DE1451221A1 - Rohrwaermeaustauscher mit Nadeln oder Kurzrippen in Laengsrichtung der Rohre - Google Patents

Rohrwaermeaustauscher mit Nadeln oder Kurzrippen in Laengsrichtung der Rohre

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DE1451221A1 DE19641451221 DE1451221A DE1451221A1 DE 1451221 A1 DE1451221 A1 DE 1451221A1 DE 19641451221 DE19641451221 DE 19641451221 DE 1451221 A DE1451221 A DE 1451221A DE 1451221 A1 DE1451221 A1 DE 1451221A1
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Description

Beielohnungi Bonrwärmsaustausohsr alt lad·In oder
1.1 Insbesondere für dl· Terwendung la chemischen Yerfahrensanlagen uad Bei Bafflaaviea flad Rohrbündel- Wärmeaustauscher ait Kraus-t Gegen- oder &leiohstrom«Prin*ip alt und ohne UmIβnk- uad Trennblcehen bekannt, da Bohrbündel baatanaa dabei aatvada* au· gamdaa Bohren svieohtn swai Hohrbödtn oder au« U-föraig gabogaaea Rohren, weIohe la eine» Rohrboden enden. Dia llasalroara dar Rohrbündel tlad alt eehr geringe« lichten Abstand» ea» 3 - 15 aa» voneinander angeordnet. Bai diesem färmeaustaueohertyp iet dia innere Wärmeübergangifllohe etwa glaioh dar MuBaraa· AuSen werden diaaa Rohrbündel Xm allgemeinen τοη einem Medium alt dar gariagaraa Wärmeübergang· mahl (Luft, öl· und dergl.) bei aaitt geringen Strömungagaiohwladlgkaltaa beauf■thlagt. DIa WMrmedurohgangawerte dieeet färmeauttausohertypi aiad TerhältnismÄBig niedrig. DIa Rohrbündel erfordern alaaa erheblichen Blaaati tob teueren, hoehwertigen Rohren. Zur Brhöhung da· Wärmeübergänge· werden Trennbleehe aiagaeatst. Hierduroh werden Jedoeh dia aiatalaaa Bohre «ehr untereohiedlieh beaufschlagt, und ea entstehen Strtaungssohatten. ?erner let dieser Austausoher· typ duroh einen hohen Druokabfall gekennielohnet. Wegen dar geringen Imraedurehgangewerte und dar etwa gleioh grölen inneren uad luieren Heiifllohe let dia Beeinträchtigung da* Wärmeduraagange· durah Tereehmuteung relatiy niedrig.
1.2 1· «lad auoh tarmaau·tauscher ähnlieher Konstruktion,
wie unter 1.1 gessbildert, bekannt, bei denen auf den Bohrern Längerippen aus Bleah aufgebraeht a ladt Bai einigem Au·· führungen «lad dl··· BleaÄ-Xängarippen la gröieren Abständem unterteilt. Öle·· «rmaaustauaeaertTpan werden im allgaaeinea laags dar Bohre durahatrOat. 1· herrsenem «1·· eimdeutlga ItreemagsTerniatnls·· bei gerlmgaa Bruakabfällem. Baaagaa auf dl« äuiera Obarfläame «lad dl· fHraedurcffwerta Jadeali sehr niedrig. Dieter Typ 1st gegen äufere Yerseluwtsuaf
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• 1 -
relativ unempfindlich. Da· Bauvolumen und der Materialeinsatt sowie auch die Herstellungskosten weichen nicht wesentlich von dem Typ unter 1.1 ab.
U51221 ·
1*3 Bi· Anordnung von strömungegünstigen Kursrippen in Drallanordnung auf ebenen Pläohen oder auf Rohren bei Queranströmung ist gleichfalle bekannt (eiehe auoh Patentanmeldung & 18 516 Ia/17f vom gleichen Anmelder)·
2. Segen»tand der Erfindung»
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, welcher zur Erwärmung oder Kühlung von Flüssigkeiten und Oasen, insbesondere von zähflüssigen ölen, dient» bei welchem die Strömung des zu beheizenden Medium· im wesentlichen in Richtung und außerhalb der das Heia- oder Kühlmittel führenden Rohre erfolgt. Zum gegenstand der Erfindung gehört» daß auf den Rohren flache Nadeln oder Kurarippen angebracht sind» welch· sowohl die äußere Heiafläche al« auoh den spezifischen Wärmeübergang vergrößern. Di· Kurzrippen sind gegenüber der mittleren Strömungsriohtung geneigt angeordnet, so daß sie dem zu beheizenden Medium «in· überlagert· Ablenkung und Strömungsriohtung verleihen* Dabei sind die Rippen auf den benachbarten Rohren derart angeordnet» dafl si· sternförmig in den freien Raum hineinragen» so daß mit zunehmendem Abstand von den Rohren die "Rippendiohte" größer wird. Weiterhin ist die überlagert· Ablenkung durch die Rippen so gestaltet» daf sich innerhalb eines Sternes eine Drallströmung des Mediums ergibt. Der Mittelpunkt dieser Drallströmung ist nicht das Rohr, sondern der rohrfern· Sternmittelpunkt* Die Rohroberflächen werden von dieeer Strömung nur tangiert, co Die Rippen werden hierbei zweokmäßigerwei·« in Achsrichtung co der Rohr« hintereinander angeordnet* Ferner erhalten dl· Rippen bzw. IadeIn aweokmäßigerweise strOmungsgünstlg· Querschnitt·,
ο
-* Der Torteil der vorstehenden Anordnung besteht darin» daß . auoh bei kleinen Geschwindigkeiten und geringem Druckabfall sehr höh« Wärmeübergänge erzielt werden· Durch die spezifisch· Dralletrömung wird einmal «in gestaffelt·· Anströmen der in Strömungerichtuag kursen* Rippen, ein ständig neues Anetrömeji,
(z.B. weniger als loo mm» vorzugsweise weniger als 5o mm» tilhft 5 2 )
g »
vorteilhaft 5 - 2o mm)
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der Rohroberfläohen und tint gleiehaäÄige 2«aperaturrertellung fiber den gesamten Strömungsquersohnitt erreicht« Dl·· letatere geschieht durch dl· alt den Teaperaturabfall In d«n Rippca sunekmende Rippendlohte. Abnehmend· Temperaturdifferen* wird durch sunehmende Flaohc ausgeglichen, bo daft jedem Querschnitt •la· gleieh groflc Wärmemenge angeführt wird. SI··· ·ρ»»1ί1··1ι· Drallripptnmnordauae alt den ««kr hohen ffära«ttb«rgäiig«a wird alt b«soad«r«i Torteil dort angewendet, wo ·· iloh ua Medien alt βehr eehleohten Wärmeabergangewerten handelt, wie s.B. öl oad (ta··, wobei auf der Innenweite der Rohr« eehr höh· t1lra«fib«rgäng· herrschen eollten (ι·Β· kondeneierender Daapf). Bei der verwendung tob Plüseigkeiten auf der Rohrinneneeite eapflehlt ee sioh, Mittel anzuwenden, die den Wiraeübergang erhöhen (x.B. höh· ieeehwindigkeiten, Innenrippen, Wirbelkörper, Terdrängungekörper und dergl.).
SIb naeh roretehenden aeeiohtepunkten gebauter Wäraeauetaueeher wird βοwohl la seinen Abaeisungen al· auch In seinen öewiohten (und aueh Koetaa) wee entlieh günstiger al· dl· unter 1.1 und 1.2 genannten bekannten Ausführungen (Reduiierung etwa auf die Hälft·)· Bei dea relatir gerlagea Materialeinaata und bei stark rerkleinerten Oberfllehen let ·· aöglioh, einen hoohwertigen OberflÄoheneohuti bsw· korrosionsbeständigee Material einsusetien, wodureh auoh dl· Versehautiungsneigung la einea gewissen drad« rerhindert wird. Ferner let es aöglieh, auoh Material alt hohea tlraeleltreraögea einausetien. Sie welter· Besohreibung erfolgt anhand der beigefügten Figuren.
Di· typlsehe Rohraaordnung bei Wäraeauetauschern ist die Dreieeksanordnung. Ba 1st aber aueh dl« Quadratanordnung Möglieh. Die f tmxx 1 xeigt den Querschnitt durch eine Dreleokeanordnung der Rohre 1. Auf dea Umfang der elnaelnen Bohre 1 befinden sieh eeohe Rippenreihen 2t welohe alt den Rippen der benachbarten Rohre seohs Drallsterne ergeben. Di· FJjntr Z xelgt die Abwicklung des Umfange» von einea Sechs-Rippen-Rohr. Die benachbarten Rippenreihen 2 haben entgegengeectste Anstellwinkel 6,
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1451221 Rohrwärasaustaueeher · it t 3 stlgt dl· Drauflieht «in·* Rippenreihe auf einem
Bohr. Bitroh den Anstellwinkel 6 der Hippen 2 wird dl· Strömung d·· Mediume in dl« Riohtung 3 abgelenkt«
*&· ftf«* ♦ selgt den Querschnitt dttroh tin· Quadratanordnung der Rohr« 1. Bei der Quadrat anordnung sind Yi tr Rippenreihen auf eine« Rohr angeordnet, wobei jede Hippe alt den Rippen der benaohbarten Rohr· einen Drallstem bildet, also sieh
Tier Dralleterne ergeben. Di· yifur 5 scigt» Mhnlioh wie figur 2, dl· Abwicklung eine· Rohr·· alt Tier Rippenreihen.
β se igt la Querschnitt und bei etwa aaftetttbllehcr
Darstellung dl· Dralletrömung In einea Tier-Rippen-Stern. Je elae Rippe 2 der Tier auf den lokpunkten einee Quadrate liegenden Rohre 1 sind auf den geaeinsaaea Sternalttelpunkt 5 la der Mitte des Quadrates gerichtet· Alle Rippen eines Sternes haben, feesogen auf den Sternmittelpunkt, glelehslnalge Anstellwinkel» so dafl das in Achsrichtung der Rohre strOaende Medium einen überlagerten Rechte- oder Linkedrall bekommt. Benachbarte Sterne haben eatgegengesetite Orallrlohtungen· Durch Linien und ff eile elnd die Stroafädea dee Mediume 4a, 4b und 4o dargestellt. Der äuflere langete Stromfaden 4o tangiert beiepieleweiee nacheinander die Tier Rohre· Dieeem Stroafaden let dae gröflte Toluaen bsw. öewioht des su erwärmenden Mediume sugeordnetf während der stromfaden 4a nur relativ kurs let· Zu lha gchOrt bei etwa gleichbleibender HeisflMohe der Rippen ein weeentlioh geringeres Gewicht des su erwärmenden Medium·. Die Heisfläohe pro su erwärmender Oewiohteeinheit wird sum Sternmittelpunkt 5 hin also größer. Auf dleee Weise kann der Temperaturabfall in den Rippen In etwa ausgeglichen werden· In Figur 7 ist als Diagramm die Oberflächentemperatur 19 über der Hippenlänge 12, beginnend roa Kernrohr 1 bis sum Sternaittelpunkt 5, dargestellt. Die Linie 13 stellt das »ugehörige Stroafademrolumen dar. Aue diesem Diagramm IiBt sich entnehmen, daß der femperaturabfall in den Rippen durch da· Abnehmen des Stromfadenvolumene zum Sternmittelpunkt hin in etwa auegeglichen wird·
Figur B zeigt einen etwa maßstäblichen Schnitt durch ein Rohr mit sechs Rippen 2a« Diese Rippen können z.B. -von einem Profilband abgeschnitten und durch Stumpfsohweißung auf das Rohr aufgebracht sein. 5
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1451221 < Rohrwiratanatatttohtr
figur 9 aeigt dlt daaugehörige Draufsicht einer Rippenreihe, wobei dlt Rippen 2m ein etrömungsgünstigee Profil btsitsta aad üb dta Winkel € ftf ta dlt Rohraob.se angestellt sind.
flaur ab stellt dta Schnitt durch tla Rippenrohr dart DtI welchem Hobt und Rippen aua einem Btfitk geaogen sind. OcmaS dtr la figur 9b gtaeigten Drauftloht auf eine Rippenreihe werden dlt ursprüaglloh vorhandenen durchlaufenden Lengrippen dltttr Rippenrohrart duroh Bohlitaen und Abbitgta dtr Schaltt» kanten 2o la Kurarlppta 2b alt Ablenkeffekt verwandelt.
*&· yiaTttf Iff aeigt einen etwa maistäbliohen ßohnitt durch ein Rohr alt gleiohfalls sechs lippen, wobei dit Rippen la Fora tob ü-förmigen Bltohbügeln 2c duroh elektrische Punkt- odtr aahtsohwtieung o.dergl. 7 auf dat Kernrohr 1 aufgebracht alad· figur 11 aeigt dta Schnitt A-B tob »wei Bleohrippenreihen. Dlt Rippen können aowohl aue Einael-Ü-Bügeln alt auoh aua gesohlitaten U-Bändem bestehen. SIt beiden Rippeneohenkel einet U-Bügele haben Jeweils entgegengesetste Anstellwinkel.
figur 1oa aeigt la Schnitt eine Dreiecks- (Seoheeoks-) Anord-Buag tob Rohren 1 alt aufgttthweiBten Kurarlpptn-Bltehbändcrn, wobei la dlttta Beispiel jedem Sternmittelpunkt 5 tob Jedem dtr benachbarten Röhrt 1 Jt »wei Slppta 23» alto insgesamt ecohe Bipptn» la gleicheinniger Drallanordnung sugeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht dlt Unterbringung einer vergröierten Rippenflloht btl tlatr geringen Rippenlänge, womit dtr höhere Temperaturabfall la längeren Rippen vermieden wird· BtI dta Randrohrtn elaet Rohrbü&dcls wird dafür gesorgt, daS swisohen dta 0tnHuatfJaattl 33 und dta Rippenkopf elatt Rippenpaares 23 tla freier Öpalt bleibt, um eine Drallairkulation au ermögliphen. Dies gilt besonders auch für dta (Jrentfall, wenn aloh ein tla-■lgtt Rippenrohr 1 la einem KanteIroar 33 befindet. Swcokmäfligcrwcise werden aa dta Sternmittelpunkten 5 durchgehende tdtr besser la btstimmten Abständen Distanaitüoke (a.B. Rund-, Seohtkant- odtr ttreikantmaterial) elngotctat, dlt alt einem dtr benachbarten Rippenrohre feet verbuadom tlnd. (Z.B. ftatt Anbringumg des Dietanaetüoket laatr aa obtrea aad unteren Rippenpaar tlatt Hippenrohret). Cat Rohrbündel kann dann jeweils la Bereitk dtr Btetanaitüeke dureh ßtaklbänder odtr dtrgl* ausammengehalten wtrden.
■ y ·.; λ ο 7 η / 4 O · C ·
ι / tr ι oo ι α Botowaraeerostaue eher I 4b I Il I
In yfiwir 12 ist der Querschnitt eines Bohr·· mit einer Innenbloohspirale 9 gezeigt. Diese Blcohsplrale dient sur Erhöhung des Inneren Wärmeübergänge·, insbesondere bei Beheisung mit Flttsslgkelten.
13 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr mit Innenrippen io, welohe sternförmig ron der Rohrwand zur Rohrmitte hin gerichtet sind· Kit diesen Innenrippen 1o wird ein ähnlioher Effekt wie alt den Bippensternen erzielt (vergleiche Fig. 6 und7) ΟβκΜβ Ittngssohnitt laut figur 14 kann In ein Bohr ein mäanderfCraig gebogener federdraht 11 zur Erhöhung des inneren Wärmeübergänge β eingebracht sein. Sas federdrahtband» welches sieh dureh federkraft gsgen die Bohrwandung preßt (und auoh spiralförmig verwunden sein kann)» bewirkt durch die Vergrößerung der Heiafläche und die !Turbulenz eine Vergrößerung des Wärmeüberganges,
In den figuren 15 -2o sind im Schnitt sine Auswahl von Sohemabeispielen gezeigt» die komplette Wärmeaustauscher mit der Bippenausstattung naoh der Erfindung darstellen· In figur 15 ist ein üblicher Durchlauferhltser gezeigt· Inden Bohrboden 15 enden die U-Bohre 14, welche in diesem fall mit der Rippenanordnung (gekreuzt markierter Bereloh 26} naoh der Erfindung versehen sind· Das U-Bohrbündel ist von einem OehäuseS? umgeben» welches am rechten Ende eine Öffnung 24 bosltst, dureh welche das zu erwärmende Medium eintritt« dann das U-Rohrbündel mit der Bippenanordnung 26 la Achsrichtung duroh-■trömt und das Gehäuse am Austritt 25 wieder verlädt. Auf der anderen Seite des Bohrbodens 15 befindet sieh der Deckel 29» welcher mit dem Heimlttolcintrltts 27 - und auetritt β β tut «en versehen 1st. Das Heilmittel» beispielsweise Dampf oder HcIS-wasser» durchströmt sunäehst den oberen und dann den unteren Schenkel der U-Bohre 14· Bei Warmwasser wurden im unteren Sehenkel die wärmeteohnisoh ungünstigeren Gtlelohstromverhältnleee auftreten· Um den llafluS des ungünstigeren dlelehstromprinsipe xu vermindern bsw. gans ausausohalten» werden swcokmAilgerweise die Anordnungen nach den weiteren figuren gewählt.
Ia de? figur 16 1st nur 4er obere Sehenkel der U-Rohre mit Rippen 16 versehen. Die untere» Schenkel der U-Bohre werden la elaea engen Rohrbündel 3o surüekgeführt. Mese nicht mit '
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Rippen ircreohenea unteren U-Rohr· maehcn wesentlich weniger
al· die Hälfte der gesamten Hti»fläch· au·· Dementsprechend vermindert eieh auek der Einflui 4ei ungünstigeren GH· ie hit romprinsipe.
loch gOnetiger iet die Anordnung naeh Figur 17* Hier wird «in gerade· Rippenrolirbündcl 32 auf dem reehten End· durch Ter* bindungerohre 16 an ein Rücklaufrohr 17 angeschlossen· Oer
Hcisfläohenantcil dee Rücklaufrohr·· 17 wird hierbei ver-
naehlässigbar klein.
Bine ähnliche Anordnung findet sieh in Figur 18. Hier wird
der Rohrboden durch Terbindungsrohre 16 und ein Vorlaufrohr auf der Bintrittseeite ereetst·
Figur 19 seigt eine bekannte Austauscherfor» mit 2 Rohrboden
und geraden Rohren 32·
Zn Figur 2o ist eine gleichfalls bekannte Aueführungeform
mit U-Rohren 14 und einem Umlenkblech 18 dargestellt· Bei den beiden letsteren Figuren wird ein eindeutige· degen·tromprioslp gewährleistet·
Bei der Serienausffihrung tob Wärmeaustauschern ist es ablieh, innerhalb einer Baureihe benachbart· βχβίβη mit gleichem mantoldurehttoescr und gleicher lohrsahl auszustatten» wobei sieh die arOienuntereohiede im wesentlichen in untcrsehicdli· ehen Rohr längen auswirken* Biese Bemessungsweise bringt es mit sieh, dafl bei gleichbleibenden Randbedingungen (gleiche Temperaturdifferensetti gleiche SemperaturerhOhung des au erwärmenden Medium·) bei den gröieren Baulängen höhere Durehfluigeeehwindigkeiten und damit auch weeentlioh höher· Druek-Tcrluste, aber fiblioherweiee auch geringfügig höhere spesifisehe Wärmeübergänge auftreten· Die ungünstigen färmeühergangeverhältnisse der klelneten Baulängen fallen noch mit den hohen speaifisohen Kosten (hoher Fixkostenanteil) zusammen. Naeh der Abhängigkeit oc « f (^uA) wird crfindungegemäfl die in StrQmungsriohtung gemessene Länge (b) 22 (siehe Fig. 11) der Rippen su den geringen Baulängen verkleinert, so daQ die
- Werte mindestene gleich bleiben und der k- Wert su den kleinen Baulängen u.U. sogar ansteigen kann. Darüberhinau·
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HohnrirattttiUmthT -JT-
wird »weokmäligerweiee bei den kleineren laulingen der Anstellwinkel 6 und damit der Drall rergröftert, womit eioh •in· etwa· höher· überlagerte Strönuagegeeehwindigkeit u ergibt»
Zm Bereleh der laminarem Strömung aahflttMiger Htditn (eehwer· öl·) und bei niedrigen Dur*hfluigeeetarindigk«iten (unter et. o,5 m/eek·) iet die reine fandreibung ron au·» •chlaggtbender Bedtutußf. Anlauf- und ImpuleTerluett eowi· Einifl- iind Forewideretlnde werden beeondere iu den kleineren BtrÖMungegetckwindigkeiten hin rerneehläüigbar klein, Sa gilt im weetntliohen di· formell
4P - f <« · 1 .^/·2). Hierin ietι
u m StrOaungegeeehwindigkeit 1 * aeiamtlänge d» räraeauetaueeh·· e m 8paltwtite.
Hohe «ι'-Werte bewirken wegen der verkleinerten Heiifliehen»
d«h· kleinere· 1 und gröferee ·, kleinere Dtruekrerluete!
In die··« Zueammenhang wird *(21) eweokmäiigerweiie «rOler
«le 1o am gehalten«
Xn gleioher Weise eignen eieh attoh lineelrohre naeh der Erfindung für den Wirmeauetaueeh bei natürlicher Auftriebe-
•trömung.
IUr den färaeauetauech mit Äaeen (Luft) wird die lippenhöhe
gröfler, die Hippenlinge b kflrier al· bei Flüeeigkeiten gehaltem· Dabei können dl· lippenköpfe dureh «in dorehlaufende· Band verbunden eein.
909828/0 412

Claims (1)

  1. Dipl.-In«. dtrhard 08%tl 2 Hamburg- Volkedorf, 12. lMvs 1964
    5 Akttaitlthtni
    .jRlppenrohr-fftrmeauBtauMht*, bei welohem da· auien beaufaehlagende Medium la we· entliehen la Hiehtung dtr Rohr· ttröat» voreugewei·· alt bekannter Sreletkt- und Tiereokeanordnung der Rohre, daduroh «•kennzeichnetf dsl dl« lohre (1) alt Tier baw· eeohs Binielode* Mekrfaehreihen tXaelwy !adeln oder Kuririppen vereehen sind und mit dta lade la b*w. lippen der benaehbarten Rohire Rippe n-■terne (flgui 1, 6, 1O a) bilden» wobei dlt Nadeln oder Rippen la Sttvaaltttlpuakt t) naheeu suaammenatoien.
    2· Rippenrohr· fitaaeau·tau·eher gemät Anepruoh 1, daduroh fekennaeiohnet, dal dureh ceeifnete Maflnahmen, «1« Amtellwinkel (6) der Kuririppea oder Sehlitmen und weoheelwei«e· Abbie*enrt
    iiMtr ha/t tt'»*i Hippen tter*e$
    (2o la MfUV 9 1») «la· HrallBirÖmung de· äußeren Medium·^ bewirkt wird, wobei benaehbarte Hippen·terne entgegeniesetate Dtrallrlohtuag haben.
    9· Hippemoh»- Wlrmeau·tauscher gemli einem der Aneprüohe 1 oder 21 dadureh gtktaaselohatt» dai bei Baureihen- Au·führung·η alt ■·Β· fleiehen llanteldurehaeesern, aber untereohiedllehen Bauläacen fftr Ttyiehledena Leletun^ tu dta kleinere» Baulängea die la StrOnuaisrleatuaf «eme···»· LMnge (22) de* Kurarippe* kleiner beaeseen und/o de* alt TeretHrktea Anetellwinkel (6) gearbeitet wird.
    4· lippe**©*»- tmra**mtaueeher geail einem der Aneprüeha 1-5, dadurth gektanselehaet» da» entepreehend dta rergröiertea AuBerem ffmraeftvetgaaf «a Uta itkanate Kittel au* YerfröiermÄf de· laaerea fttatmtafmng·· elagesetat werdea.
    5· Rippewfohr- ffarmeauaUuaeh«? ftaMl einem der An»prüehe 1*4». dadurea ««kinaaelehaet, dal de* lemperaturabfall la den lippen dureh awetaallige Wahl T«a llppeamateylal, Hippenlftagti und τ·η llypenatatk· ·· »taeatea Itt, dal eiae gleit hm« llge Seapttatavaaderunf d·· ftuferea Medium· über dta gtaaatta Xt
    bewirkt wird (Ufa* 7)·
    909828/0412
    Leerseite
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