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Die Erfindung betrifft einen Abstandshalter, mit einer Mehrzahl von Plättchen, und einer Trägereinrichtung, die die Plättchen hält.
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Derartige Abstandshalter finden Anwendung insbesondere bei Hochleistungstransformatoren. Der Metallkern von Hochleistungstransformatoren ist häufig aus einer Mehrzahl von einzelnen Metallplatten bzw. Metallblechen zusammengesetzt, die übereinandergelegt den Metallkern bilden.
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Während des Betriebs der Transformatoren kann der Metallkern sehr heiß werden und muss daher gekühlt werden. Hierzu sind zwischen den Metallplatten in Intervallen die gattungsgemäßen Abstandshalter angeordnet. Die Abstandshalter halten die Metallplatten auf Abstand und bilden zwischen den beiden benachbarten Metallplatten einen Kanal. Durch diesen Kanal wird Kühlflüssigkeit geleitet, die für eine Kühlung der Metallplatten sorgt.
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Bei herkömmlichen Abstandshaltern bestehen die Plättchen aus einem keramischen Material. Bei dem Trägermaterial handelt sich um eine Faserschicht, die einerseits eine gewisse Steife aufweist und andererseits hitzebeständig ist. Aus der Praxis ist eine Trägereinrichtung bekannt, die aus dem Material Nomex® von der Firma DuPont besteht. Die Plättchen sind auf die Trägereinrichtung aufgeklebt.
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Der bekannte Abstandshalter hat sich grundsätzlich bewährt. Allerdings bestehen Bedenken in Hinblick auf die Haltbarkeit und chemische Resistenz der bekannten Konstruktion. Darüber hinaus ist der bekannten Abstandshalter aufwendig in seiner Herstellung.
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abstandshalter zu schaffen, der einfacher herzustellen ist gegenüber der bekannten Lösung eine bessere chemische Resistenz aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist der eingangs genannte Abstandshalter erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchen mindestens eine vorzugsweise seitliche Ausnehmung aufweisen, in die die Trägereinrichtung eingreift.
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Der erfindungsgemäße Abstandshalter kommt vollständig ohne Klebstoff aus. Dies erhöht seine chemische Resistenz erheblich. Dennoch sind die Plättchen fest in der Trägereinrichtung gehalten. Hierzu weisen die Plättchen mindestens eine Ausnehmung auf, in die die Trägereinrichtung eingreift.
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Für die Herstellung des Abstandshalters werden die Plättchen vorzugsweise einfach in die Trägereinrichtung eingeclipst. Eine aufwendige Verklebung und deren Aushärtung entfällt.
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Die Plättchen können verschiedene Formen aufweisen. Denkbar sind beispielsweise eckige oder insbesondere runde Plättchen mit einer flachen Ober- und Unterseite zum Abstützen der angrenzenden Metallplatten. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchen scheibenartig ausgebildet sind und einen Umfang aufweisen, in dem die Ausnehmung ausgebildet ist. Die Trägereinrichtung greift also seitlich in die Plättchen ein. Die Ober- und die Unterseite dienen dazu, die Metallplatten auf Abstand zu halten. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Metallplatten unmittelbar mit den Plättchen in Berührung kommen. Damit ist nicht mehr wie bei dem bekannten Abstandshalter zwischen den Plättchen und einer Metallplatte sowohl eine Klebstoffschicht als auch die Trägereinrichtung angeordnet. Vielmehr definieren die Ober- und die Unterseite der Plättchen den Abstand der Metallplatten zueinander bei gleichzeitig ausgezeichneter Halterung in der Trägereinrichtung.
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Als einfachste Ausführungsform der Ausnehmung wird eine Verjüngung im Umfangsbereich eines Plättchens angesehen. Diese Verjüngung kann insbesondere umlaufend ausgebildet sein. Die Trägereinrichtung greift in die Verjüngung ein.
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Die seitliche Anordnung der Ausnehmung(en) weist einen weiteren wesentlichen Vorteil gegenüber dem bekannten Abstandshalter auf, bei dem die Plättchen einseitig auf die Trägereinrichtung aufgeklebt sind. Der Vorteil besteht darin, dass die Trägereinrichtung beidseitig umspült werden kann. Es wurde in der Praxis nämlich gefunden, dass die bekannte Trägereinrichtung die angrenzende Metallplatte isoliert, da einerseits kein Kühlmittel in Kontakt mit der Metallplatte gelangt und andererseits die als Schicht ausgebildete Trägereinrichtung die Metallplatte abdeckt. Im Gegensatz hierzu fließt das Kühlmittel bei der erfindungsgemäßen Weiterbildung beidseitig an der Trägereinrichtung vorbei und kommt mit beiden an den Abstandshalter angrenzenden Metallplatten in Kontakt, was eine deutlich bessere Kühlwirkung zur Folge hat.
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Vorteilhafterweise ist die Ausnehmung im wesentlichen mittig zwischen der Ober- und der Unterseite angeordnet. Dies gewährleistet eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Kühlwirkung. Durch die im wesentlichen mittige Anordnung ist ferner eine maximale Stützkraft der Plättchen gewährleistet.
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Die Plättchen bestehen aus einem Material, das sowohl chemisch resistent als auch eine ausreichende Stützkraft aufweist, um die teilweise sehr großen Metallplatten auf Abstand zu halten. Insbesondere hat sich Keramik als Werkstoff bewährt. Keramische Werkstoff zeichnen sich unter anderem durch ihre gute Druckfestigkeit aus. In konstruktiver Hinsicht ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Plättchen an ihrer Oberseite und ihrer Unterseite eine vorzugsweise umlaufende Fase aufweisen. Etwaige Spannungsspitzen im Randbereich werden dadurch wirkungsvoll unterbunden.
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Vorzugsweise geht die Fase in der Seitenansicht in Richtung nach Innen über die Ausnehmung hinaus. Dies bedeutet, dass die Ausnehmung – die grundsätzlich eine Schwächung der Plättchen bedeutet – komplett spannungsfrei gehalten werden kann, da die Plättchen im Bereich der Fase unbelastet sind und damit auf die Ausnehmung keine Kräfte einwirken. Im Ergebnis vereint die vorteilhafte Ausführungsform die Vorteile der klebstofffreien Halterung der Plättchen mit einer stabilen, langlebigen und insbesondere keramikgerechten Konstruktion.
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Die Form der Ausnehmung ist unter Berücksichtigung der Stabilität der Plättchen in weiten Bereichen frei wählbar. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform erwiesen, bei der die Ausnehmung im wesentlichen schlitzartig ausgebildet ist. Ein Schlitz weist den wesentlichen Vorteil auf, dass die Trägereinrichtung in dem Schlitz geführt (gehalten) ist. Dies führt zu einem noch besseren Gesamtverband des erfindungsgemäßen Abstandshalters.
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Wie bereits zuvor angedeutet, kann bei einer einfachen Ausführungsform lediglich eine Ausnehmung oder Verfügung vorgesehen sein, die beispielsweise umläuft. Als besonders vorteilhaft jedoch wird es angesehen, wenn die Plättchen mindestens zwei, insbesondere vier Ausnehmungen aufweisen. Die Ausnehmungen sorgen für eine definierte Festlegung der Plättchen in bzw. an der Trägereinrichtung. Auch dies führt zu einem noch besseren Gesamtverbund des erfindungsgemäßen Abstandshalters.
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Die Trägereinrichtung kann wie bereits vorstehend ausgeführt als eine (ggf. durchgehende) Schicht ausgebildet sein, die eine bestimmte chemische Widerstandsfähigkeit und Temperaturfestigkeit aufweist. In Frage kommen z. B. Faserverbunde oder anderweitige Geflechte oder Gewebe. Vorzugsweise weist die Trägereinrichtung eine Mehrzahl von Aufnahmen auf, in denen die Plättchen gehalten sind. Eine einzige Schicht trägt also eine Mehrzahl von Plättchen. Die Größe des Abstandshalters wird man – durch Zuschnitt – an die Form und Größe der auf Abstand zu haltenden Metallplatten anpassen.
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Eine besondere Bedeutung im Rahmen der Erfindung kommt auch der Befestigung der Plättchen in der Trägereinrichtung zu. Eine einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägereinrichtung eine Aufnahme ausgebildet ist, die an die Kontur des Plättchens angepasst ist. Die Aufnahme weist gegenüber der Außenkontur des jeweiligen Plättchens Übermaß auf, damit das Plättchen nicht aus der Aufnahme herausfallen kann. Sofern es sich also um ein rundes Plättchen handelt, wird man den wirksamen Innendurchmesser der Aufnahme kleiner wählen als den Außendurchmesser des Plättchens. Dies bedeutet nicht, dass das Plättchen selbst mit gewissem Spiel in der Aufnahme aufgenommen sein kann, wie es im folgenden noch näher ausgeführt wird.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform herausgestellt, bei der die Trägereinrichtung eine Mehrzahl von Zungen aufweist, die in die Ausnehmungen eingreifen. Der Vorteil einzelner Zungen wird darin gesehen, dass sie beim Einsetzen der Plättchen elastisch nachgeben, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Material der Trägereinrichtung steif ausgebildet ist. Nach dem Einsetzen der Plättchen befinden sich die Zungen in ihrer Ausgangslage.
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In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Trägereinrichtung eine Mehrzahl von Streifen aufweist, die vorteilhaft jeweils eine Mehrzahl von Plättchen halten. Eine Halterung der Plättchen durch Streifen birgt eine Reihe von Vorteilen. Zum einen spart einer derartige Konstruktion gegenüber herkömmlichen Lösungen große Mengen an Material der Trägereinrichtung ein. Gegenüber herkömmlichen Konstruktionen ist die erfindungsgemäße Weiterbildung also deutlich günstiger. Darüber hinaus sorgen die Streifen (gegenüber einer vollflächigen Trägereinrichtung) für eine Verwirbelung der Kühlflüssigkeit. Dies wiederum führt zu einer besseren Kühlwirkung. Im Übrigen erfolgt auch der Zuschnitt des Abstandshalters in Streifenform zur Anpassung an die Metallplatten problemlos.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen in der Ausgangslage ungefähr in einem 90°-Winkel zueinander angeordnet sind. Es ergibt sich dadurch eine Struktur von rechtwinklig zueinander angeordneten Streifen, in deren Schnittpunkte vorzugsweise ein Plättchen gehalten ist. Vorteilhafterweise greifen zwei Streifen in ein Plättchen ein. Mit anderen Worten, jedes Plättchen wird von zwei rechtwinklig zueinander versetzten Streifen gehalten. Die Ausnehmungen der Plättchen sind also mindestens die doppelte Stärke der Trägereinrichtung hoch (bzw. breit). Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist jedes Plättchen vier Ausnehmungen auf, die in einem 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Auch die Aufnahmen der Streifen weisen zweckmäßig vier Zungen auf. Damit können die Streifen sowohl längs als auch quer in den Plättchen verankert werden.
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Vorzugsweise greifen die Zungen mit Spiel in die Ausnehmungen ein. Das Spiel gestattet ein gewisse relative Lageveränderung der Plättchen. Dies ermöglicht eine unkomplizierte Anpassung der Außenmaße des Abstandshalters in einem bestimmten Bereich, wie es im Zusammenhang mit der anhängenden Zeichnung noch näher erläutert wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der angehängten Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 in schematischer Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Anordnung von mehreren Metallplatten und einem auf den Metallplatten angeordneten Abstandshalter;
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2 in einem vergrößerten schematischen Ausschnitt eine Seitenansicht von Metallplatten und einem dazwischen angeordneten Abstandshalter;
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3 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Abstandshalters;
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4 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung ein Plättchen;
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5 das Plättchen nach 4 in einer Seitenansicht; und
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6 einen erfindungsgemäßen Abstandshalter in einer Draufsicht, und zwar in der Ausgangsstellung und in einer leicht gezogenen Stellung.
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1 zeigt eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Metallplatten 1, die zusammen den Kern einer Spule eines Transformators bilden. Ein derartiger aus mehreren Metallplatten zusammengesetzter Kern findet sich beispielsweise in Hochleistungstransformatoren, auf die die Erfindung insbesondere gerichtet ist. Grundsätzlich findet die Erfindung jedoch überall dort Anwendung, wo Platten in einem vorgegebenen Abstand zueinander gehalten werden sollen.
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Zur Kühlung der Metallplatten 1 sind zwischen zwei benachbarten Platten Kanäle 2 (siehe 2) ausgebildet, durch die Kühlwasser geleitet wird. In 1 ist zu Anschauungszwecken lediglich auf der obersten Platte ein erfindungsgemäßer Abstandshalter 3 dargestellt, wobei darauf hingewiesen wird, dass in der Praxis ein Metallplattenstapel mehrere dieser Kanäle aufweisen kann. Beispielsweise ist alle 20 Platten ein Kanal 2 vorgesehen. Diese Kanäle sind in 1 nicht explizit dargestellt.
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Der Abstandshalter 3 weist eine Vielzahl von Plättchen 4 auf, die von einer aus Streifen 5, 6 bestehenden Trägereinrichtung gehalten sind. Die Streifen 5 und die Streifen 6 sind im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet, wobei sie in ihren Schnittpunkten jeweils ein Plättchen 4 halten.
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Auf den Abstandshalter 3 werden wiederum eine Mehrzahl von Metallplatten 1 gelegt (was in 1 nicht gezeigt ist). Dadurch bildet sich zwischen diesen Plattenpaketen ein Kanal, wie er in 2 näher erläutert ist.
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2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Seitenansicht der Metallplatten 1, wobei zwischen zwei benachbarten Metallplatten 1 ein Abstandshalter 3 angeordnet ist. Die Metallplatten werden durch die Plättchen 4 des Abstandshalters 3 in Abstand zueinander gehalten, wobei aus Übersichtsgründen in 2 lediglich ein Plättchen 4 dargestellt ist. Das Plättchen 4 ist gehalten in den Streifen 5 und 6, die zusammen die Trägereinrichtung bilden. Durch das Plättchen wird der Kanal 2 gebildet, durch den zur Kühlung der Metallplatten eine Kühlflüssigkeit geleitet werden kann. In 2 sind zwei Pfeile 2 dargestellt, um zu verdeutlichen, dass die Kühlflüssigkeit ober- und unterhalb der Trägereinrichtung fließen kann.
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Die Trägereinrichtung ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa mittig zwischen der Oberseite 7 und der Unterseite 8 des Plättchens angeordnet. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass die Kühlflüssigkeit sowohl oberhalb als auch unterhalb der Trägereinrichtung mit den Metallplatten in Kontakt gelangt und damit (gegenüber bekannten Lösungen) eine bessere Kühlwirkung erreicht.
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3 zeigt den erfindungsgemäßen Abstandshalter analog 2, jedoch in einer gesonderten perspektivischen Abbildung. Wie aus der Abbildung ersichtlich, greifen die Streifen 5 und 6 jeweils mit vier Zungen 9 in Ausnehmungen 10 (siehe besser 4) des Plättchens ein und halten damit das Plättchen.
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4 zeigt ein Plättchen 4 in Alleinstellung. Das Plättchen 4 weist eine flache Oberseite 7 und eine (nicht sichtbare) flache Unterseite 8 auf. Über den Umfang 11 verteilt sind um jeweils 90° versetzt die Ausnehmungen 10 angeordnet, in die die Zungen 9 (siehe 3) eingreifen. Die Ausnehmungen 10 sind schlitzartig ausgebildet, wobei der jeweilige Boden 12 eines Schlitzes gerade ausgebildet ist. Der Boden wirkt mit dem vorzugsweise ebenfalls geraden Ende der Zungen 9 zusammen.
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Die Ausnehmungen 10 stellen eine Schwächung des Materials des Plättchens 4 dar. Insbesondere bei keramischem Material muss sichergestellt sein, dass das Plättchen im Bereich der Ausnehmung nicht überlastet wird. Hierzu weist das Plättchen vorteilhaft mindestens eine Fase 13 auf, die seitlich gesehen (siehe 5) mindestens so weit nach innen reicht wie die Ausnehmung(en) 12. Durch die Fasen 13 bleiben die Ausnehmungen im wesentlichen unbelastet.
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In 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abstandshalters 3 in Alleinstellung gezeigt. Die Trägereinrichtung besteht aus mehreren Streifen 5 und 6, wobei – wie auch zuvor – jedes Plättchen von einem Streifen 5 und einem Streifen 6 gehalten ist, die jeweils in die (hier nicht dargestellten) Ausnehmungen eingreifen. Der Eingriff erfolgt mit einem Spiel. Die Streifen 5, 6 liegen also nicht unmittelbar an dem Boden 12 der Ausnehmung 10 (siehe 4) an, sondern es verbleibt ein Zwischenraum, der dazu führt, dass in der Ausgangsstellung die Streifen 5, 6 zwar rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, die Gesamtanordnung jedoch in einem bestimmten Bereich (im Sinne einer Scherung) gezogen werden kann, wie es durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Ein Ziehen bewirkt, dass sich die Plättchen 4 geringfügig nach innen in eine Stellung bewegen, die mit dem Bezugszeichen 4' angedeutet ist. Es kommt zu einer Winkeländerung. Bei einer Anpassung der Größe des Abstandshalters 3 in der Streifenanordnung an die jeweilige Metallplatte können für den Fall, dass die seitlichen Plättchen 4 außen leicht über die Platte überstehen, der Abstandshalter gezogen (geschert) werden, wodurch die Plättchen 4' nach innen wandern und damit auf die Metallplatte passen.
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Im Rahmen der Erfindung wurden die Begriffe Plättchen und Trägereinrichtung verwendet. Bei den Plättchen handelt es sich im weitesten Sinne um Plättchen beliebiger Form, die in der Lage sind, zwei Metallplatten voneinander zu beabstanden. Insbesondere können die Plättchen scheibenartig ausgebildet sein mit einer flachen Ober- und Unterseite. Der Durchmesser beträgt zum Beispiel ca. 12 mm. Die Höhe beträgt zum Beispiel ca. 4 mm. Beide Angaben dienen lediglich der Illustration. Auch größere oder kleinere Abmessungen sollen von dem Begriff „Plättchen” abgedeckt sein. Der Begriff der Trägereinrichtung ist funktionsabhängig gewählt. Hier kommen insbesondere flexible Schichten in Betracht, die vorzugsweise temperaturbeständig sind. Eine Schicht aus dem Material Nomex® hat sich bewährt. Die Schicht (oder die Streifen) können aber auch aus einem anderen Material ausgebildet sein, das die Funktion des Haltens der Plättchen erfüllt. Grundsätzlich ist eine gewisse Steifigkeit von Vorteil, damit der Abstandshalter leicht als Lage auf die Metallplatten aufgebracht werden kann.
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Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abwandlungen möglich. So wurde im Zusammenhang mit der Zeichnung eine Trägereinrichtung beschrieben, die aus Streifen 5, 6 besteht. Der Vorteil gegenüber einer grundsätzlich ebenfalls denkbaren durchgehenden Trägerschicht liegt in der Materialersparnis. Ferner kann die Kühlmittelflüssigkeit sowohl ober- als auch unterhalb der Streifen entlangfließen, wobei als zusätzlicher Vorteil eine Verwirbelung der Kühlflüssigkeit auftritt. Ebenfalls denkbar ist aber auch, dass eine durchgehende vollflächige Trägerschicht zwischen den Plättchen 4 Materialausnehmungen aufweist, die beispielsweise durch Stanzung hergestellt werden. Zwar erreicht man dadurch keine Kosteneinsparung des teuren Trägermaterials, jedoch die Vorteile der beidseitigen Umspülung und Verwirbelung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallplatten
- 2
- Kanal
- 3
- Abstandshalter
- 4
- Plättchen
- 5
- Streifen
- 6
- Streifen
- 7
- Oberseite des Plättchens
- 8
- Unterseite des Plättchens
- 9
- Zunge
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Umfang
- 12
- Boden der Ausnehmung
- 13
- Fase
