DE10201262B4 - resistance - Google Patents
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Abstract
Widerstandsheizelement (12) für eine Fahrzeug-Klimaanlage mit einem Wabenkörper (16) aus Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten, der von einem zu erwärmenden Wärmeträger durchströmt werden kann, bei dem der Wabenkörper (16) mit mindestens zwei Waben (18, 20) ausgebildet ist, die elektrisch parallel geschaltet und zugleich in Strömungsrichtung (A) des Wärmeträgers in Reihe angeordnet sind, und bei dem zwischen den beiden Waben (18, 20) ein Kontaktblech (36) vorgesehen ist, um Kontaktflächen (30) beider Waben (18, 20) an gegenüberliegenden Stirnseiten elektrisch zu kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktblech (32, 34, 36) bei einem Einbrennen der Kontaktflächen (26, 28, 30) an den Stirnseiten der Waben (18, 20) mit den Kontaktflächen (26, 28, 30) stoffschlüssig verbunden worden ist.resistance (12) for a vehicle air conditioner with a honeycomb body (16) made of resistance material with a positive temperature coefficient, that of a to be heated Flowed through heat transfer medium can, in which the honeycomb body (16) is formed with at least two honeycombs (18, 20) which are electrically connected in parallel and at the same time in the flow direction (A) of the heat carrier in Row are arranged, and in which between the two honeycombs (18, 20) a contact plate (36) is provided to contact surfaces (30) both honeycombs (18, 20) on opposite Contact faces electrically, characterized in that the contact plate (32, 34, 36) is burned when the contact surfaces (26, 28, 30) on the end faces of the honeycombs (18, 20) with the contact surfaces (26, 28, 30) cohesively has been connected.
Description
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Die
Erfindung betrifft ein Widerstandsheizelement für eine Fahrzeug-Klimaanlage
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Bezüglich
eines derartigen Widerstandsheizelements wird
Widerstandsheizelemente aus Widerstandsmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten werden bei elektrischen Heizgeräten von Fahrzeug-Klimaanlagen verwendet, um einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger unabhängig von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs aufheizen zu können. Zum Aufheizen wird der Wabenkörper des Widerstandsheizelementes vom Wärmeträger durchströmt. Derartige Widerstandsheizelemente regeln bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur durch Ansteigen des Widerstandes ihre Leistung selbsttätig ab. Diese Eigenschaft kann ideal für Heizanwendungen genutzt werden.resistance heating elements made of resistive material with a positive temperature coefficient with electric heaters of vehicle air conditioning used to be a liquid or gaseous Heat carrier independent of to heat an internal combustion engine of the vehicle. To the The honeycomb body will heat up Resistance heating element flows through the heat transfer medium. such Resistance heating elements regulate when a certain limit temperature is reached by increasing the resistance their power automatically. This property may be ideal for Heating applications are used.
Widerstandsheizelemente mit einer Wabenstruktur, die von einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger durchströmt werden können, sollen zu einer effizienten Erwärmung des Wärmträgers führen. Zum Erwärmen ist eine gewisse Strömungslänge des Wärmeträgers durch das Widerstandsheizelement erforderlich. Die Wabenstruktur muss also eine gewisse Dicke aufweisen, damit die Strömungslänge gewährleistet ist.resistance heating elements with a honeycomb structure through which a liquid or gaseous heat transfer medium flows can, should contribute to efficient warming lead the heat carrier. To the Heat is a certain flow length of the Heat carrier through the resistance heating element required. The honeycomb structure must So have a certain thickness, so that the flow length is guaranteed.
Um den Wärmeträger-Strömungswiderstand der Wabenstruktur gering zu halten, müssen deren Wände möglichst dünn ausgeführt werden.Around the heat transfer flow resistance of Keep honeycomb structure low, their walls must be as possible be performed thin.
Bei Widerstandsheizelementen, die ohne Wabenstruktur aus einem massiven Block gestaltet sind, sind bisher zum Kontaktieren an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten je Kontaktflächen aus Silberleitpaste durch einen Einbrennvorgang angebracht worden. Diese Art der standardmäßigen Kontaktierung wird als „Stirnkontaktierung" bezeichnet.at Resistance heating elements, without a honeycomb structure of a solid Block are designed to date for contacting at two of each other opposite end faces per contact surfaces of silver conductive paste a baking process has been installed. This type of standard contacting is referred to as "end contact".
Widerstandsheizelemente weisen nur eine begrenzte Leitfähigkeit mit einem kleinsten erreichbaren spezifischen Widerstand von etwa 10 Ohm·cm auf. Daher ist bei relativ dicken Widerstandsheizelementen mit Stirnkontaktierung und einer Wabenstruktur der elektrische Widerstand hoch. Es wird nur wenig elektrische Leistung in Wärme umgesetzt. Dünne Wände der Wabenstruktur führen zu einer weiteren Zunahme des elektrischen Widerstandes und damit zu einer weiteren Verringerung der umgesetzten elektrischen Leistung. Die Stirnkontaktierung eignet sich daher grundsätzlich nicht für Widerstandsheizelemente mit einer Wabenstruktur. Darüber hinaus führt bei der Stirnkontaktierung eine Stirnseite Pluspotential, mit der Gefahr, dass gegenüber dem Massepotential des zugehörigen Gehäuses ein Kurzschluss auftritt.resistance heating elements have only a limited conductivity with a smallest achievable resistivity of about 10 ohms cm. Therefore, with relatively thick resistance heating elements with Stirnkontaktierung and a honeycomb structure, the electrical resistance is high. It will only little electrical power converted into heat. Thin walls of the Lead honeycomb structure to a further increase in electrical resistance and thus to further reduce the converted electrical power. The front contact is therefore not suitable for resistance heating elements with a honeycomb structure. About that leads out at the end contacting a front side plus potential, with the Danger that opposite the Ground potential of the associated housing a short circuit occurs.
Bei
Widerstandsheizelementen mit einer durchströmten Wabenstruktur, die eine
hohe Heizleistung aufweisen sollen, wird als Ausweg mit der sogenannten „Innenkontaktierung" gearbeitet. Diese Art
der Kontaktierung ist aus
Die
Innenkontaktierung führt
aufgrund der großen
Innenflächen
einer Wabenstruktur zu einem enorm hohen Verbrauch an Silberleitlack
und damit zu hohen Material- und Fertigungskosten. Darüber hinaus
ist die zuverlässige Kontaktierung
der Elektrodenschichten innen in den einzelnen Zellen der Wabenstruktur
nur schwierig zu realisieren und mit hohen Kosten verbunden. Lösungen,
wie sie in
Aus
Aus
Zugrundeliegende Aufgabeunderlying task
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem eingangs genannten Widerstandsheizelement mit Wabenstruktur vorzusehen, bei dem die erforderliche Heizleistung auf kostengünstige und prozesssichere Weise bereitgestellt werden kann.The invention is based on the object to provide a vehicle with a honeycomb resistance heating element mentioned above, in which the required heating power can be provided in a cost effective and reliable manner.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten Widerstandsheizelement gelöst, bei dem der Wabenkörper mit mindestens zwei Waben ausgebildet ist, die elektrisch parallel geschaltet und zugleich in Strömungsrichtung des Wärmeträgers in Reihe angeordnet sind. Ferner ist die Aufgabe mit einem Heizgerät für eine Fahrzeug-Klimaanlage mit einem derartigen Widerstandsheizelement, einer Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einem solchen Heizgerät und mit einem Fahrzeug mit einer derartigen Klimaanlage gelöst.These Task is according to the invention with a dissolved at the beginning of resistance element, wherein the honeycomb body with at least two honeycombs is formed, which are electrically connected in parallel and at the same time in the flow direction of the heat carrier in Row are arranged. Furthermore, the object is with a heater for a vehicle air conditioning with such a resistance heating element, an air conditioning system for a vehicle with such a heater and solved with a vehicle with such an air conditioner.
Erfindungsgemäß wird ein bisher beispielsweise 10 mm dicker Wabenkörper durch zwei Waben mit je 5 mm Dicke ersetzt, die elektrisch parallel geschaltet, strömungstechnisch jedoch in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise kann der elektrische Widerstand pro Wabe halbiert und dadurch die Gesamtleistung insgesamt vervierfacht werden. Bei Bedarf kann die Anzahl einzelner elektrisch parallel geschalteter, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordneter Waben auf mehr als zwei erhöht sein. Sinnvoll ist insbesondere eine gerade Anzahl von Waben, denn damit ergibt sich, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, eine vorteilhafte Möglichkeit der Kontaktierung der Waben.According to the invention is a So far, for example, 10 mm thick honeycomb body by two honeycomb with each 5 mm thickness replaced, electrically connected in parallel, fluidic however, are connected in series. In this way, the electrical resistance halved per honeycomb and quadrupled overall performance become. If necessary, the number of individual can be electrically parallel switched, in the flow direction consecutively arranged honeycombs may be increased to more than two. meaningful is in particular an even number of honeycomb, because it gives itself, as explained below will be an advantageous way of Contacting the honeycombs.
Die Kontaktierung zwischen den beiden Waben wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Kontaktbleches zu einem Pluspol geführt, welches zwischen den beiden Waben vorgesehen ist, um die Kontaktfläche/n beider Waben an den gegenüberliegenden Stirnseiten elektrisch zu kontaktieren. Ein solches Kontaktblech ist also zwischen den beiden Waben geklemmt oder eingebrannt und damit ohne weitere Befestigung mit diesen elektrisch leitend verbunden.The Contact between the two honeycomb according to the invention with the help a contact plate led to a positive pole, which between the two Honeycomb is provided to the contact surface / s of both honeycomb on the opposite end faces to contact electrically. Such a contact plate is so between the two honeycomb clamped or burned and thus without further attachment electrically connected to these.
Zwischen den Kontaktblechen und den Kontaktflächen an den Waben werden ferner erfindungsgemäß dauerhaft elektrisch leitende Verbindungen geschaffen, indem das jeweilige Kontaktblech bei einem Einbrennen von Kontaktflächen an den Stirnseiten der Waben mit den Kontaktflächen stoffschlüssig verbunden wird.Between the contact plates and the contact surfaces on the honeycomb are further according to the invention permanently created electrically conductive connections by the respective Contact plate at a burn-in of contact surfaces on the front sides of the Honeycomb with the contact surfaces cohesively connected becomes.
Die erfindungsgemäße Lösung führt zu einer hohen Leistungsausbeute bei einem gleichzeitig verhältnismäßig geringen Materialverbrauch. Sie ermöglicht das Vorsehen von sehr dünnen Wandstärken, ohne dass die Gefahr von Spannungsdurchbrüchen an zu dünnen Wänden besteht oder eine große Menge an Silberleitlack zum Kontaktieren erforderlich wäre.The inventive solution leads to a high Power output at a simultaneously relatively low material consumption. It allows the provision of very thin Wall thicknesses, without the risk of voltage breakthroughs on too thin walls or a large amount would be required to Silberleitlack for contacting.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungadvantageous Further developments of the invention
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Waben aneinander anliegend angeordnet. Auf diese Weise kann zwischen den beiden Waben mit allein einer einzelnen Kontakteinrichtung eine Kontaktierung an beiden Waben ausgebildet werden. Alternativ können zwei Waben aneinander angelegt werden, die je mit einer eigenen Kontakteinrichtung, beispielsweise in Gestalt einer eingebrannten Kontaktfläche aus Silberleitlack versehen sind. Diese Gestaltung stellt eine prozesssichere Kontaktierung der gesamten Stirnflächen beider Waben sicher, auch wenn diese aufgrund von Fertigungstoleranzen unebene oder geneigte Stirnseiten aufweisen sollten.at an advantageous embodiment of the invention, the at least two honeycomb arranged adjacent to each other. This way you can between the two honeycombs with only a single contact device a contact on both honeycombs are formed. alternative can two honeycombs are put together, each with its own Contact device, for example in the form of a burned contact area are made of silver conductive paint. This design provides a process-reliable Contacting the entire end faces of both honeycomb safe, too if these are uneven or inclined due to manufacturing tolerances Should have end faces.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die mindestens zwei Waben mit je einer in einem Querschnitt zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers gleichartigen Wabenstruktur ausgebildet sind, wobei die Wabenstrukturen insbesondere deckungsgleich an einander anliegend angeordnet sind. Solche Waben lassen sich in hoher Stückzahl herstellen und können nachfolgend für die beiden Waben individualisiert werden. Deckungsgleich angeordnete Waben weisen einen besonders geringen Strömungswiderstand für den Wärmeträger auf. Alternativ können die Waben derart zu einander angeordnet werden, dass ein gewünschter Strömungswiderstand gezielt eingestellt wird.Further It is advantageous that the at least two honeycombs with one each in a cross section to the flow direction the heat carrier similar honeycomb structure are formed, wherein the honeycomb structures in particular congruent are arranged adjacent to each other. Such honeycombs can be in large quantities produce and can below for the two honeycombs are individualized. Coincidentally arranged Honeycombs have a particularly low flow resistance for the heat transfer medium. Alternatively you can the honeycombs are arranged to each other such that a desired flow resistance is targeted.
Die Kontaktierung der erfindungsgemäßen Waben erfolgt vorteilhaft, indem jede Wabe an ihren zur Strömungsrichtung des Wärmeträgers im Wesentlichen senkrechten Stirnseiten mit je einer Kontaktfläche ausgebildet ist. Eine solche Kontaktierung entspricht im Wesentlichen der herkömmlichen Stirnkontaktierung. Diese Art der Kontaktierung kann erfindungsgemäß verwendet werden, weil durch die parallel geschalteten Waben der elektrische Widerstand des gesamten Wabenkörpers verringert bzw. seine Gesamtleistung erhöht wird. Es kann also erfindungsgemäß mit verhältnismäßig dünnen Wandstärken in den einzelnen Waben gearbeitet werden, ohne dass eine Innenkontaktierung erforderlich ist.The Contacting the honeycomb according to the invention is done advantageously by each honeycomb at its to the flow direction of the heat carrier in the Essentially vertical end faces each formed with a contact surface is. Such contacting essentially corresponds to the conventional one Front contact. This type of contacting can be used according to the invention be because of the parallel honeycomb electrical Resistance of the entire honeycomb body reduced or its overall performance is increased. It can therefore according to the invention with relatively thin wall thicknesses in the individual honeycombs are worked without an internal contact is required.
Die Kontaktierung zwischen den beiden Waben erfolgt ferner vorteilhaft mit Hilfe einer einzelnen Kontaktfläche für beide Waben, die insbesondere durch Einbrennen mit den beiden Waben verbunden ist. Die gemeinsame Kontaktfläche kann vor dem Einbrennen auf einer der Waben aufgebracht werden und nachfolgend kann die zweite Wabe an die aufgebrachte Kontaktfläche angelegt werden, um sie mit der ersten Wabe in nur einem Arbeitsgang zu verbinden.The Contacting between the two honeycomb is also advantageous using a single contact surface for both honeycombs, in particular by Branding is connected with the two honeycombs. The common contact surface can be applied to one of the honeycomb prior to baking and subsequently the second honeycomb can be applied to the applied contact surface to connect them to the first honeycomb in just one operation.
Um einen Kurzschluss der Kontaktflächen mit einem umliegenden, auf Massepotential gelegten Gehäuse zu verhindern, sollte die Kontaktfläche zwischen den Waben mit einem Pluspol einer Stromversorgung des Widerstandsheizelementes verbunden sein. Die voneinander abgewandten Stirnseiten des Wabenkörpers sind dann mit einem Massepol zu verbinden. Sie sind also gleich gepolt wie das umliegende Gehäuse. Das Kontaktieren dieser Massepole kann durch Kontaktfedern erfolgen, die zwischen dem Wabenkörper und dem Gehäuse gehaltert sind.Around a short circuit of the contact surfaces with prevent a surrounding, grounded housing, should be the contact surface between the honeycomb with a positive pole of a power supply of the resistance heating element be connected. The opposite end faces of the honeycomb body are then connect to a ground pole. So you are the same polarity like the surrounding housing. Contacting these ground poles can be done by contact springs, between the honeycomb body and the housing are held.
Das vorgesehene Kontaktblech ist vorteilhaft im Bereich von Öffnungen der Wabenstrukturen der beiden Waben ebenfalls mit mindestens einer Öffnung versehen, um eine möglichst widerstandsarme Strömung des Wärmeträgers durch den Wabenkörper zu gewährleisten. Das Kontaktblech ist insbesondere im gesamten Bereich der Öffnungen der Wabenstruktur mit einer einzelnen großflächigen Öffnung gestaltet, so dass ein aufwändiges Stanzen und in Deckung Bringen von einer Vielzahl von Öffnungen des Kontaktbleches mit den Öffnungen der Waben vermieden ist.The provided contact sheet is advantageous in the range of openings the honeycomb structures of the two honeycomb also provided with at least one opening, one as possible low-resistance flow of the heat carrier through the honeycomb body to ensure. The contact plate is in particular in the entire region of the openings designed the honeycomb structure with a single large-area opening, so that a consuming Punching and covering bring from a variety of openings of the Contact sheet with the openings the honeycomb is avoided.
Das Kontaktblech ist vorteilhaft von außen für eine elektrische Kontakteinrichtung, beispielsweise einen Stecker, zugänglich, indem es mit einer nach außen abstehenden Lasche zum elektrischen Kontaktieren gestaltet ist.The Contact plate is advantageous from the outside for an electrical contact device, For example, a plug, accessible by connecting it with a Outside protruding tab is designed for electrical contact.
Das Kontaktieren der voneinander abgewandten Stirnseiten des Wabenkörpers geschieht auf besonders einfache Weise mit mindestens einem klammerartigen Kontaktblech, welches je zwei Waben umgreift und die Kontaktflächen an diesen Stirnseiten elektrisch kontaktiert. Alternativ oder zusätzlich können klammerartige Kontaktbleche vorgesehen sein, welche sich an einem Gehäuse des Widerstandsheizelements abstützen und die Waben gegeneinander pressen.The Contacting the opposite end faces of the honeycomb body happens on particularly simple manner with at least one clip-type contact plate, which embraces two honeycombs and the contact surfaces on these end faces electrically contacted. Alternatively or additionally, clip-like contact sheets be provided, which is attached to a housing of the resistance heating element support and press the honeycombs against each other.
Die Kontaktierung mit umgreifenden klammerartigen Kontaktblechen kann auch verwendet werden, um eine größere Anzahl von Waben je paarweise zu kontaktieren. So können beispielsweise vier aufeinanderfolgende Waben mit Hilfe von drei klammerartigen Kontaktblechen kontaktiert werden. Zwei klammerartige Kontaktbleche greifen je an den voneinander abgewandten Massepolen der Waben eins und zwei sowie drei und vier an. Das dritte klammerartige Kontaktblech greift an den Pluspolen zwischen den Waben eins und zwei sowie drei und vier ein. Der gesamte Wabenkörper muss nachfolgend lediglich an einer der beiden aneinander anliegenden ersten beiden Kontaktbleche als Massepol und an dem dritten Kontaktblech als Pluspol kontaktiert werden.The Contacting with encompassing clamp-like contact plates can Also used to get a larger number of honeycombs in pairs to contact. So can For example, four consecutive honeycombs using three be contacted clamp-like contact plates. Two clamp-like Contact plates each engage at the mutually remote ground poles the honeycomb one and two, and three and four. The third bracket-like Contact sheet engages at the plus poles between the honeycombs one and the other two as well as three and four. The entire honeycomb body must subsequently only one of the two adjoining first two contact plates as Massepol and contacted on the third contact plate as positive pole become.
Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige Kontaktblech krallenartig an einer Stirnseite der Wabe in Öffnungen von deren Wabenstruktur eingreifen, um es zu befestigen und einen elektrischen Kontakt zur Wabe herzustellen.alternative or additionally can the respective contact plate like a claw on a front page the honeycomb in openings from their honeycomb intervene to secure it and a make electrical contact with the honeycomb.
An einem Kontaktblech können vorteilhaft mehrere Waben nebeneinander angeordnet sein, um mit einfachen Mitteln ein Waben-Array herzustellen.At a contact plate can Advantageously, several honeycomb be juxtaposed to with simple means to produce a honeycomb array.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Waben aus Gruppen von Waben mit unterschiedlichen elektrischen Widerständen derart ausgewählt, dass die elektrischen Widerstände von mindestens zwei Waben aufeinander abgestimmt sind. Bei der Fertigung von Waben aus Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten treten aus fertigungstechnischen Gründen unweigerlich Abweichungen bei den elektrischen Widerständen der einzelnen Waben auf. Sortiert man die Waben mit abweichenden elektrischen Widerständen nun nach Widerstandsklassen, beispielsweise in niedrig, mittel und hoch, so kann nachfolgend eine geschickte Paarung von Waben gebildet werden, um den gesamten Widerstand des entstehenden Wabenkörpers auf den gewünschten Wert abzustimmen. Zum Beispiel führen die Paarungen niedrig-hoch und mittel-mittel zu Wabenkörpern mit nahezu gleichen Gesamtwiderständen. Mit diesem Verfahren können die Widerstandsabweichungen von paarweise angeordneten, verklebten oder gebrannten Wabenkörpern um durchschnittlich 30 % verringert werden.at a further advantageous embodiment of the invention are the Honeycombs of groups of honeycombs with different electrical resistances such selected, that the electrical resistances are matched by at least two honeycombs. In the production honeycomb of resistance material with a positive temperature coefficient For manufacturing reasons, deviations inevitably occur at the electrical resistances of the individual honeycombs. Sort the honeycombs with different ones electrical resistances now according to resistance classes, for example in low, medium and high, so below a skillful pairing of honeycombs formed Be up to the entire resistance of the resulting honeycomb body the wished Value to vote. For example, lead the mating low-high and medium-medium to honeycomb bodies with almost the same total resistance. With this method can the resistance deviations of paired, glued or fired honeycomb bodies be reduced by an average of 30%.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary the drawings
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes für eine Fahrzeug-Klimaanlage anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:following is an embodiment of a heater according to the invention for a vehicle air conditioning with the attached schematic drawings closer explained. It shows:
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispielsdetailed Description of the embodiment
In
Das
Widerstandsheizelement
Wie
in
Die
Waben
An
den genannten Quaderflächen,
d.h. an den Stirnseiten der quaderförmigen Waben
Die
Kontaktflächen
Zum
Anschließen
einer nicht dargestellten Stromquelle an den Kontaktflächen
Das
Kontaktblech
Die
Kontaktbleche
Das
Gehäuse
- 1010
- Heizgerätheater
- 1212
- Widerstandsheizelementresistance
- 1414
- Gehäusecasing
- 1616
- Wabenkörperhoneycombs
- 1818
- erste Wabefirst honeycomb
- 2020
- zweite Wabesecond honeycomb
- 2222
- Öffnungenopenings
- 2424
- Öffnungenopenings
- 2626
- Kontaktflächecontact area
- 2828
- Kontaktflächecontact area
- 3030
- Kontaktflächecontact area
- 3232
- Kontaktblechcontact sheet
- 3434
- Kontaktblechcontact sheet
- 3636
- Kontaktblechcontact sheet
- 3838
- KontaktlaschenabschnittContact tab portion
- 4040
- KontaktlaschenabschnittContact tab portion
- 4242
- Federabschnittspring section
- 4444
- Federabschnittspring section
- 4646
- Isolierfolieinsulation
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