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Die Erfindung betrifft einen Hochvolt-Flüssigkeitsheizer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Hochvolt-Flüssigkeitsheizer werden z.B. als Heizer für Wasser oder Motorkühlmittel eingesetzt, um einen Fahrzeuginnenraum eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu erwärmen, da deren Motoren keine oder nur zeitweise Abwärme produzieren.
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Aus dem Stand der Technik sind Hochvolt-Flüssigkeitsheizer bekannt, die einen Flüssigkeitsbehälter aufweisen, in dem ein Heizelement angeordnet ist. Über einen Zulauf strömt die zu erwärmende Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter hinein, und über einen Ablauf strömt die erwärmte Flüssigkeit heraus. In dem Flüssigkeitsbehälter umströmt die Flüssigkeit das Heizelement derart, dass die elektrisch erzeugte Wärme von dem Heizelement an die Flüssigkeit übertragen wird.
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Ein derartiger Hochvolt-Flüssigkeitsheizer ist z.B. im Internet auf der Seite der Anmelderin www.dbk-group.com unter dem Stichwort Hochvolt-Wasserheizer offenbart.
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Nachteilig an derartigen Hochvolt-Wasserheizern ist, dass bei der Erhitzung des Wassers Dampf entstehen kann, insbesondere wenn der Heizer in verschieden Positionen oder Neigungen in ein Fahrzeug eingebaut wird. Dann weicht das Strömungsbild des Wassers von dem idealen oder vorgesehenen Strömungsbild ab, und der Wärmeübertrag an Teile des Wassers wird derart hoch, dass es sich über 100°C erhitzt. Der entsprechende Dampf sammelt sich im oberen Bereich des Behälters an und beeinträchtigt die Funktion des Heizers oder führt sogar zu dessen Ausfall.
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Weiterhin kann sich Luft, welche sich im Kühlsystem befindet, im oberen Bereich des Behälters sammeln. Auch diese Luft kann die Funktion des Heizers beeinträchtigen oder gar zum Ausfall führen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Hochvolt-Flüssigkeitsheizer zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermeiden sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hochvolt-Flüssigkeitsheizer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Der beanspruchte Hochvolt-Flüssigkeitsheizer hat einen Flüssigkeitsbehälter, der eine Zulauföffnung und eine Ablauföffnung aufweist. In einem Innenraum des Flüssigkeitsbehälters ist zumindest ein Heizelement (z.B. ein spiralförmiger Abschnitt eines Rohrheizkörpers) angeordnet. Das Heizelement wird mit einer Spannung im Automobil-Hochvolt-Bereich betrieben, also z.B. über 60 Volt, insbesondere über 100 Volt. Erfindungsgemäß ist in einem höchsten oder obersten Bereich des Innenraumes des Flüssigkeitsbehälters ein Gassammelbereich vorgesehen oder gebildet. Unter dem höchsten oder obersten Bereich ist der Bereich zu verstehen, der den größtmöglichen Abstand von einem Boden des Flüssigkeitsbehälters aufweist, und/oder der bei einer vorschrifts- bzw. bestimmungsmäßigen Einbaulage des Hochvolt-Flüssigkeitsheizers der höchste oder oberste Bereich des Innenraumes ist. Die Ablauföffnung ist erfindungsgemäß in oder an dem Gassammelbereich angeordnet. Damit wird eventuell sich bildendes Gas in diesen Gassammelbereich aufsteigen und dort über die durch die Ablauföffnung abströmende Flüssigkeit mit abgezogen. Damit wird eine zunehmende Befüllung des Innenraumes des Flüssigkeitsbehälters mit Gas zuverlässig verhindert, so dass die zu erwärmende Flüssigkeit den Innenraum weitestgehend oder komplett einnehmen kann, und der Hochvolt-Flüssigkeitsheizer dauerhaft optimal betrieben werden kann.
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Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall ist die Flüssigkeit Wasser, so dass das Gas Dampf ist, womit der Hochvolt-Flüssigkeitsheizer ein Hochvolt-Wasserheizer ist.
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Bei einem weiteren bevorzugten Anwendungsfall ist das Gas Luft, welche in den Hochvolt-Flüssigkeitsheizer durch die Zulauföffnung eindringt.
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Vorzugsweise sind an dem Hochvolt-Flüssigkeitsheizer Befestigungsmittel zur Befestigung in einem Motorraum oder an einem Motor eines Fahrzeugs angeordnet.
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Der Gassammelbereich ist vorzugsweise von einer nach unten zum Innenraum des Flüssigkeitsbehälters geöffnete Kavität gebildet. In dieser sammelt sich das abzuführende Gas auch bei verschiedenen Einbaupositionen und verschiedenen Fahrzuständen des betroffenen Fahrzeugs, wie z. B. Bergfahrt.
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Benachbart zu dem Gassammelbereich kann zumindest ein zu einer Waagerechten oder zu einem Boden des Flüssigkeitsbehälters schräg gestellter Dachabschnitt angeordnet sein. Der oder die Dachabschnitte können gekrümmt sein, so dass z.B. ein Kuppeldach des Flüssigkeitsbehälters gebildet ist. Es ist z.B. auch ein Dach in Halbkugelform denkbar. Insbesondere ist auch zumindest ein flächiger oder ebener Dachabschnitt von Vorteil.
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Wenn der zumindest eine Dachabschnitt eine Neigung von beispielweise mehr als 25° gegenüber der Waagerechten oder gegenüber dem Boden des Flüssigkeitsbehälters aufweist, dann bildet der Gassammelbereich auch dann den höchsten oder obersten Bereich des Innenraumes, wenn der Flüssigkeitsbehälter um den gleichen Winkel, beispielsweise bis zu 25° geneigt wird. Damit ist eine hohe Flexibilität beim Einbau des erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizers gegeben, der insbesondere den verschiedenen Fahrzuständen des betroffenen Fahrzeugs Rechnung trägt.
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An einer Außenseite eines der Dachabschnitte oder des einen Dachabschnitts kann eine Elektronik z.B. eine Leiterplatte angeordnet sein. Diese ist dann durch die zu erwärmende Flüssigkeit kühlbar.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Gassammelbereich an seiner Oberseite von zwei zueinander schräg gestellten Dachabschnitten begrenzt. Damit ist der Gassammelbereich im übertragenen Sinne unter dem First des Daches angeordnet. Vorzugsweise sind die beiden schräg gestellten Dachabschnitte spiegelsymmetrisch.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Gassammelbereich von einem Dachabschnitt und einer Innenwand oder einer ersten Seitenwand des Flüssigkeitsbehälters begrenzt.
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Dabei ist vorzugsweise das gesamte Dach des Flüssigkeitsbehälters mit genau einem flächigen Dachabschnitt gebildet.
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Die Ablauföffnung kann mittels oder in der Innenwand gebildet sein, die benachbart zur ersten Seitenwand angeordnet ist. Dann ist zwischen der Innenwand und der ersten Seitenwand ein Ablaufkanal gebildet. Durch den Ablaufkanal strömt die erwärmte Flüssigkeit von dem oberen Gassammelbereich zu einem unteren Ablaufrohr. Vorzugsweise ist die Seitenwand etwa parallel zur ersten Seitenwand.
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Bei einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Innenwand zumindest abschnittsweise bis zum Dachabschnitt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Ablauföffnung eine Durchgangsausnehmung in einem oberen Endabschnitt der Innenwand.
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Bei einer ersten Variante dieses Ausführungsbeispiels ist die Ablauföffnung zwischen der ersten Seitenwand und einem oberen Rand der Innenwand gebildet. Bei einer zweiten Variante dieses Ausführungsbeispiels ist die Ablauföffnung zwischen dem Dachabschnitt und einem oberen Rand der Innenwand gebildet. Damit ist die Ablauföffnung etwa senkrecht und neben dem Gassammelbereich. Damit ist ein Überlauf für die abströmende Flüssigkeit gebildet.
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Die Ablauföffnung kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel von einer Mündung eines gekrümmten Ablaufrohres gebildet sein, das sich zumindest abschnittsweise im Innenraum erstreckt.
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Insbesondere wenn die beiden Dachabschnitte spiegelsymmetrisch sind, ist das Ablaufrohr vorzugsweise um etwa 90° gekrümmt.
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Das zumindest eine Heizelement kann ein PTC-Heizelement sein. Dieses hat eine selbstregelnde Eigenschaft, da sich bei einer zunehmenden Erwärmung der elektrische Widerstand erhöht und so die Heizleistung automatisch vermindert wird.
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Weiterhin kann das zumindest eine Heizelement ein Drahtheizelement sein. Insbesondere kann das Drahtheizelement ein Rohrheizkörper sein.
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Vorzugsweise sind zwei Heizelemente vorgesehen, die von einem jeweiligen Rohrheizkörper gebildet sind, deren Paare von Endabschnitten sich durch den Dachabschnitt oder die Dachabschnitte erstrecken. Wenn an der Außenseite des Dachabschnitts oder der Dachabschnitte die Elektronik angeordnet ist, können die Endabschnitte der Rohrheizkörper vorrichtungstechnisch einfach damit elektrisch kontaktiert werden.
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Wenn die beiden Rohrheizkörper baugleich sind, ist der Montageaufwand des erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizers vermindert.
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Insbesondere wenn dabei die beiden Dachabschnitte spiegelsymmetrisch sind, ist vorzugsweise unter jedem der beiden Dachabschnitte ein spiralförmiger Abschnitt einer der beiden Rohrheizkörper angeordnet.
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Die Form der Rohrheizkörper ist selbstverständlich nicht auf Spiralen beschränkt, auch andere Biegeformen sind möglich.
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Die beiden spiralförmigen Abschnitte liegen vorzugsweise auf einer gemeinsamen Mittelachse, die etwa parallel zu einem Abschnitt des Ablaufrohres und/oder zu dem Ablaufrohr und/oder zu einem Zulaufrohr oder zu einem Abschnitt eines Zulaufrohres ausgerichtet ist.
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Erfindungsgemäß kann zur Beheizung der Flüssigkeit auch jedes andere elektrische Heizelement vorgesehen sein.
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Mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizers sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen
- 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 3 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochvolt-Wasserheizers. Er hat einen Flüssigkeitsbehälter 1, der einen Boden 2, eine erste Seitenwand 4, eine zweite Seitenwand 6 und eine dritte Seitenwand 8 aufweist. Eine weitere Seitenwand ist nicht gezeigt, damit ein Innenraum 10 des Flüssigkeitsbehälters 1 ersichtlich ist. Weiterhin hat der Flüssigkeitsbehälter 1 ein Dach, das zwei zueinander spiegelsymmetrische Dachabschnitte 14 aufweist. Zwischen den beiden Dachabschnitten 14 ist erfindungsgemäß ein Gassammelbereich 16 vorgesehen, der einen maximalen Abstand zum Boden 2 aufweist. Damit ist der Gassammelbereich 16 der höchste oder oberste Bereich des Innenraums 10 des Flüssigkeitsbehälters 1, wenn der erfindungsgemäße Hochvolt-Flüssigkeitsheizer in der in 1 gezeigten Normallage eingebaut wird, bei der sich der Boden 2 horizontal erstreckt.
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Unterhalb des Gassammelbereiches 16 oder bei besonders starker Gaserzeugung auch im Gassammelbereich 16 ist eine Mündung 18 eines Ablaufrohres 20 angeordnet. Das Ablaufrohr 20 hat einen im wesentlichen senkrechten Abschnitt 22, an dem die Mündung 18 angeordnet ist, und einen dazu etwa um 90° abgewinkelten Abschnitt 24, der sich aus dem Innenraum 10 durch die erste Seitenwand 4 hindurch in einen äußeren Bereich des Flüssigkeitsbehälters 1 erstreckt. Damit bildet die an dem Abschnitt 22 vorgesehene Mündung 18 eine Ablauföffnung 25 des ersten Ausführungsbeispiels.
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In der zweiten Seitenwand 6, die der ersten Seitenwand 4 gegenüber liegt, ist ein Zulaufrohr 26 eingesetzt, das mit dem Abschnitt 24 des Ablaufrohres 20 fluchtet. Das Zulaufrohr 26 erstreckt sich nicht bis in den Innenraum 10, sondern bildet an der Innenseite der zweiten Seitenwand 6 eine (in 1 nicht gezeigte) Zulauföffnung für die zu erwärmende Flüssigkeit.
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Je nach Einbausituation kann sich fahrzeugspezifisch auch eine andere Lage der Bauteile 24 und 26 als sinnvoll erweisen. So kann beispielsweise der Winkel zwischen dem senkrechten Abschnitt 22 und dem abgewinkelten Abschnitt 24 größer oder kleiner als 90 Grad sein. Weiterhin muss das Zulaufrohr 26 nicht mit dem Abschnitt 24 des Ablaufrohres 20 fluchen. Fallweise ist damit möglich, die Lage von Zu- und Ablauf an den Seitenwänden 4, 6 bzw. dem Boden 2 variabel - z.B. auch schräg - zu positionieren.
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Zur Erwärmung der Flüssigkeit im Innenraum 10 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei baugleiche Rohrheizkörper 28 vorgesehen, die jeweils einen spiralförmigen Abschnitt 30 und zwei Endabschnitte 32 aufweisen. Die beiden Endabschnitte 32 erstrecken sich etwa in senkrechter Richtung durch das Dach des Flüssigkeitsbehälters 1 hindurch. Genauer gesagt ist unter jedem Dachabschnitt 14 ein spiralförmiger Abschnitt 30 angeordnet, und die beiden zugehörigen Endabschnitte 32 erstrecken sich etwa senkrecht durch den jeweiligen geneigten Dachabschnitt 14.
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An der Außenseite eines der Dachabschnitte 14 oder beider Dachabschnitte 14 kann eine (in 1 nicht gezeigte) Elektronik oder Leiterplatte Wärme leitend angesetzt sein und mit den beiden an den Endabschnitten 32 jedes Rohrheizkörpers 28 gebildeten Kontakten elektrisch verbunden sein.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizers. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Flüssigkeitsbehälter 101 asymmetrisch. Die ablaufseitige erste Seitenwand 104 ist höher, als die zulaufseitige zweite Seitenwand 6. Das Dach ist von einem ebenen durchgehenden Dachabschnitt 114 gebildet, so dass bi diesem Ausführungsbeispiel eine (nicht gezeigte) Leiterplatte an dem gesamten Dach anliegen kann.
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Der oberste bzw. höchste Bereich des Innenraums 10, der den Gassammelbereich 116 definiert, ist zwischen dem Dachabschnitt 114 und einer Zwischenwand 117 angeordnet, die im Parallelabstand zur ersten Seitenwand 104 angeordnet ist. Die Zwischenwand 117 erstreckt sich dabei vom Boden 2 bis zum Dachabschnitt 114, wobei im oberen Endabschnitt der Zwischenwand 117 eine Ablauföffnung 125 in Form einer Durchgangsausnehmung 118 vorgesehen ist. Durch den Parallelabstand zwischen der Innenwand 117 und der ersten Seitenwand 104 ergibt sich ein Kanal 122.
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Im Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizers sammelt sich eventuell auftretendes Gas im Gassammelbereich 116, der einerseits durch den Dachabschnitt 114 und andererseits durch den oberen Endabschnitt der Zwischenwand 117 begrenzt ist. Von dort strömt das Gas zusammen mit der erwärmten Flüssigkeit durch die Durchgangsausnehmung 118 und nach unten durch den Kanal 122 und durch das Ablaufrohr 120.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochvolt-Flüssigkeitsheizers, wobei der wesentliche Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 in der Gestaltung der Ablauföffnung 225 zu sehen ist. Gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Zwischenwand 217 verkürzt, so dass sie keinen Kontakt zum Dachabschnitt 114 hat. Damit ist die Ablauföffnung 225 zwischen einem oberen Rand der Zwischenwand 217 und dem Dachabschnitt 114 gebildet.
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Analog zum ersten Ausführungsbeispiel kann beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel die Lage des Zulaufrohres 26 und des Ablaufrohres 120 variieren.
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Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Gassammelbereich 16; 116 derart gestaltet, dass er auch bei einer beispielsweise bis zu 25° in beide Richtungen geneigten Einbaulage des Flüssigkeitsbehälters 1; 101 am oberste bzw. höchste Bereich des Innenraumes bleibt. Somit würde auch unter diese Bedingungen eventuell gebildetes Gas sich dort sammeln und über die Ablauföffnung 25; 125; 225 mit abgezogen werden.
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Offenbart ist ein Hochvolt-Flüssigkeitsheizer mit einem von der Flüssigkeit durchströmten Behälter, in dessen Innern ein Bereich ausgebildet ist, der vorzugsweise auch bei leicht geneigter Einbau- oder Betriebsposition stets die höchste Stelle im gesamten Innern des Behälters darstellt. Damit wird Gas, das sich bei der Erwärmung eventuell bildet oder eingesaugt wird, sich stets in diesem Bereich ansammeln. An oder in dem Bereich ist eine Ablauföffnung für die Flüssigkeit derart angeordnet, dass das Gas stets mit der abströmenden Flüssigkeit abgeführt wird und sich nicht im Innern des Behälters ansammeln kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flüssigkeitsbehälter
- 2
- Boden
- 4
- erste Seitenwand
- 6
- zweite Seitenwand
- 8
- dritte Seitenwand
- 10
- Innenraum
- 14
- Dachabschnitt
- 16
- Gassammelbereich
- 18
- Mündung
- 20
- Ablaufrohr
- 22
- Abschnitt
- 24
- Abschnitt
- 25
- Ablauföffnung
- 26
- Zulaufrohr
- 28
- Rohrheizkörper
- 30
- spiralförmiger Abschnitt
- 32
- Endabschnitt
- 101
- Flüssigkeitsbehälter
- 104
- erste Seitenwand
- 114
- Dachabschnitt
- 116
- Gassammelbereich
- 117
- Zwischenwand
- 118
- Durchgangsausnehmung
- 120
- Ablaufrohr
- 122
- Kanal
- 125
- Ablauföffnung
- 217
- Zwischenwand
- 225
- Ablauföffnung
