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Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Heizeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie sie aus der
DE 10 2009 042 646 A1 bekannt ist.
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Die aus der
DE 10 2009 042 646 A1 bekannte Heizeinrichtung hat zwei kreuzförmige ineinander gesteckte Trägerplatten, die mit Heizdraht umwickelt sind. Die Trägerplatten sind aus Keramik und können deshalb nur mit erheblichen Fertigungstoleranzen hergestellt werden. Damit sich durch das Zusammenstecken der beiden Trägerplatten trotzdem ein stabiler Träger ergibt, liegt in einem Schlitz einer Trägerplatte, in den die andere Trägerplatte gesteckt ist, ein Federelement, das Fertigungstoleranzen ausgleicht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich die Herstellung einer Heizeinrichtung der eingangs genannten Art vereinfachen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung wird auf eine zweite Trägerplatte zur Stützung des Heizdrahts verzichtet und dadurch der Aufbau der Heizeinrichtung wesentlich vereinfacht. Der wendelförmig um die Trägerplatte gewickelte Heizdraht umgibt die Trägerplatte deshalb zwischen ihren Längsrändern in freitragenden Bögen. Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann von einem zu erwärmenden Luftstrom sowohl in Längsrichtung der Wendel aus Heizdraht als auch quer dazu durchströmt werden. Bei einem Querdurchströmen der Heizeinrichtung trifft ein zu erwärmender Luftstrom auf eine Längskante der Trägerplatte.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trägerplatte an ihren Längsrändern Zähne aufweist, die sich verjüngen, indem deren senkrecht zur Trägerplatte gemessene Dicke abnimmt. Diese Zähne reduzieren den Strömungswiderstand für einen die Längskante treffenden Luftstrom.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trägerplatte an ihren Längsrändern Zähne aufweist, die zwischen benachbarten Windungen des Heizdrahts mit einem sich verjüngenden Endabschnitt hervorstehen, um den Strömungswiderstand für einen die Längskante treffenden Luftstrom zu reduzieren. Die zwischen den Windungen des Heizdrahts hervorstehenden Endabschnitte der Zähne bewirken nämlich eine weitgehend laminare Aufteilung eines auf die Längskante treffenden Luftstroms in Teilströme, die dann zwischen den Windungen des Heizdrahts hindurchströmen. Die hervorstehenden Zähne der Trägerplatte wirken also einer Verwirbelung eines auf die Längskante treffenden Luftstroms entgegen und führen deshalb zu einem geringeren Strömungswiderstand der Heizeinrichtung und damit auch zu einer verbesserten Wärmeabgabe.
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Die Zähne können sich verjüngen, indem deren senkrecht zur Trägerplatte gemessene Dicke abnimmt. Alternativ oder zusätzlich können sich die Endabschnitte der Zähne verjüngen, indem deren in Längsrichtung der Trägerplatte gemessene Breite abnimmt.
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Bevorzugt stehen die Zähne um eine Länge zwischen benachbarten Windungen des Heizdrahts hervor, die größer als die Stärke des Drahts ist, vorzugsweise mindestens doppelt so groß ist. Je weiter die sich verjüngenden Zähne zwischen den Windungen des Heizdrahts hervorstehen, desto geringer ist im Allgemeinen der Strömungswiderstand der Heizeinrichtung. Bevorzugt ist der Heizdraht Runddraht. Es kann aber auch Flachdraht verwendet werden. Unter der Stärke von Flachdraht wird für Zwecke der Dimensionierung der Zähne dessen Breite verstanden.
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Bevorzugt sind die Aussparungen zwischen den Zähnen durch schräg zu einander verlaufende Flächen begrenzt. Auf diese Weise lässt sich eine große Stabilität der sich verjüngenden Zähne erreichen. Die Zähne können an ihren Enden plan ausgebildet sein, also einen trapezförmigen Endabschnitt aufweisen oder bogenförmig gerundet sein.
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Bevorzugt sind die Aussparungen zwischen den Zähnen zur Trägerplatte hin gerundet, um die Gefahr einer Rissbildung der Keramikplatte zu minimieren. Bevorzugt ist ferner, dass sich die Zähne auf eine Breite verjüngen, die kleiner als die Drahtstärke ist. Die Breite der Zähne ist dabei in Längsrichtung der Trägerplatte zu messen.
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Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung hat wenigstens zwei metallische Anschlusselemente, die an der Trägerplatte befestigt sind und den Heizdraht kontaktieren. Die Anschlusselemente können beispielsweise auf die Trägerplatte aufgeklippst sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht aber vor, dass wenigstens eines der beiden Anschlusselemente mit einem Befestigungsabschnitt in ein Loch der Trägerplatte gesteckt ist und mit einem umgebogenen Teil des Befestigungsabschnitts an der Trägerplatte anliegt. Auf diese Weise lässt sich trotz großer Fertigungstoleranzen der Trägerplatte eine zuverlässige mechanische Befestigung erreichen.
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Bevorzugt weist das Loch wenigstens einen schlitzförmigen Abschnitt auf, von dessen Rand eine Rampe ausgeht, die entlang eines Bogens ansteigt, und der Befestigungsabschnitt einen Flügel, der gegenüber dem schlitzförmigen Abschnitt in Richtung des ansteigenden Bogens verdreht ist. Das Anschlusselement wird an der Trägerplatte befestigt, indem dessen Befestigungsabschnitt in das Loch gesteckt und anschließend verdreht wird, bevorzugt um eine Viertel Drehung. Beim Verdrehen gleitet der Flügel an der ansteigenden Rampe entlang nach oben. Dadurch wird das Anschlusselement mit der Trägerplatte verspannt, d.h. das Anschlusselement drückt von beiden Seiten gegen die Trägerplatte.
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Bevorzugt wird bei Verdrehen des Befestigungsabschnitts ein Teil des Flügels umgebogen, beispielsweise eine Lasche die an einem der Trägerplatte zugewandten Ende des Flügels ausgebildet ist. Durch das Umbiegen eines Teils des Flügels lässt sich verhindern, dass beim Verspannen des Anschlusselements mit der Trägerplatte zu hohe Kräfte entstehen. Es wird also die Bruchgefahr der Trägerplatte reduziert. Zudem können durch das Umbiegen eines Teils des Flügels selbst große Fertigungstoleranzen problemlos ausgeglichen werden.
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Das Loch, durch das der Befestigungsabschnitt gesteckt wird, kann ein einfacher Schlitz sein. Bevorzugt hat das Loch einen schlitzförmigen Abschnitt, an den ein verbreiteter Abschnitt, insbesondere ein kreisförmig verbreiteter Abschnitt anschließt. Der Bogen, entlang welchem die Rampe verläuft, kann sich entlang des verbreiterten Abschnitts erstrecken. In dem verbreiteten Abschnitt des Lochs befindet sich der tragende Teil des Befestigungsabschnitts, der die Spannkräfte aufnimmt. Die geometrische Achse, um welche der Befestigungsabschnitt verdreht wird, verläuft durch den verbreiterten Abschnitt des Lochs hindurch. Indem das Loch einen verbreiterten Abschnitt aufweist, kann der tragende Teil des Befestigungsabschnitts breiter und damit stabiler ausgebildet werden.
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Bevorzugt schließt an den verbreiterten Abschnitt des Lochs ein zweiter schlitzförmiger Abschnitt an. Besonders bevorzugt ist dabei, dass auch von einem Rand des zweiten schlitzförmigen Abschnitts eine Rampe ausgeht, die entlang eines Bogens ansteigt. Die beiden Rampen sollten dabei auf gegenüberliegenden Seiten des Lochs angeordnet sein. Vorteilhaft kann bei einer Drehbewegung des Befestigungsabschnitts an jeder der beiden Rampen ein Flügel des Befestigungsabschnitts entlang gleiten. Auf diese Weise lässt sich eine besonders zuverlässige Befestigung erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Heizdraht aus einer Eisenbasislegierung besteht, die 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Chrom und 2 Gew.-% bis 8 Gew.-% Aluminium enthält. Besonders bevorzugt enthält die Eisenbasislegierung 19 Gew.-% bis 26 Gew.-% Chrom und 4 Gew.-% bis 6 Gew.-% Aluminium. Heizdraht aus einer solchen Legierung ist kostengünstig und ausreichend formstabil, um auch bei hohen Temperaturen von über 800° Celsius eine Heizwendel zu ermöglichen, die nur an den Längsrändern einer einzigen Trägerplatte unterstützt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Anschlusselement eine vercrimpte Lasche aufweist, in welcher der Heizdraht gehalten ist. Auf diese Weise lässt sich mit geringem Aufwand eine zuverlässige Kontaktierung des Heizdrahts erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trägerplatte an ihren beiden Enden jeweils einen verbreiterten Abschnitt aufweist, der eines der beiden Anschlusselemente trägt. Durch eine beidseitige Verbreiterung der Trägerplatte wird eine vorteilhafte Vergrößerung von Luft- und Kriechstrecken erreicht, so dass die Heizeinrichtung ohne Notwendigkeit eines isolierenden Gehäuses in einen Wäschetrockner eingebaut werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Trägerplatte Durchströmungsöffnungen aufweist. Wenn die Heizeinrichtung zur Erwärmung eines schräg auf die Trägerplatte treffenden Luftstroms verwendet wird, kann auf diese Weise der Strömungswiderstand vorteilhaft reduziert werden. Bevorzugt hat die Trägerplatte an den Rändern der Durchströmungsöffnungen eine reduzierte Stärke, um den Strömungswiderstand weiter zu reduzieren. Besonders bevorzugt ist die Stärke in einem Randbereich der Durchströmungsöffnungen reduziert, dessen Breite wenigstens so groß wie die Stärke der Trägerplatte ist. Bevorzugt reduziert sich die Stärke in dem Randbereich kontinuierlich. Bevorzugt beträgt die Gesamtfläche der Durchtrittsöffnungen wenigstens 20%, besonders bevorzugt wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 40% der Fläche der Trägerplatte.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der wendelförmig gewickelte Heizdraht über der Trägerplatte Spitzbögen bildet. Der Heizdraht hat also über und unter der Trägerplatte jeweils einen Abschnitt mit einem erhöhten Biegeradius. Bevorzugt hat der Heizdraht auch an den Kanten der Trägerplatte einen erhöhten Biegeradius. In Längsrichtung gesehen hat die Heizwendel also näherungsweise die Form eines Vierecks mit abgerundeten Ecken. Diese Form erhöht die Stabilität der Heizwendel.
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Bevorzugt weist die Trägerplatte ein oder mehrere Fanglöcher auf, die bei der Fertigung als Referenzpunkte, beispielsweise für ein Schweißgerät, verwendet werden können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Befestigen eines metallischen Anschlusselements an einer keramischen Trägerplatte einer Heizeinrichtung, wobei ein Befestigungsabschnitt des Anschlusselements durch ein Loch der Trägerplatte gesteckt wird, von dessen Rand eine Rampe ausgeht, die entlang eines Bogens ansteigt, und der Befestigungsabschnitt nach dem Durchstecken verdreht wird, wobei ein Flügel des Befestigungsabschnitts auf der Rampe entlangleitet und dadurch das Anschlusselement mit dem Anschlusselements verspannt wird. Bevorzugt wird der Befestigungsabschnitt nach dem Durchstecken um eine viertel Drehung verdreht.
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Bevorzugt hat der Befestigungsabschnitt zwei Flügel und die Trägerplatte zwei Rampen, die von dem Rand des Lochs ausgehen und entlang eines Bogens in derselben Drehrichtung ansteigen. Beim Verdrehen des Befestigungsabschnitts gleitet dann jeweils einer der beiden Flügel an einer der beiden Rampen entlang.
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Das Anschlusselement ist bevorzugt aus Blech ausgestanzt und kann so kostengünstig hergestellt werden.
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Soweit in den Ansprüchen oder bei der Beschreibung der Erfindung die Worte ein unbestimmter Artikel wie „ein“, „eine“ oder „einer“ verwendet wird, ist dieser nicht als Zahlwort, sondern im Sinne von „wenigstens eins“ zu verstehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung;
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2 Eine Detailansicht zu 1;
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3 Eine weitere Ansicht zu 2;
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4 Eine Ansicht des Anschlusselements.
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1 zeigt eine elektrische Heizeinrichtung mit einer Trägerplatte 1 aus einer Sinterkeramik, beispielsweise auf Basis von Aluminiumoxid, und einem Heizdraht 2, mit dem die Trägerplatte 1 umwickelt ist. Der Heizdraht 2 wird nur an den Längsrändern der einzigen Trägerplatte 1 gestützt. Der wendelförmig um die Trägerplatte 1 gewickelte Heizdraht 2 umgibt die Trägerplatte 1 deshalb zwischen den Längsrändern der Trägerplatte 1 in freitragenden Bögen. Zwei Bögen zusammen ergeben einen vollen Umlauf der Wendel. Bei dem dargestellten Beispiel sind diese Bögen Spitzbögen. Die Bögen können aber auch als Halbkreisbögen oder oval ausgeführt sein.
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An der Trägerplatte 1 sind zwei metallische Anschlusselemente 3 befestigt, die den Heizdraht 2 kontaktieren. Die Anschlusselemente 3 sind Stanzbiegeteile aus Blech und kontaktieren jeweils ein Ende des Heizdrahts 2 mit einer V-förmigen Lasche 3a, die nach dem Einlegen des Heizdrahts 2 vercrimpt wird. In 1 ist die V-förmige Lasche 3a in ihrem unvercrimpten Zustand dargestellt. Die beiden Anschlusselemente 3 sind bevorzugt identisch ausgebildet. Ein Beispiel eines solchen Anschlusselements 3 ist in 4 dargestellt.
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Die Trägerplatte 1 weist an ihren beiden Enden jeweils einen verbreiterten Kopf auf, mit dem sie beispielsweise im Inneren eines Wäschetrockners befestigt werden kann. An ihren Längsrändern weist die Trägerplatte 1 Zähne auf, die zwischen benachbarten Windungen des Heizdrahts 2 mit einem sich verjüngenden Endabschnitt hervorstehen. 1 zeigt, dass der hervorstehende Endabschnitt trapezförmig ist, d. h. die Seitenflächen der Zähne verlaufen in dem Endabschnitt schräg zueinander und der Endabschnitt endet plan. Der Endabschnitt der Zähne kann auch gerundet ausgebildet sein und statt schräg verlaufender Seitenflächen beispielsweise konvex oder konkav gerundete Seitenflächen aufweisen.
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Die Zähne verjüngen sich zusätzlich auch dadurch, dass ihre senkrecht zu Trägerplatte 1 gemessene Dicke zu ihrem freien Ende hin abnimmt.
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Die zwischen den Windungen des Heizdrahts 2 herausragenden Zähne bewirken vorteilhaft eine Reduzierung des Strömungswiderstandes, indem ein auf die Längskante der Trägerplatte 1 auftreffender Luftstrom in weitgehend laminare Teilströmungen zerlegt wird, die dann zwischen den Windungen des Heizdrahts 2 hindurchströmen können.
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Der Heizdraht 2 ist bevorzugt Runddraht. Die Zähne ragen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Länge zwischen benachbarten Windungen des Heizdrahts 2 hervor, die größer als die Stärke des Heizdrahts 2 ist, vorzugsweise mindestens doppelt so groß ist. Die Breite der Zähne ist an ihrem Ende kleiner als die Drahtstärke. Die Breite der Zähne ist dabei in Längsrichtung der Trägerplatte 1 zu messen. Um die Gefahr einer Rissbildung zu minimieren und Risskeime möglichst zu vermeiden, ist der Rand der Trägerplatte 1 zwischen den Zähnen gerundet.
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Die in 4 dargestellten Anschlusselemente 3 sind an der Trägerplatte 1 mit wenigstens einem, bevorzugt mehreren Befestigungsabschnitten 3b befestigt, die durch ein Loch der Trägerplatte 1 hindurch gesteckt sind. Wie 4 zeigt, hat der Befestigungsabschnitt zwei Flügel 3c, die sich auf beiden Seiten eines zentralen Abschnitts erstrecken. Dieser Befestigungsabschnitt 3b wird in ein Loch der Trägerplatte gesteckt, das zwischen zwei schlitzförmigen Abschnitten verbreitert ist, bevorzugt kreisförmig verbreitert ist. Vom Rand der beiden schlitzförmigen Abschnitte des Loches geht jeweils eine Rampe 4 aus, die entlang eines Bogens ansteigt. Die Rampen 4 eines Loches steigen jeweils in derselben Drehrichtung an.
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Nach dem Durchstecken wird der Befestigungsabschnitt 3b in die in den 2 und 3 gezeigte Position um eine viertel Drehung verdreht. Beim Verdrehen gleiten die Flügel 3c an den Rampen 4 entlang. Indem der Abstand zwischen einem an der Trägerplatte 1 anliegenden Hauptteil des Anschlusselements 3 und einem der Trägerplatte 1 zugewandten unteren Rand des Flügels 3c kleiner als die Dicke der Trägerplatte 1 ist, wird das Anschlusselement beim Verdrehen des Befestigungsabschnitts 3b mit der Trägerplatte 1 verspannt, d.h. das Anschlusselement 3 drückt von beiden Seiten gegen die Trägerplatte 1.
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Die Flügel 3c haben an ihrem der Trägerplatte 1 zugewandten Ende jeweils eine Lasche 3c’, die beim Verdrehen umgebogen wird und auf diese Weise für einen Ausgleich von Dicketoleranzen der Trägerplatte 1 sorgt.
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Die Anschlusselemente 3 weisen zusätzlich eine umgebogene Lasche 3d auf, die in einem Schlitz der Trägerplatte 1 steckt. Die Lasche 3d verhindert ein Verdrehen und ein Verschieben quer zur Schlitzrichtung, so dass die Befestigungsabschnitte 3b entlastet werden.
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Wenn die Anschlusselemente 3 in einem Bereich der Trägerplatte 1 angeordnet sind, der von dem Luftstrom umströmt wird, ergibt sich bei der in 2 gezeigten Orientierung ein erhöhter Strömungswiderstand durch die Fläche der Flügel 3c. Um dies zu vermeiden können die Löcher der Trägerplatte und die Anschlusselemente um 90° versetzt angeordnet werden, so dass statt den Flügelflächen die Kanten der Flügel 3c angeströmt werden.
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Der Heizdraht 2 besteht aus einer Eisenlegierung, die 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Chrom und 2 Gew.-% bis 8 Gew.-% Aluminium, vorzugsweise 19 Gew.-% bis 26 Gew.-% Chrom und 4 Gew.-% bis 6 Gew.-% Aluminium enthält. Bevorzugt besteht die Eisenbasislegierung im Übrigen abgesehen von Verunreinigungen aus Eisen. Die Eisenlegierung kann aber auch weitere Legierungsbestandteile enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerplatte
- 2
- Heizdraht
- 3
- Anschlusselemente
- 3a
- Lasche
- 3b
- Befestigungsabschnitt
- 3c
- Flügel
- 3c’
- Lasche
- 3d
- Lasche
- 4
- Rampe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009042646 A1 [0001, 0002]
