DE19522383C2 - Saugschalldämpfer für einen Kältemittelkompressor - Google Patents
Saugschalldämpfer für einen KältemittelkompressorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Saugschalldämpfer für ei
nen Kältemittelkompressor, der aus einem ersten und
einem zweiten Halbteil gebildet ist, die einen Innen
raum begrenzen, in dem ein Dämpfungsvolumen angeordnet
ist, und der einen Eingang, der mit einem Sauganschluß
verbindbar ist, und einen Ausgang, der mit dem Kälte
mittelkompressor verbindbar ist, aufweist.
Ein derartiger Saugschalldämpfer ist aus DE 36 45 083 C2
bekannt. Dieser Saugschalldämpfer besteht aus zwei
Halbteilen, die miteinander verbunden werden und dann
vier Kammern umschließen, die untereinander teils durch
Drosselstellen und teils durch einen Drosselkanal mit
einander verbunden sind. Diese Drosselstellen bzw. -ka
näle führen zu einem relativ großen Strömungswiderstand
mit nachteiligen Folgen für den Wirkungsgrad eines da
mit ausgerüsteten Kompressors. Allerdings läßt sich ein
derartiger Saugschalldämpfer relativ preisgünstig her
stellen.
Ein weiterer Saugschalldämpfer ist aus US 5 201 640
bekannt. Bei diesem Saugschalldämpfer ist der Eingang
über ein Rohr mit dem Ausgang verbunden. Das Rohr er
zwingt eine Vielzahl von Richtungsänderungen des durch
strömenden gasförmigen Kältemittels. Das Rohr weist
eine Anzahl von radialen Öffnungen auf, über die das
Innere des Rohres mit dem Dämpfungsvolumen in Verbin
dung steht, das das Rohr umgibt. Die bekannte Lösung
ist einerseits relativ kostenaufwendig, weil das Rohr
als eigenständiges Bauteil ausgebildet ist, das dement
sprechend einen weiteren Herstellungsschritt und zu
sätzliches Material erfordert. Darüber hinaus führen
die vielen Richtungsänderungen des Kältemittelstromes
zu einem erhöhten Strömungswiderstand, wodurch der Wir
kungsgrad eines Kompressors, der mit einem derartigen
Saugschalldämpfer ausgerüstet ist, leiden kann.
DE 33 08 604 A1 zeigt einen Resonanz-Absorptions-Schalldämpfer
für Motorkompressoren in Kühlmaschinen,
der eine Resonanzkammer in Gestalt eines zylindrischen
Sackloches besitzt, das im Zylinderblock eingebohrt ist
und mit der Kühlgasleitung über eine Öffnung in Verbin
dung steht, die in der Ventilplatte ausgebildet ist.
US 4 109 751 zeigt einen Schalldämpfer für Verbren
nungskraftmaschinen, der sowohl an der Lufteingangssei
te als auch an der Abgas-Ausgangsseite eingesetzt wer
den kann. Dieser Schalldämpfer weist zwei Gehäusehälf
ten auf, die im zusammengesetzten Fall zwei Expansions
kammern umschließen, die durch eine Trennwand vonein
ander getrennt sind. In eine Expansionskammer mündet
ein Einlaßrohr, das mit einer vorbestimmten Entfernung
zur gegenüberliegenden Gehäusewand endet. Die Trennwand
ist von einem weiteren Rohr durchsetzt, das jeweils mit
Abstand zu den gegenüberliegenden Gehäusewänden endet.
Die Abmessungen der Rohre sind so gewählt, daß ihre
Länge einen geradzahligen Teiler der Wellenlänge des zu
dämpfenden Schalls an der tiefsten Frequenz bildet,
also L/2, L/4, L/8 oder L/16. Die Abstände der Rohrmün
dungen zu den gegenüberliegenden Gehäusewänden sind
entsprechend gewählt, so daß auch hier eine zusätzliche
Schalldämpfung auftritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfa
chen und preiswerten Saugschalldämpfer für einen Kälte
mittelkompressor anzugeben, der einen besseren Wir
kungsgrad des Kältemittelkompressors ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Saugschalldämpfer der ein
gangs genannten Art dadurch gelöst, daß das erste Halb
teil eine in den Innenraum vorstehende Gasleitwand auf
weist, die zumindest abschnittsweise eine seitliche
Begrenzung eines drosselstellen-freien Strömungspfades
zwischen Eingang und Ausgang bildet.
Mit einer derartigen Ausbildung läßt sich der Strö
mungswiderstand des Saugschalldämpfers ganz beträcht
lich verringern. Damit kann der Wirkungsgrad des Kom
pressors, der mit einem derartigen Saugschalldämpfer
ausgerüstet ist, vergrößert werden. Erstaunlicherweise
ergibt sich eine zufriedenstellende Schalldämpfung auch
ohne größere Drosselwiderstände. Vielmehr ergibt sich
für das den Strömungspfad durchströmende Kältemittel
nunmehr die Möglichkeit, sich in das ebenfalls im In
nenraum angeordnete Dämpfungsvolumen auszudehnen. Die
Gasleitwand hat im wesentlichen nur noch die Funktion,
das gasförmige Kältemittel, das den Saugschalldämpfer
durchströmt, zumindest abschnittsweise vom Eingang zum
Ausgang zu leiten. Die Gasleitwand bildet selber keine
Drosselstellen mehr aus. Dadurch, daß die Strömungsver
luste klein gehalten werden, kann das Kältemittel den
Saugschalldämpfer mit einer gleichen Geschwindigkeit,
aber niedrigerem Druckabfall, durchströmen. Da der
Saugschalldämpfer bei gekapselten Kleinkältemaschinen
in der Regel innerhalb der Kapsel angeordnet ist, also
innerhalb einer Atmosphäre von bereits erwärmtem Kälte
mittel, hat die erzielbare Strömungsgeschwindigkeit den
Vorteil, daß das noch kalte Kältemittel im Saugschall
dämpfer nicht nennenswert erwärmt wird. Eine derartige
Erwärmung führt zu einer Dichteverringerung und damit
zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Kälte
mittelkompressors.
Bevorzugterweise mündet der Eingang im wesentlichen
parallel zur Gasleitwand in den Innenraum. Die Gasleit
wand befindet sich damit etwa tangential zum einströ
menden Kältemittel. Verwirbelungen des Kältemittels,
die zu einer Vergrößerung des Strömungswiderstandes und
zu einem Abbremsen des Kältemittels führen könnten,
werden damit weitgehend vermieden.
Auch ist bevorzugt, daß der Ausgang im wesentlichen
parallel zur Gasleitwand verläuft. Auch hierdurch las
sen sich Verwirbelungen vermeiden. Strömungswiderstän
de, die sich beim Übergang zwischen dem Strömungspfad
und dem Ausgang ergeben könnten, werden so gering wie
möglich gehalten.
Vorzugsweise weist die Gasleitwand eine eine Richtungs
änderung zwischen Eingang und Ausgang bewirkende Kurve
auf. Dies hat zum einen den Vorteil, daß ein derartiger
Saugschalldämpfer auch bei bekannten Kältemittelkom
pressoren verwendet werden kann, bei denen Eingang und
Ausgang des Saugschalldämpfers nicht auf einer Linie
liegen, sondern beispielsweise um 90° versetzt zuein
ander sind. Die Kurve der Gasleitwand hat aber auch den
Vorteil, daß das einströmende Kältemittel gegen die
Gasleitwand gedrückt wird, wodurch eine zuverlässige
Führung des Kältemittels entlang des Strömungspfades
sichergestellt wird. Die Kurve sollte hierbei möglichst
"rund" oder "weich" ausgeformt sein, um eine allmähli
che Richtungsänderung des Kältemittelstromes zu bewir
ken. Je größer der Krümmungsradius der Kurve gewählt
wird, desto geringer sind die Strömungsverluste. Natür
lich ist der Krümmungsradius durch die Baugröße des
Saugschalldämpfers begrenzt.
Vorzugsweise weist die Gasleitwand im Bereich der Kurve
eine vergrößerte Höhe auf. Man verhindert hierdurch,
daß das durchströmende Kältemittel aufgrund der Zentri
fugalkraft über die Gasleitwand gedrängt wird oder
"schwappt", so daß es zumindest zum größten Teil im
Strömungspfad gehalten wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist im
wesentlichen parallel zur Gasleitwand auf der gegen
überliegenden Seite von Eingang und Ausgang eine Be
grenzungswand vorgesehen. Eingang und Ausgang münden
also zwischen der Gasleitwand und der Begrenzungswand.
Auf diese Weise wird verhindert, daß sich auf der der
Gasleitwand abgewandten Seite des Strömungspfades lang
sam rotierende Wirbel ausbilden, die zu einem Wärme
transport von der Außenseite des Schalldämpfers bis zur
Saugleitung führen und es damit ermöglichen, daß sich
das Kältemittel im Innern des Saugschalldämpfers bei
einer längeren Aufenthaltsdauer erwärmt. Wie oben aus
geführt, würde auch eine derartige Erwärmung zur Ver
schlechterung des Wirkungsgrades des Kältemittelkom
pressors beitragen. Vorsprünge im ersten und zweiten
Halbteil können ein Labyrinth im Dämpfungsvolumen bil
den. Hierbei wird der Wärmetransport von der Außenseite
des Schalldämpfers bis zum Saugkanal reduziert.
Vorzugsweise ist auch die Begrenzungswand am ersten
Halbteil vorgesehen. Dies vereinfacht die Herstellung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die
Gasleitwand zumindest auf dem größten Teil ihrer Länge
mit Abstand zu einer Außenwand des ersten Halbteils
geführt. Zwischen der Außenwand und der Gasleitwand
können sich dann in Ruhe befindliche Gasvolumina aus
bilden, die zu einer thermischen Isolierung zwischen
der Außenwand und der Gasleitwand beitragen. Eine Wär
meeinfuhr in den Strömungskanal von Seiten dieser Au
ßenwand her wird damit recht zuverlässig unterbunden.
Damit wird auch die Erwärmung des den Saugschalldämpfer
durchströmenden Kältemittels verringert.
Vorzugsweise weisen die Gasleitwand und/oder die Be
grenzungswand einen vorbestimmten Abstand zu einer
Deckelwand des zweiten Halbteils hin auf. Damit steht
der Strömungspfad für das Kältemittel praktisch über
den gesamten Querschnitt des Strömungskanals mit einem
relativ großen Dämpfungsvolumen im Innern des Saug
schalldämpfers in Verbindung. Druckimpulse, die sich
aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens
des Kältemittelkompressors und damit in Verbindung mit
dem stoßweisen Ansaugens des Kältemittels ergeben, kön
nen sich dann in das Dämpfungsvolumen ausdehnen, ohne
daß größere Drosselwiderstände zu überwinden wären.
Dies ergibt eine sehr wirksame Schalldämpfung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vor
gesehen, daß der Eingang nahe des Bodens des ersten
Halbteils in den Innenraum mündet. Hierbei kann er
reicht werden, daß das Kältemittel mit einem niedrige
ren Druckniveau längs des Bodens des ersten Halbteils
gegen diesen Boden abbiegt und sozusagen an dem Boden
des ersten Halbteils anhaftet. Dieser Effekt entsteht,
weil das einströmende Kältemittelgas das stillstehende
Gas im Bereich des Strömungspfades mit sich reißt und
damit ein Unterdruck entlang der Wand entsteht, den der
Hauptgasstrom in Richtung auf die Wand abgibt.
Vorzugsweise ist der Ausgang mit einem Ausgangsstutzen
versehen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Halb
teil befestigt ist, wobei sich eine Öffnung des Aus
gangsstutzens im Innenraum befindet. Hierdurch erfolgt
eine Einströmung in den Ausgangsstutzen direkt aus dem
Strömungspfad und nicht aus dem umgebenden Dämpfungs
volumen. Hierbei wird der wirksame Öffnungsquerschnitt
vergrößert. Das Dämpfungsvolumen kann sich daher mit
einem in Ruhe befindlichen Kältemittel füllen, bei dem
sich nur wenige Bewegungen ergeben. Eine Durchmischung
von warmen und kalten Kältemittel findet nur in einem
sehr geringen Umfang statt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug
ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich
nung beschrieben. Hierin zeigt die
einzige Figur eine perspektivische Explosionsansicht eines Saugschalldämpfers.
einzige Figur eine perspektivische Explosionsansicht eines Saugschalldämpfers.
Ein Saugschalldämpfer 1 weist ein erstes Halbteil 2 und
ein zweites Halbteil 3 auf, die zusammen einen Innen
raum begrenzen, wenn sie mit ihren Flanschen 4, 5 mit
einander verbunden werden.
Der Saugschalldämpfer 1 weist einen Eingang 6 auf, der
über einen Eingangsstutzen 7 mit einem Sauganschluß
eines nicht näher dargestellten Gehäuses verbindbar
ist. Über diesen Sauganschluß wird Kältemittel ange
saugt.
Ferner weist der Saugschalldämpfer einen Ausgang 8 auf,
in den ein Ausgangsstutzen 9 eingesetzt werden kann.
Der Ausgangsstutzen 9 kann mit einem ebenfalls nicht
näher dargestellten Kältemittelkompressor verbunden
werden.
Im ersten Halbteil 2 ist eine Gasleitwand 10 angeord
net, die vom Eingang 6 zum Ausgang 8 verläuft und sich
in den Innenraum zwischen den beiden Halbteilen 2, 3
erstreckt. Die Gasleitwand 10 bildet hierbei eine Kurve
11 mit einem möglichst großen Krümmungsradius.
Im Bereich des Eingangs 6 ist die Gasleitwand 10 im
wesentlichen parallel zum Eingang 6 ausgerichtet. Ein
strömendes Kältemittel strömt daher im wesentlichen
tangential zur Gasleitwand 10. Entsprechendes gilt für
den Bereich des Ausganges 8, wo die Gasleitwand 10 im
wesentlichen parallel zum Ausgang 8 angeordnet ist.
Der Eingangsstutzen 7 mündet in der Nähe des Bodens 12
des ersten Halbteils 2. Hierbei verursacht der soge
nannte "Coanda-Effekt", daß das gasförmige Kältemittel
an dem Boden 12 des ersten Halbteils 2 festgehalten
wird. Entlang der Gasleitwand 10 bildet sich damit ein
Strömungspfad für das Kältemittel aus. Das Kältemittel
wird, wie gesagt, am Boden durch den "Coanda-Effekt"
festgehalten und an der Gasleitwand durch die Zentrifu
galkraft, die das gasförmige Kältemittel bei der Rich
tungsänderung gegen die Gasleitwand 10 preßt.
Im Bereich der Kurve 11 weist die Gasleitwand 10 eine
vergrößerte Höhe 13 auf. Diese vergrößerte Höhe 13 kann
sich etwa bis zum Ausgang 8 erstrecken, wobei die ver
größerte Höhe 13 durch eine Lücke 14 unterbrochen sein
kann. Die Lücke 14 ist dabei bevorzugterweise dort an
geordnet, wo keine konkave Krümmung der Gasleitwand 10
vorhanden ist, sondern, falls möglich, eine konvexe
Krümmung.
Im wesentlichen parallel zur Gasleitwand 10 ist eine
Begrenzungswand 15 angeordnet. Die Begrenzungswand 15
verhindert, daß sich auf der der Gasleitwand 10 gegen
überliegenden Seite des Strömungspfades langsam rotie
rende Wirbel ausbilden, die zwar nicht zu einer
nennenswerten Erhöhung des Strömungswiderstandes durch
den Saugschalldämpfer führen, aber zu einer Erwärmung
des im Saugschalldämpfer verweilenden gasförmigen Käl
temittels führen könnten. Man kann nun einen Bereich
zwischen der Gasleitwand 10 und der Begrenzungswand 15
als Strömungspfad 16 oder Gasleitstrecke definieren. Es
ist aber darauf hinzuweisen, daß sich dieser Strömungs
pfad 16 auf praktisch die gleiche Art ausbilden würde,
wenn die Begrenzungswand 15 nicht vorhanden wäre.
Die Begrenzungswand 10 ist zumindest über den größten
Teil ihrer Länge immer mit Abstand zu einer Außenwand
17 des ersten Halbteiles geführt. Es ergeben sich damit
Totvolumina 18, die sich mit gasförmigem Kältemittel
füllen. Das gleiche gilt für die Begrenzungswand 15,
die ebenfalls im Abstand zur Außenwand 17 des ersten
Halbteils verläuft und ein Totvolumen 19 mit dieser
Außenwand 17 einschließt.
Die Gasleitwand 10 und die Begrenzungswand 15 enden in
einem vorbestimmten Abstand zu einer Deckelwand 20 des
zweiten Halbteils 3. Damit steht praktisch der gesamte
Raum zwischen der Deckelwand 20 und der Oberseite der
nicht erhöhten Gasleitwand 10 bzw. der Begrenzungswand
15 als Dämpfungsvolumen zur Verfügung. Dieses wird er
gänzt durch die Totvolumina 18, 19. Auch im Bereich der
Gasleitwand 10 entsteht eine Verbindung zwischen dem
Strömungsweg 16 und dem Dämpfungsvolumen beispielsweise
über die Lücke 14 oder den Bereich vor der Erhöhung 13
der Kurve 11. Die Oberseite der Gasleitwand 10 folgt
der Deckelwand 20 hier mit einem konstanten Spalt. Auf
diese Weise entsteht eine sehr gute Verbindung vom
Strömungspfad zum Dämpfungsvolumen. Kurzzeitige Druck
stöße, die durch das pulsierende Fördern des Kältemit
tels hervorgerufen werden, können sich dann in dieses
Dämpfungsvolumen ausdehnen, wobei dieser Ausdehnung
kein nennenswerter Strömungswiderstand entgegengesetzt
wird. Andererseits findet eine Gasbewegung in dem Dämp
fungsvolumen nur sehr eingeschränkt statt, so daß ein
Austausch des Kältemittelgases aus dem Strömungspfad 16
mit Gas aus dem Dämpfungsvolumen praktisch nicht oder
nur in vernachlässigbarem Umfang stattfindet.
Der Ausgangsstutzen 9 ist einfach zwischen das erste
und das zweite Halbteil 2, 3 eingesteckt. Er kann aus
einem Material mit einer anderen Wärmeleitfähigkeit als
das Material der beiden Halbteile 2, 3 gebildet sein.
Der Ausgangsstutzen 9 weist eine Eingangsöffnung 21
auf, die sich im von den beiden Halbteilen 2, 3 um
schlossenen Innenraum befindet und zwar im Bereich des
Strömungspfades 16. Somit erfolgt ein Einströmen in den
Ausgangsstutzen 9 nur aus dem Bereich von der Gasleit
wand 10 her und nicht aus dem umgebenden Dämpfungsvolu
men. Dadurch, daß praktisch keine radiale Strömung in
den Stutzen aus dem Dämpfungsvolumen erfolgt, wird ein
größerer wirksamer Querschnitt im Ausgangsstutzen 9
erreicht.
Während im Bereich der Begrenzungswand 15 ein Spalt
zwischen der Deckelwand 20 und der Begrenzungswand 15
über die gesamte Länge der Begrenzungswand 15 ausgebil
det ist, kann die Gasleitwand 10 im Bereich ihrer ver
größerten Höhe unter Umständen an die Deckelwand 20
anstoßen. Diese größere Höhe 13 verhindert aber nicht
nur, das Gas über die Gasleitwand hinaus verdrängt
wird. Sie wird auch von eventuell mit dem Kältemittel
mitgerissenen Öltropfen getroffen, wie auch von Tropfen
von bereits kondensiertem Kältemittel. Diese Tropfen
können dann an der Gasleitwand 10 herunterlaufen und
gegebenenfalls beim nächsten Stillstand des Kompressors
durch den Eingang 6 ablaufen. Dies ist problemlos mög
lich, weil der Eingang, wie oben ausgeführt, in der
Nähe des Bodens 12 angeordnet ist. Ein Eindringen von
Flüssigkeitstropfen in den Kompressor wird weitgehend
vermieden.
Durch den Saugschalldämpfer 1 wird also nicht nur eine
Verminderung der Strömungswiderstände erreicht, wodurch
der Kompressor weniger Leistung zum Ansaugen des Kälte
mittels aufbringen muß. Es wird auch erreicht, daß das
Kältemittel den Saugschalldämpfer 1 schneller durch
strömen kann, wodurch die Gefahr der Erwärmung des Käl
temittels vermindert wird. Auch hierdurch wird eine
Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht.
Beide Halbteile 2, 3 können beispielsweise als Spritz
gußteile aus Kunststoff gefertigt werden. Bei einer
derartigen Ausbildung lassen sich sowohl die Gasleit
wand 10 als auch die Begrenzungswand 15 unmittelbar am
ersten Halbteil 2 anformen, ohne daß es weiterer Maß
nahmen bedarf. In gleicher Weise kann man die Verbin
dungsprofile zwischen den beiden Halbteilen 2, 3 aus
formen, die später zu einer verbesserten Dichtigkeit
des Saugschalldämpfers führen.
Claims (11)
1. Saugschalldämpfer für einen Kältemittelkompressor,
der aus einem ersten und einem zweiten Halbteil ge
bildet ist, die einen Innenraum begrenzen, in dem
ein Dämpfungsvolumen angeordnet ist, und der einen
Eingang, der mit einem Sauganschluß verbindbar ist,
und einen Ausgang, der mit dem Kältemittelkompres
sor verbindbar ist, aufweist, dadurch gekennzeich
net, daß das erste Halbteil (2) eine in den Innen
raum vorstehende Gasleitwand (10) aufweist, die
zumindest abschnittsweise eine seitliche Begrenzung
eines drosselstellen-freien Strömungspfades (16)
zwischen Eingang (6) und Ausgang (8) bildet.
2. Saugschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Eingang (6) im wesentlichen par
allel zur Gasleitwand (10) in den Innenraum mündet.
3. Saugschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) im wesentlichen
parallel zur Gasleitwand (10) verläuft.
4. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitwand (10)
eine eine Richtungsänderung zwischen Eingang (6)
und Ausgang (8) bewirkende Kurve (11) aufweist.
5. Saugschalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gasleitwand (10) im Bereich der
Kurve (11) eine vergrößerte Höhe (13) aufweist.
6. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen paral
lel zur Gasleitwand (10) auf der gegenüberliegenden
Seite von Eingang (6) und Ausgang (8) eine Begren
zungswand (15) vorgesehen ist.
7. Saugschalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Begrenzungswand (15) auch am er
sten Halbteil (2) vorgesehen ist.
8. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitwand (10)
zumindest auf dem größten Teil ihrer Länge mit Ab
stand zu einer Außenwand (17) des ersten Halbteils
(2) geführt ist.
9. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitwand (10)
und/oder die Begrenzungswand (15) einen vorbestimm
ten Abstand zu einer Deckelwand (20) des zweiten
Halbteils (3) hin aufweisen.
10. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (6) nahe
des Bodens (12) des ersten Halbteils (2) in den
Innenraum mündet.
11. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) mit
einem Ausgangsstutzen (9) versehen ist, der zwi
schen dem ersten und dem zweiten Halbteil (2, 3)
befestigt ist, wobei sich eine Öffnung (21) des
Ausgangsstutzens (9) im Innenraum befindet.
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