DE102019132614B4 - Heat transfer device with spray device for a motor vehicle and motor vehicle with such a heat transfer device - Google Patents
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Abstract
Wärmeübertragungseinrichtung (14) für ein Kraftfahrzeug (10) zur Kühlung eines Antriebsaggregates (12) des Kraftfahrzeugs (10) mit wenigstens einem von Umgebungsluft (UL) durchströmten Wärmeübertragungselement (16),wenigstens einer an der Wärmeübertragungseinrichtung (14) oder dem Kraftfahrzeug (10) angebrachten Sprüheinrichtung (20) zum Besprühen des Wärmeübertragungselements (16) mit einer zu verdunstenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser,wobei die Sprüheinrichtung (20) relativ zum Wärmeübertragungselement (16) beweglich ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinrichtung mit einer Steuereinheit (28) des Fahrzeugs (10) in Verbindung steht, wobei die Steuereinheit (28) dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Sprüheinrichtung (20) zu steuern bzw. zu regeln, derart dass die Sprüheinrichtung (20) in ihrer relativen Bewegung zum Wärmeübertragungselement (16) in Abhängigkeit von einem die Fahrdynamik des Fahrzeugs (10) repräsentierenden Parameter eingestellt wird.Heat transfer device (14) for a motor vehicle (10) for cooling a drive unit (12) of the motor vehicle (10), with at least one heat transfer element (16) through which ambient air (UL) flows,at least one spray device (20) attached to the heat transfer device (14) or the motor vehicle (10) for spraying the heat transfer element (16) with a liquid to be evaporated, in particular water,wherein the spray device (20) is movable relative to the heat transfer element (16),characterized in that the heat transfer device is connected to a control unit (28) of the vehicle (10),wherein the control unit (28) is designed to control or regulate the movement of the spray device (20) such that the spray device (20) is adjusted in its movement relative to the heat transfer element (16) depending on a parameter representing the driving dynamics of the vehicle (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Kühlung eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem von Umgebungsluft durchströmten Wärmeübertragungselement, und mit wenigstens einer Sprüheinrichtung zum Besprühen des Wärmeübertragungselements mit einer zu verdunstenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser.The invention relates to a heat transfer device for a motor vehicle for cooling a drive unit of the motor vehicle with at least one heat transfer element through which ambient air flows, and with at least one spray device for spraying the heat transfer element with a liquid to be evaporated, in particular water.
Beispiele für derartige Wärmeübertragungseinrichtungen finden sich beispielsweise in der
Aus der
Die
Bei einer Wärmeübertragungseinrichtung ist die maximal erreichbare Kühlleistung im Wesentlichen vorgegeben durch die Eintrittstemperatur des Kühlmittels (abhängig von der maximalen Temperatur des zu kühlenden Antriebsaggregats) und der Temperatur der Umgebungsluft, die das Wärmeübertragungselement durchströmt bzw. umströmt. Aufgrund des verfügbaren Bauraums in einem Kraftfahrzeug ist die Bautiefe bzw. die einem Umgebungsluft ausgesetzte Strömungsfläche bzw. Stirnfläche begrenzt, so dass für eine verbesserte Kühlleistung das aus dem Stand der Technik bekannte Aufbringen von Wasser in Betracht gezogen wird. Dabei ist es für eine optimale Kühlleistung von Vorteil, wenn das aufgebrachte Wasser möglichst vollständig verdunstet.In a heat transfer device, the maximum achievable cooling performance is essentially determined by the inlet temperature of the coolant (depending on the maximum temperature of the drive unit to be cooled) and the temperature of the ambient air that flows through or around the heat transfer element. Due to the available installation space in a motor vehicle, the installation depth or the flow area or front surface exposed to ambient air is limited, so that the application of water, as known from the prior art, is considered for improved cooling performance. For optimal cooling performance, it is advantageous if the water applied evaporates as completely as possible.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Wärmeübertragungseinrichtung anzugeben, die im Hinblick auf die Kühlleistung verbessert ist.The object underlying the invention is to provide a heat transfer device which is improved with regard to cooling performance.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wärmeübertragungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a heat transfer device having the features of the independent patent claims and by a motor vehicle having the features of
Vorgeschlagen wird also eine Wärmeübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Kühlung eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem von Umgebungsluft durchströmten Wärmeübertragungselement, und mit wenigstens einer Sprüheinrichtung zum Besprühen des Wärmeübertragungselements mit einer zu verdunstenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Dabei ist vorgesehen, dass die Sprüheinrichtung relativ zum Wärmeübertragungselement beweglich ist.A heat transfer device for a motor vehicle is therefore proposed for cooling a drive unit of the motor vehicle, with at least one heat transfer element through which ambient air flows, and with at least one spray device for spraying the heat transfer element with a liquid to be evaporated, in particular water. It is provided that the spray device is movable relative to the heat transfer element.
Durch eine relative Beweglichkeit der Sprüheinrichtung kann das Besprühen des Wärmeübertragungselements variabel eingestellt werden, um die Kühlleistung zu optimieren.Due to the relative mobility of the spray device, the spraying of the heat transfer element can be variably adjusted in order to optimize the cooling performance.
Dabei kann die Sprüheinrichtung bezogen auf das Wärmeübertragungselement an einer festen Position angebracht und an dieser Position relativ zum Wärmeübertragungselement beweglich sein. Mit anderen Worten kann die Sprüheinrichtung relativ zum Wärmeübertragungselement verschwenkt werden, beispielsweise zu dem Wärmeübertragungselement hin bzw. weg oder/und entlang der Strömungsfläche des Wärmeübertragungselements, so dass verschiedene Bereiche bzw. Zonen des Wärmeübertragungselements gezielt besprüht werden können.The spray device can be attached to a fixed position relative to the heat transfer element and can be movable relative to the heat transfer element at this position. In other words, the spray device can be pivoted relative to the heat transfer element, for example towards or away from the heat transfer element and/or along the flow surface of the heat transfer element, so that different areas or zones of the heat transfer element can be sprayed in a targeted manner.
Die Sprüheinrichtung kann auch entlang eines Randes oder/und entlang einer Fläche des Wärmeübertragungselements beweglich sein. Hierdurch ist es möglich die Sprüheinrichtung gezielt dahin zu bewegen, wo das Besprühen des Wärmeübertragungselements mit der Flüssigkeit am effizientesten wirkt, um die Kühlleistung zu optimieren.The spray device can also be movable along an edge and/or along a surface of the heat transfer element. This makes it possible to move the spray device specifically to where spraying the heat transfer element with the liquid is most effective in order to optimize the cooling performance.
Die Sprüheinrichtung kann zwischen einer Ruhestellung und einer Sprühstellung beweglich sein, wobei sie in der Ruhestellung außerhalb des Wärmeübertragungselements angeordnet ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Sprüheinrichtung in der Ruhestellung das Durchströmen von Umgebungsluft behindert bzw. die Strömung bei nicht besprühtem Wärmeübertragungselement ungünstig beeinflusst, etwa durch an der Sprüheinrichtung entstehende Verwirbelungen.The spray device can be movable between a rest position and a spray position, whereby in the rest position it is arranged outside the heat transfer element. This prevents the spray device in the rest position from hindering the flow of ambient air or from adversely affecting the flow when the heat transfer element is not sprayed, for example due to turbulences occurring at the spray device.
Die Sprüheinrichtung kann dazu eingerichtet sein, während eines Sprühvorgangs bewegt zu werden. Hierdurch können unterschiedliche Bereiche des Wärmeübertragungselements mit der gleichen Sprüheinrichtung gezielt besprüht werden.The spray device can be designed to be moved during a spraying process. This allows different areas of the heat transfer element to be sprayed in a targeted manner using the same spray device.
Die Sprüheinrichtung kann derart angeordnet sein, dass das Besprühen zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung von Umgebungsluft erfolgt, die das Wärmeübertragungselement durchströmt. Hierdurch wird in den Luftstrom eingesprühte Flüssigkeit in Richtung des Wärmeübertragungselements mitgerissen und dabei auch verteilt.The spraying device can be arranged in such a way that the spraying takes place at least partially against the flow direction of the ambient air that flows through the heat transfer element. As a result, the air sprayed into the air flow Liquid is carried towards the heat transfer element and thereby distributed.
Erfindungsgemäß steht die Wärmeübertragungseinrichtung mit einer Steuereinheit des Fahrzeugs in Verbindung, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Bewegung der Sprüheinrichtung zu steuern bzw. zu regeln. According to the invention, the heat transfer device is connected to a control unit of the vehicle, wherein the control unit is designed to control or regulate the movement of the spray device.
Dabei ist die Steuereinheit erfindungsgemäß dazu eingerichtet, die Sprüheinrichtung in ihrer relativen Bewegung zum Wärmeübertragungselement in Abhängigkeit von einem die Fahrdynamik des Fahrzeug repräsentierenden Parameters, insbesondere der Fahrgeschwindigkeit oder/und des Kühlmittelstroms im Wärmeübertragungselement oder/und der Vorlauftemperatur im Kühlmittelkreislauf, einzustellen. Hierdurch kann das Besprühen insbesondere dann eingesetzt werden, wenn aufgrund von erfassten Parametern eine erhöhte Kühlleistung erforderlich ist.According to the invention, the control unit is designed to adjust the spray device in its relative movement to the heat transfer element depending on a parameter representing the driving dynamics of the vehicle, in particular the driving speed and/or the coolant flow in the heat transfer element and/or the flow temperature in the coolant circuit. This means that spraying can be used in particular when an increased cooling capacity is required due to recorded parameters.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, das Besprühen mittels der Sprüheinrichtung zu regeln, insbesondere deart dass ein erneutes Besprühen gleicher Bereiche des Wärmeübertragungselements erst dann erfolgt, wenn die zuvor aufgesprühte Flüssigkeit im Wesentlichen verdunstet ist. Dies kann beispielsweise durch die Steuerung bzw. Regelung der Bewegung der Sprüheinrichtung oder/und durch das Aktivieren bzw. Deaktivieren der Sprüheinrichtung erfolgen.The control unit can be set up to regulate the spraying by means of the spray device, in particular in such a way that the same areas of the heat transfer element are only sprayed again when the previously sprayed liquid has essentially evaporated. This can be done, for example, by controlling or regulating the movement of the spray device and/or by activating or deactivating the spray device.
Die Wärmeübertragungseinrichtung kann zwei in Strömungsrichtung der Umgebungsluft nacheinander angeordnete Wärmeübertragungselemente aufweisen, insbesondere einen Kondensator einer Kälteanlage für die Klimatisierung und einen Kühler des Antriebsaggregats, wobei die Sprüheinrichtung in einem Zwischenraum zwischen den beiden Wärmeübertragungselement angeordnet ist.The heat transfer device can have two heat transfer elements arranged one after the other in the flow direction of the ambient air, in particular a condenser of a refrigeration system for air conditioning and a cooler of the drive unit, wherein the spray device is arranged in an intermediate space between the two heat transfer elements.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Wärmeübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Kühlung eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs vorgeschlagen mit wenigstens einem von Umgebungsluft durchströmten Wärmeübertragungselement, und mit wenigstens einer Sprüheinrichtung zum Besprühen des Wärmeübertragungselements mit einer zu verdunstenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Dabei ist vorgesehen, dass sie mit einer Steuereinheit des Fahrzeugs in Verbindung steht, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Besprühen des Wärmeübertragungselements in Abhängigkeit von einem die Fahrdynamik des Fahrzeug repräsentierenden Parameters, insbesondere der Fahrgeschwindigkeit oder/und des Kühlmittelstroms im Wärmeübertragungselement oder/und der Vorlauftemperatur im Kühlmittelkreislauf, zu steuern bzw. zu regeln.According to a further aspect, a heat transfer device for a motor vehicle for cooling a drive unit of the motor vehicle is proposed, with at least one heat transfer element through which ambient air flows, and with at least one spray device for spraying the heat transfer element with a liquid to be evaporated, in particular water. It is provided that it is connected to a control unit of the vehicle, wherein the control unit is set up to control or regulate the spraying of the heat transfer element depending on a parameter representing the driving dynamics of the vehicle, in particular the driving speed and/or the coolant flow in the heat transfer element and/or the flow temperature in the coolant circuit.
Eine solche Sprüheinrichtung kann auch feststehend bzw. unbeweglich an der Wärmeübertragungseinrichtung vorgesehen sein.Such a spray device can also be provided in a fixed or immovable manner on the heat transfer device.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Wärmeübertragungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Kühlung eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs vorgeschlagen mit wenigstens einem von Umgebungsluft durchströmten Wärmeübertragungselement, wobei das Wärmeübertragungselement einen die Kühlleitungen aufweisenden Wärmeübertrager und ein in Strömungsrichtung der Umgebungsluft vor dem Wärmeübertrager angeordnetes Wärmeübertragungsnetz aufweist, und mit wenigstens einer Sprüheinrichtung zum Besprühen des Wärmeübertragungselements mit einer zu verdunstenden Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Dabei ist vorgesehen, dass die Sprüheinrichtung in oder an dem Wärmeübertragungsnetz angeordnet ist.According to a further aspect, a heat transfer device for a motor vehicle for cooling a drive unit of the motor vehicle is proposed, with at least one heat transfer element through which ambient air flows, wherein the heat transfer element has a heat exchanger having the cooling lines and a heat transfer network arranged in front of the heat exchanger in the flow direction of the ambient air, and with at least one spray device for spraying the heat transfer element with a liquid to be evaporated, in particular water. It is provided that the spray device is arranged in or on the heat transfer network.
Bei einer solchen Wärmeübertragungseinrichtung kann die Sprüheinrichtung derart an dem Wärmeübertragungsnetz angeordnet sein, dass das Besprühen zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung von Umgebungsluft erfolgt, die den Wärmeübertrager durchströmt.In such a heat transfer device, the spray device can be arranged on the heat transfer network in such a way that the spraying takes place at least partially against the flow direction of ambient air flowing through the heat exchanger.
Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebene Ausgestaltung der Wärmeübertragungseinrichtung mit beweglicher Sprüheinrichtung samt der optionalen Ausführungen auch mit den Wärmeübertragungseinrichtung gemäß den weiteren Aspekten in beliebiger Art kombiniert werden können.It is pointed out that the above-described design of the heat transfer device with movable spray device together with the optional designs can also be combined with the heat transfer device according to the other aspects in any way.
Ein Kraftfahrzeug kann mit einer Wärmeübertragungseinrichtung gemäß wenigstens einem der oben beschrieben Aspekte ausgestattet sein.A motor vehicle can be equipped with a heat transfer device according to at least one of the aspects described above.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
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1 eine stark vereinfachte und schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Wärmeübertragungseinrichtung; -
2 eine Ausführungsform einer Wärmeübertragungseinrichtung mit Sprüheinrichtung; -
3 eine Ausführungsform einer Wärmeübertragungseinrichtung mit Sprüheinrichtung; -
4 eine Ausführungsform einer Wärmeübertragungseinrichtung mit Sprüheinrichtung; -
5 eine Ausführungsform einer Wärmeübertragungseinrichtung mit Sprüheinrichtung; -
6 eine Ausführungsform einer Wärmeübertragungseinrichtung mit Sprüheinrichtung.
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1 a highly simplified and schematic representation of a motor vehicle with heat transfer device; -
2 an embodiment of a heat transfer device with spray device; -
3 an embodiment of a heat transfer device with spray device; -
4 an embodiment of a heat transfer device with spray device; -
5 an embodiment of a heat transfer device with spray device; -
6 an embodiment of a heat transfer device with spray device.
In
Es wird darauf hingewiesen, dass die Wärmeübertragungseinrichtung 14 im Rahmen dieser Anmeldung nicht auf das in
Bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung VR des Kraftfahrzeugs 10 wird eine Strömungsrichtung von Umgebungsluft UL vereinfacht als im Wesentlichen entgegengesetzt angenommen.With respect to a forward travel direction VR of the motor vehicle 10, a flow direction of ambient air UL is simplified and assumed to be essentially opposite.
Die Sprüheinrichtung 20 kann bezogen auf das Wärmeübertragungselement 16 an einer festen Position angebracht sein, wobei sie an dieser Position relativ zum Wärmeübertragungselement 16 beweglich ist. Beispielhaft ist dies durch die Sprüheinrichtung 20 illustriert, die in der oberen linken Ecke des Wärmeübertragungselements 16 dargestellt ist. Diese Sprüheinrichtung kann beispielsweise um 90° entlang einer von Umgebungsluft UL beaufschlagten Strömungsfläche 22 des Wärmeübertragungselements 16 bewegt bzw. verschwenkt werden, was durch den Doppelpfeil P1 illustriert ist. Mit anderen Worten wird die Sprüheinrichtung 20 im Wesentlichen parallel zur Strömungsfläche 22 bewegt.The
Alternativ oder ergänzend kann die Sprüheinrichtung 20 auch von der Strömungsfläche 22 weg oder zu dieser hin bewegt werden. Beispielsweise kann die Sprüheinrichtung 20 aus einer im Wesentlichen parallelen Anordnung zur Strömungsfläche 22 geneigt werden, so dass sie beispielsweise stärker in Richtung der anströmenden Umgebungsluft weist. Dies ist vereinfacht durch die Sprüheinrichtung in der rechten oberen Ecke des Wärmeübertragungselements 16 und den Pfeil P2 illustriert.Alternatively or additionally, the
Wie sich aus den obigen Beispielen verallgemeinert ergibt, kann die Sprüheinrichtung 20 also entlang eines Randes 26 oder/und entlang einer Fläche 22 des Wärmeübertragungselements 16 bewegt werden. Ebenso illustrieren die obigen Beispiele das allgemeine Konzept, wonach die Sprüheinrichtung 20 dazu eingerichtet ist, während eines Sprühvorgangs bewegt zu werden.As can be seen from the above examples in general, the
Für die oben beschriebenen Beispiele ist es möglich, dass die Sprüheinrichtung zwischen einer Ruhestellung und einer Sprühstellung beweglich ist, wobei sie in der Ruhestellung außerhalb des Wärmeübertragungselements 16 angeordnet ist.For the examples described above, it is possible for the spray device to be movable between a rest position and a spray position, wherein in the rest position it is arranged outside the
Die Sprüheinrichtung 20 kann insbesondere durch eine entsprechende Bewegung derart angeordnet sein, dass das Besprühen zumindest teilweise entgegen der Strömungsrichtung UL von Umgebungsluft erfolgt, die das Wärmeübertragungselement 16 durchströmt. Beispielhaft wird dies durch eine Sprüheinrichtung 20 erreicht, wie sie in
Die Wärmeübertragungseinrichtung 14 kann mit einer Steuereinheit 28 des Fahrzeugs 10 (
Die Steuereinheit 28 kann auch dazu eingerichtet sein, die Sprüheinrichtung 20 in ihrer relativen Bewegung zum Wärmeübertragungselement 16 in Abhängigkeit von einem die Fahrdynamik des Fahrzeugs 10 repräsentierenden Parameters, insbesondere der Fahrgeschwindigkeit oder/und des Kühlmittelstroms im Wärmeübertragungselement 16 oder/und der Vorlauftemperatur im Kühlmittelkreislauf, einzustellen. Ferner kann die Steuereinheit 28 dazu eingerichtet sein, das Besprühen mittels der Sprüheinrichtung 20 derart zu regeln, dass ein erneutes Besprühen gleicher Bereiche des Wärmeübertragungselements 16 erst dann erfolgt, wenn die zuvor aufgesprühte Flüssigkeit im Wesentlichen verdunstet ist. Mit anderen Worten kann das Besprühen des Wärmeübertragungselemente 16 intermittierend erfolgen.The control unit 28 can also be set up to adjust the
Durch entsprechende Anordnung bzw. Bewegung kann der Winkel des Besprühstrahls quer zur Luftströmung UL variiert werden in Abhängigkeit der Luftgeschwindigkeit bzw. der Fahrgeschwindigkeit. Durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung können nur die Teile bzw. Bereiche des Wärmeübertragungselements 16 besprüht werden, die wärmer sind als der andere Teil bzw. Bereich des Wärmeübertragungselements 16. Insbesondere kann der zu besprühende Teil bzw. Bereich ein bezogen auf den Kühlmittelfluss eingangsseitiger Bereich des Wärmeübertragungselements 16 sein, an dem das warme bzw. heiße Kühlmittel in das Wärmeübertragungselement 16 eintritt.By means of appropriate arrangement or movement, the angle of the spray jet can be varied transversely to the air flow UL depending on the air speed or the driving speed. By means of appropriate control or regulation, only the parts or areas of the
Wie bereits oben erwähnt kann die Besprühung intermittierend erfolgen, wobei das Wärmeübertragungselement 16 bereichsweise mit einer bestimmten Wassermenge besprüht wird. Dem aufgesprühten Wasser wird Zeit zur Verdunstung gegeben und erst nach teilweiser oder vollständiger Verdunstung erfolgt eine erneute Besprühung. Dies kann insbesondere durch ein rotierendes System (
Mittels der Steuereinrichtung 28 kann auch eine Variation der Wassermenge bzw. der Sprühstrahl-Stärke aus der Sprüheinrichtung 20 einstellbar sein, beispielsweise durch Veränderung der Düsenöffnung oder/und Veränderung des Wasserdrucks oder/und im Fall des intermittierenden Betriebs durch die Frequenz der Besprühung oder/und bei rotierendem System durch die Rotationsgeschwindigkeit.By means of the control device 28, a variation of the water quantity or the spray jet strength from the
Die Wärmeübertragungseinrichtung 14 kann, wie dies bereits oben erwähnt worden ist, zwei in Strömungsrichtung UL der Umgebungsluft nacheinander angeordnete Wärmeübertragungselemente 16 aufweisen, insbesondere einen Kondensator einer Kälteanlage für die Klimatisierung und einen Kühler 16 des Antriebsaggregats 12, wobei die Sprüheinrichtung 20 in einem Zwischenraum zwischen den beiden Wärmeübertragungselementen angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich beide Wärmeübertragungselemente mittels der gleichen beweglichen Sprüheinrichtung bedarfsweise zu besprühen.As already mentioned above, the
Bezüglich der Bewegung der Sprüheinrichtung 20 relativ zum Wärmeübertragungselement sind beispielsweise folgender Ausgestaltungen möglich. Die Sprüheinrichtung(en) 20 schwenken um ihre Befestigungsposition im Fall der Positionierung in einer der Ecken des Wärmeübertragungselements 16 um bis zu 90° (
Die Sprüheinrichtung 20 kann einen oder mehrere Fluid bzw. Wasseraustritte aufweisen, die in geeigneter Weise und unter Berücksichtigung der Beweglichkeit der Sprüheinrichtung 20 zueinander angeordnet sein können.The
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