazone mit gasförmigen Fluid angeströmt werden.
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Für die Qualität und Zuverlässigkeit von industriell hergestellten Produkten ist es von Bedeutung, dass Werkstücke in entsprechenden Produktionsprozessen sauber sind. In der Industrie werden deshalb Reinigungseinlagen mit Flüssigkeitsbädern eingesetzt. In diesen Bädern werden die Werkstücke gespült, um sie von Spangut, Schmiermittel, Staub und Chemikalien zu befreien. Eine gute Reinigungswirkung lässt sich dabei insbesondere mit heißen Reinigungsflüssigkeiten erzielen. In solchen Reinigungsflüssigkeiten werden die Werkstücke erwärmt. Dann ist es für Schritte im Produktionsprozess, die auf das Reinigen folgen, häufig erforderlich, dass Werkstücke oder auch Baugruppen abgekühlt werden. In modifizierten Prozessen können jedoch auch umgekehrte Vorgänge vorgesehen sein, bei denen auf einen Abkühlvorgang ein prozessbedingter (Wieder)aufwärmvorgang folgt.
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Für das Temperieren (Abkühlen und/oder Aufwärmen) von Werkstücken in industriellen Fertigungsanlagen sind Einrichtungen bekannt, in denen Werkstücke mittels eines Fördersystems kontinuierlich oder getaktet durch einen Tunnel bewegt werden. In dem Tunnel werden die Werkstücke mit einer temperierten Luftströmung beaufschlagt. Hier besteht jedoch die Gefahr, dass gereinigte Werkstücke wieder verschmutzen, weil in einer temperierten Luftströmung infolge verschiedener Behandlungsvorgänge häufig Schmutzpartikel mitgeführt und dem Tunnel zugeführt werden. Falls die in einem solchen Tunnel strömende Luft mit Kühlaggregaten abgekühlt bzw. mit Heizern erwärmt werden muss, führt der Betrieb solcher Einrichtungen außerdem auch zu einem hohen Energieverbrauch.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und eine Anlage zum Temperieren von Gegenständen, insbesondere von Werkstücken für den Einsatz in einer industriellen Fertigungsanlage bereitzustellen, die das effiziente Temperieren von Gegenständen und Werkstücken ohne nennenswerte Verschmutzung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der eine Klimazone in einer Kammer ausgebildet ist, die mit einem Fluidstrom beaufschlagt werden kann, der in die Kammer einströmt.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass mit dem Luftstrom, der in einer Reinraumkabine umgewälzt wird Gegenstände, insbesondere Werkstücke, auch gekühlt werden können. Die Erfindung nützt aus, dass die Gefahr der Verschmutzung von Werkstücken durch einen Luftstrom in einem solchen Reinraum nicht besteht, wenn die Zuluft einer solchen Reinraumkabine gefiltert wird, um die Teilchengröße und Teilchenkonzentration in der Kabine unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts zu halten.
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Ein Gedanke der Erfindung ist insbesondere, dass sich durch das Umwälzen von gereinigtem gasförmigem Fluid in einer Kammer Werkstücke energiesparend abkühlen lassen, wenn die Werkstücke in der Kammer über längere Zeit (etwa eine halbe Stunde, mehrere Stunden oder auch Tage) mit langsam strömendem Fluid, z. B. mit Luft, angeströmt werden. Eine Idee der Erfindung ist auch, Werkstücke für das effiziente Kühlen einer industriellen Fertigungsanlage in einer Reinraumkabine mit umgewälztem Luftstrom zwischen Fertigungsstationen zu bewegen, die räumlich beabstandet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Klimazone als Kühl- und/oder Aufheizzone ausgeführt, wobei die Klimazone in einer gegen die Umgebung thermisch isolierten Kammer angeordnet ist, und wobei in die Kammer ein Fluidstrom durch ein vorzugsweise als Feinfilter ausgebildetes Filter einströmt, insbesondere durch ein HEPA-Filter. Als Filter in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bevorzugt ein HEPA-Filter der Filterklasse H10 oder höher entsprechend der europäischen Norm EN 18 22-1:1998 gewählt. In einem HEPA-Filter können Kleinstpartikel mit einer Größe bis in den Bereich von 0,3 μm abgefiltert werden. Ein HEPA-Filter ermöglicht damit insbesondere, Raumluft von Feinstaub, Tabakqualm, Rauch, Hausstaub, Pollen, Blütenstaub, Poren und Gerüchen zu befreien. Mit einem HEPA-Filter lassen sich Gesamtabscheidegrade von 99,9% für Feinstaub und Schwebstoffe erreichen, d. h. von 10000 Staubpartikeln werden in einem entsprechenden HEPA-Filter lediglich drei nicht abgesondert. Ein HEPA-Filter kann mit einem engmaschigen Gewebe aus Zellulose, synthetischen Fasern oder Glasfasern aufgebaut werden. Solche Gewebe werden in einem erfindungsgemäßen Filter mit bis zu 1000 Schichten übereinander gelegt. Hierdurch wird eine sehr große Filterfläche bereitgestellt. Eine besonders gute Filterwirkung lässt sich erzielen, indem das HEPA-Filter mit einem Aktivkohlefilter kombiniert ist. Dieses Aktivkohlefilter ist dem HEPA-Filter günstigerweise vorgeschaltet. Durch Zuführen von gefiltertem, gasförmigem Fluid kann in der Kammer ein gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhter Druck (Überdruck) erzeugt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass in die Kammer aus der Umgebung von außen keine Staubteilchen, Schmutzpartikel und Flüssigkeitströpfchen eindringen können.
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Damit sich in der Kammer ein zum Abkühlen geeigneter Fluidstrom ausbildet, ist es von Vorteil, wenn der in der Kammer durch das Filter einströmende Fluidstrom zu wenigstens einer Saugöffnung in der Kammer geführt wird, die an das Leitungssystem angeschlossen ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kammer an ein Leitungssystem für eine Zufuhr von gasförmigem Fluid zur Kammer und für eine Abfuhr von gasförmigem Fluid aus der Kammer sowie für ein Umwälzen des gasförmigen Fluids in einem über das Leitungssystem gebildeten Kreislauf angeschlossen. Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, gasförmiges Fluid für ein Kühlen bzw. Erwärmen von Werkstücken in einem weitgehend geschlossenen Leitungssystem mit Kreislauf umzuwälzen. Bevorzugt ist in einen derartigen, weitgehend geschlossenen Kreislauf, in dem bevorzugt mehr als 90% des Fluids im Kreis geführt wird, ein Wärmetauscher zum Transfer von Wärme in das Fluid oder aus dem Fluid heraus vorgesehen. Fluid, das dem Kreislauf zugeführt wird, wird bevorzugt durch ein Filter gepumpt und mit gegenüber der Umgebung erhöhtem Druck in den Kreislauf eingebracht.
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In dem Leitungssystem für das Umwälzen von Fluid ist eine Pumpeinrichtung angeordnet. Diese Pumpeinrichtung kann z. B. als Venturidüse ausgebildet sein, die an das Druckluftsystem einer industriellen Produktionsanlage angeschlossen ist. Als Pumpeinrichtung eignet sich aber auch ein elektromotorisch angetriebener Ventilator bzw. Kompressor. Mit einer solchen Pumpeinrichtung wird das gasförmige Fluid durch eine oder mehrere Saugöffnungen in der Kammer angesaugt und dann dem Filter zugeführt. Von Vorteil ist es, wenn die Pumpeinrichtung mit einem weiteren Zuführkanal für das Einspeisen von gasförmigen Fluid in das Leitungssystem verbunden ist. Dann kann nämlich in der Kammer ein Überdruck erzeugt werden. Dies hat zur Folge, dass in die Kammer aus der Umgebung von außen keine Staubteilchen, Schmutzpartikel und Flüssigkeitströpfchen eindringen können.
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Von Vorteil ist es insbesondere, wenn die Kammer mit dem Leitungssystem für das Umwälzen von Fluid in einem Transportschrank in Form eines Containers aufgenommen ist. Damit die Vorrichtung auf einfache Weise in einer industriellen Fertigungseinrichtung bewegt werden kann, ist es günstig, diesen Transportschrank bzw. Container mit Transportelementen in Form von Rollen zu versehen, damit sich dieser in der Halle einer Fertigungsanlage leicht bewegen lässt. Ein als Container gestalteter Transportschrank umfasst bevorzugt Transportelemente in Form eines Mittels oder mehrerer Mittel für den Eingriff einer Gabel eines Gabelstaplers. Mit dieser Maßnahme lässt sich nicht nur eine Temperierung von Werkstücken beim Bewegen zwischen unterschiedlichen Fertigungsstationen erreichen, sondern es wird auch eine unerwünschte Verschmutzung von Werkstücken beim Transport zu Stationen in einer industriellen Fertigungsanlage vermieden. Um hier das Umwälzen von Fluid auch ohne Anschluss an ein elektrisches Versorgungssystem zu ermöglichen, ist es von Vorteil, in den Transportschrank für das Betreiben eines Ventilators einen elektrischen Energiespeicher, z. B. einen Akkumulator zu integrieren.
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Die Kammer enthält eine Halteeinrichtung für das Aufnehmen von zu kühlenden Werkstücken. Diese Halteeinrichtung dient dazu, die Werkstücke in der Kühlzone zu halten. Wenn die Kammer mit einem säulenförmigen Gehäuse ausgebildet ist, kann diese Halteeinrichtung z. B. runde Ablageböden aufweisen, auf denen entsprechende Werkstücke abgelegt werden können. Für das Bewegen solcher runder Ablagebögen in der Kammer kann die Vorrichtung zum Kühlen einen Antrieb aufweisen.
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Um die über den weiteren Zufuhrkanal in die Kammer bewegte Fluidmenge abzuführen, gibt es in der Kammer eine oder mehrere Öffnungen für das Freigeben von gasförmigen Fluid an die Umgebung. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass Schmutzpartikel aus der Kühlzone der Kammer ins Freie gespült werden.
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Von Vorteil ist es, in der Kammer wenigstens eine Spüldüse für das Ausspülen der Kammer mit Spülflüssigkeit anzuordnen. Damit wird ein leichtes und systematisches Reinigen der Kammer von Schmutzpartikeln ermöglicht. Es ist günstig, wenn die Kammer eine Einrichtung für das Sammeln für in die Kammer eingeleitete Spülflüssigkeit hat. Diese Einrichtung für das Sammeln von in die Kammer eingeleiteter Spülflüssigkeit kann an eine Anlage für das Aufbereiten von Spülflüssigkeit angeschlossen sein.
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Die Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Werkstücken kann z. B. als Sauberraum oder auch als Entladeschleuse in einer Endmontage eingesetzt werden. Die Vorrichtung zum Kühlen eignet sich aber auch als Pufferspeicher für Werkstücke in einer Fertigungsanlage, um damit eine gleich bleibende Zufuhr von Werkstücken einzustellen. Für das Be- und Entladen der Vorrichtung mit Gegenständen, insbesondere mit Werkstücken, kann diese insbesondere mit einem Handhabungsroboter zu einer Anlage kombiniert werden. Von Vorteil ist es, der Vorrichtung Gegenstände bzw. Werkstücke zum Kühlen über eine Schleuse zuzuführen, damit in die Kühlzone der Kammer keine Schmutzpartikel eingetragen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine erste Ansicht einer Vorrichtung zum Kühlen von Werkstücken;
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2 die Vorrichtung zum Kühlen von Werkstücken mit einer zusätzlichen Handhabungsvorrichtung;
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3 eine weitere Ansicht der Vorrichtung zum Kühlen von Werkstücken; und
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4 einen Schnitt der Vorrichtung entlang der Linie IV-IV aus 1.
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Eine Vorrichtung 10 zum Temperieren von Werkstücken 16 gemäß 1 weist erfindungsgemäß eine Kammer 12 auf. Die Kammer 12 befindet sich in einem als Transportschrank ausgebildeten Container 28. Die Kammer 12 umschließt eine Klimazone 14 in Form einer Kühlzone, in der Werkstücke 16 von einer gegenüber Umgebungsbedingungen erhöhten Temperatur aus abgekühlt werden können. In der Kammer 12 können Werkstücke 16 auf Halteeinrichtungen 18, 20, 22 in der Kühlzone 14 räumlich versetzt nach Art einer Kaskade angeordnet werden. Der Transportschrank 28 hat eine Schiebetüre 24. Mit der Schiebetüre 24 kann die Kammer 12 verschlossen werden, damit das Eindringen von Schmutzpartikeln in die Kühlzone 14 vermieden wird. Die Kammer 12 in der Vorrichtung 10 hat auf derjenigen Seite, die der Schiebetür 24 gegenüberliegt, eine geschlossene Wandung 34. Die Kammer 12 ist in einem Container 28 aufgenommen. Der Container 28 hat Handhabungselemente 30, 32. An den Handhabungselementen 30, 32 kann der Container 28 mit der Gabel eines Gabelstaplers aufgenommen werden. Dies ermöglicht es, den Container 28 in einer industriellen Fertigungsanlage zu bewegen. Um in einer Fertigungsanlage bewegt zu werden, ist es allerdings auch möglich, den Container 28 auf Rollen zu lagern.
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Die 2 zeigt die Vorrichtung mit geöffneter Schiebtüre und einem Handhabungsroboter 26. Durch die geöffnete Schiebetür kann die Kammer 12 mit dem Handhabungsroboter 26 mit Werkstücken 16 bestückt werden, die gekühlt werden müssen. In entsprechender Weise können abgekühlte Werkstücke 16 aus der Kammer 12 entfernt werden. Der Eintrag von Schmutzpartikeln in die Kammer 12 lässt sich minimieren, indem die Werkstücke 16 in die Kammer 12 durch eine Luftschleuse 59 zugeführt werden.
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Die 3 zeigt die Vorrichtung 10 als Schnitt entlang der Linie III-III aus 1. Auch die an die Wandung 34 angrenzenden Seitenwände 36, 38 der Kammer 12 sind geschlossen. Die Kammer 12 ist mit einem Bodenabschnitt 40 ausgebildet. Der Bodenabschnitt 40 ist trichterförmig. Der trichterförmige Bodenabschnitt 40 mündet in eine Rohrleitung 42. Der trichterförmige Bodenabschnitt 40 wirkt als Einrichtung von in die Kammer 12 eingeleiteter Spülflüssigkeit 75.
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Die Kammer 12 hat eine Decke 44. In der Decke 44 gibt es Öffnungen in Form von Luftkanälen 46. Auf der Decke 44 ist ein HEPA-Filter 48 (High Efficiency Particulate Air Filter) angeordnet. Das HEPA-Filter 48 ist ein engmaschiges Feinstfilter. Es ist ein Filter der Filterklasse H10 nach der europäischen Norm EN 1822-1:1998.
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Die Vorrichtung 10 enthält einen Ventilator 52. Der Ventilator 52 ist in einem Leitungssystem 54 für das Umwälzen von gasförmigem Fluid in Form von Luft in der Kammer 12 angeordnet. Durch das Leitungssystem 54 kann das gasförmige Fluid insbesondere nach Art eines Kreislaufs umgewälzt werden. Der Ventilator 52 ist an seinem druckseitigen Anschluss über einen trichterförmigen Leitungsabschnitt 50 mit dem HEPA-Filter 48 verbunden. Für das Abführen von Wärme, die das gasförmige Fluid in der Kühlzone 14 aufgenommen hat, gibt es in dem Leitungssystem 54 einen Wärmetauscher 57. Mittels des Wärmetauschers 57 kann diese Wärme an die Umgebung der Vorrichtung 10 abgeführt werden.
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Das HEPA-Filter 48 kann über ein Trichterelement 50 mittels des Ventilators 52 mit Blasluft beaufschlagt werden. Das Leitungssystem 54 ist mit einem Zuführkanal 55 für Umgebungsluft verbunden. In den Zufuhrkanal 55 ist ein steuerbares Ventil 64 angeordnet. Durch Einstellen des Ventils 64 kann der in dem Leitungssystem 54 geführten Umluft kontrolliert Umgebungsluft zugesetzt werden. Dies ermöglicht, mittels des Ventilators 52 in der Kammer 12 einen Überdruck einzustellen. Das bewirkt, dass die Kammer 12 von außen keine Staubteilchen, Flüssigkeitströpfchen und Schmutzpartikel eindringen können. In der Kammer 12 gibt es Absaugöffnungen 56 für gasförmiges Fluid. Die Absaugöffnungen 56 sind an das Leitungssystem 54 angeschlossen. In der Kammer 12 wird bei Betrieb des Ventilators 52 eine Luftströmung 58 mit gefilterter Luft ausgebildet. Das HEPA-Filter 48 filtert Staub-, Flüssigkeits- oder Schmutzpartikel aus Luft, die aus dem Leitungssystem 54 in die Kammer 12 gelangen. Die über die Kanäle 46 in der Decke 44 einströmende Luft wird durch die Kammer 12 mit einem bogenförmigen Strömungsprofil bewegt.
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Mit dem bogenförmigen Strömungsprofil strömt die Luft zu der Absaugöffnung 56 und zu Öffnungen 62 in der Schiebetür 24. Durch das fortlaufende Zuführen von Luft durch das HEPA-Filter 48 wird dabei in der Kammer 12 ein Überdruck eingestellt. Dieser Überdruck gewährleistet, dass in die Kammer 12 von außen keine Luft eindringen kann, die mit Flüssigkeitströpfchen und Schmutzpartikel beaufschlagt ist.
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Das bogenförmige Strömungsprofil der durch die Kammer 12 strömenden Luft ermöglicht das Abkühlen von Werkstücken 16, die auf den Haltervorrichtungen 18, 20 und 22 angeordnet sind. Die Anordnung der Werkstücke 16 in der Kammer 12 nach Art einer Kaskade gewährleistet, dass ein Werkstück 16 in der Kammer 12 nicht die Luftströmung für ein anderes Werkstück 16 abdeckt, so dass jedes in der Kammer 12 angeordnete Werkstück mit Luft zum Kühlen angeströmt werden kann.
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Mit der Vorrichtung 10 lässt sich auch erreichen, dass der Verschmutzungsgrad von Werkstücken 16 in der Kammer 12 durch die entsprechend dem Strömungsprofil 60 strömende Luft verbessert wird. Anders als bei herkömmlichen Vorrichtungen zum Kühlen von Werkstücken wird also der Verschmutzungsgrad beim Abkühlen von Werkstücken mit gasförmigem Fluid verringert, d. h. keinesfalls beeinträchtigt.
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Um Schmutzpartikel aus der Kammer 12 zu entfernen, die über die Werkstücke 16 in die Kammer 12 eingetragen werden, gibt es eine Einrichtung 60 für das Ausspülen der Kammer mit Spülflüssigkeit 75. Die Einrichtung 60 umfasst ein Leitungssystem 66. Das Leitungssystem 66 verbindet Spüldüsen 68, die in der Kammer 12 angeordnet sind, mit einem Reservoir 70 für die Spülflüssigkeit 75. Das Reservoir 70 ist über ein Absperrventil 71 mit der Rohrleitung 42 an den trichterförmigen Bodenabschnitt 40 mit der Kammer 12 verbunden.
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Die Einrichtung 60 enthält eine Anlage 65 für das Aufbereiten von Spülflüssigkeit 75 mit einer Spülpumpe 72 und einem Filter 74. Für das Ausspülen der Kammer 12 mit Spülflüssigkeit 75 wird die Spülpumpe 72 in Betrieb gesetzt. Dann werden mit dem aus den Spüldüsen 68 ausströmenden Spülflüssigkeit 75 Schmutzpartikel, die sich an den geschlossenen Wandungen 34, 36, 38 niedergeschlagen haben, abgespült und über den trichterförmigen Bodenabschnitt 40 in das Reservoir 70 getragen. Bei dem Umwälzen der Spülflüssigkeit 75 werden dabei mittels des Filters 74 die Schmutzpartikel aus der Spülflüssigkeit 75 entfernt.
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In einer industriellen Fertigungsanlage kann die Vorrichtung 10 insbesondere für das Transportieren von Werkstücken 16 zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Fertigungsstationen und/oder als Pufferspeicher für Werkstücke 16 an einer Fertigungsstation eingesetzt werden.
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Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugten Merkmale der Erfindung festzuhalten: Eine Vorrichtung 10 zum Temperieren von Gegenständen, z. B. zum Kühlen von Werkstücken 16 nach einem Reinigungsvorgang, hat eine Kühlzone 14. In der Kühlzone 14 können Gegenstände 16 mit gasförmigem Fluid angeströmt werden. Die Kühlzone 14 ist in einer Kammer 12 ausgebildet, die mit einem Fluidstrom 58 beaufschlagbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm EN 18 22-1:1998 [0008]
- Norm EN 1822-1:1998 [0026]
