DE2402718C2 - Belüftungsverschluß für Akkumulatoren - Google Patents

Belüftungsverschluß für Akkumulatoren

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DE2402718C2 DE2402718A DE2402718A DE2402718C2 DE 2402718 C2 DE2402718 C2 DE 2402718C2 DE 2402718 A DE2402718 A DE 2402718A DE 2402718 A DE2402718 A DE 2402718A DE 2402718 C2 DE2402718 C2 DE 2402718C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Beluftungsverschluß für Akkumulatoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Das Füllen von Akkumulatorzellen mit Wasser zur Herstellung eines entsprechenden Elektrolyten und zur Verhinderung einer Gasansammlung beim Laden und Entladen des Akkumulators ist bisher mit Problemen verbunden. Beispielsweise werden Belüftungsverschlüsse verwendet, die bis zu einem gewissen Grad eine Verteilung der in den Zellen entwickelten Gase gewährleisten. In der US-Patentschrift 35 07 708 ist ein für diesen Zweck vorgesehener mikroporöser Kunststoff beschrieben. Ähnliche Vorrichtungen sind in der belgischen Patentschrift 5 23 578 und der französischen Patentschrift 8 39 308 offenbart.
Ein aus der FR-PS 21 31 545 bekannter Belüftungsverschluß der eingangs genannten Art hat eine um einen ersten Zylinder gebildete erste Kammer, die über einen porösen Diffusor mit einer zweiten Kammer in Verbindung steht, die durch die Außenfläche des porösen Diffusors und die Innenfläche eines äußeren Zylinders gebildet wird. Diese zweite Kammer äst mit einer Reihe von Schlitzen ausgestattet, um so zur Außenseite des Belüftungsverschlusses zu entlüften. Diese zweite oder äußere Kammer, die durch den äußeren Zylinder gebildet wird, erfüllt keine besondere Funktion, da dieser andere Zylinder lediglich als ein Schutzgehäuse für den porösen Diffusor wirken soll.
Weiterhin ist in der DE-AS 10 14 184 ein Verschlußstopfen für Akkumulatoren beschrieben, der aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Gehäusen besteht, zwischen denen ein Ringraum belassen ist, während oberhalb des einen Gehäuses ein weiterer Raum vorgesehen wird. Dieser bekannte Verschlußstopfen für Akkumulatoren hat somit zwei Kammern, die über eine öffnung miteinander verbunden sind. Ein poröser Diffusor ist aber nicht vorgesehen.
Schließlich ist aus der DE-AS 10 27 672 ein Verschlußstopfen für Akkumulatoren bekannt, bei denen ein Ringraum (vgl. oben die Erläuterungen zur DE-AS 10 14 184) in spezieller Weise durch Rippen gestaltet ist. Ein poröser Diffusor ist aber ebenfalls nicht vorhanden.
Derzeit gibt es so keinen Belüftungsverschluß für Akkumulatoren, der ein Entweichen von Gasen zur Außenluft in optimaler Weise verhindert und bei dem außerdem eine Explosionsgefahr auch dann ausgeschlossen ist, wenn eine Entzündung von Gasen auftritt. Außerdem ist auch kein belüfteter Verschluß für die Entlüftungsöffnungen von Akkumulatoren verfügbar, bei dem neben einem porösen Diffusor eine Kammer vorhanden ist, weiche im Fall einer Entzündung der aus den Zellen entweichenden Gase gerade deren schnelle Ausdehnung ermöglicht und dadurch jegliche Flammenbildung im Bereich neben dem Diffusor erstickt.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Belüftungsverschluß für Akkumulatoren zu schaffen, bei dem die Explosionsgefahr selbst dann vermindert bzw. ausgeschlossen ist, wenn eine Entzündung von Gasen auftritt.
Diese Aufgabe wird bei einem Belüftungsverschluß nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der Erfindung ist damit das Volumen der zweiten
Kammer zur Oberfläche der Auslaßoffnung so bemessen, daß bei einer Zündung von aus den Akkumulatorzellen entweichenden Gasen diese sich in kontrollierter Weise schnell entspannen können, so daß eine ggf. entstehende Flamme unmittelbar erstickt wird.
Der erfindungsgemäße Belüftungsverschluß enthält einen mikroporösen Filter zum Verteilen von Gasen vor ihrem Austritt aus dem Inneren des Verschlusses, so daß jegliche Explosions- und Entzündungsgefahr sicher beseitigt ist, und er weist außerdem eine Leitwandanordnung auf, die ein maximales Zurückhalten des Elektrolyten gewährleistet. Trotzdem läßt sich dieser Verschluß besonders leicht herstellen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 11.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Belüftungsverschlusses,
Fig. 2 eine im lotrechten Schnitt gehaltene Ansicht des Belüftungsverschiusses gemäß Fig. i, welche die Strömungsbahn von Zellengasen veranschaulicht,
F i g. 3 eine Aufsicht auf die Oberseite des Belüftungsverschlusses nach F i g. 1,
Fig.4 eine Aufsicht auf die Unterseite des Belüftungsverschlusses nach Fig. 1,
F i g. 5 einen lotrechten Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Belüftungsverschlusses mit der Strömungsbahn der Zellengase;
F i g. 6 eine Aufsicht auf den Belüftungsversch!uß nach F i g. 5 und
Fig.7 eine Aufsicht auf die Unterseite des Belüftungsverschlusses nach F i g. 5 bei abgenommener Leitwand.
Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte, für eine einzelne Akkumulatorstelle vorgesehene bzw. Einfach-Belüftungsverschluß 110 weist zwei Kammern 136 und 146 sowie einen in de/ Kammer 146 angeordneten, porösen Diffusor auf. Der Verschluß 110 ist auf eine Füllöffnung des Deckels eines herkömmlichen Blei/Säure-Akkumulators aufsetzbar, und er hat einen im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper 111 in Form eines Unterteils 112 mit einer umlaufenden Seitenwand 113 auf. Ein kappenförmiger Deckel 115, der an der Seitenwand 113 angreift, ist mit einer U-förmigen Eindrückung 149 versehen, welche die zweite Kammer 136 und gleichzeitig zwei einander diametral gegenüberliegende, langgestreckte Schlitze bzw. Langlöcher 126 bildet, von denen nur einer bzw. eines angedeutet ist. Am Oberteil des Hohlkörpers 111 ist ein poröser Diffusor 123 auf einer Auflage bzw. Schulter 121 und an der Innenwand 113 angeordnet, die zusammen mit dem Deckel 115 eine Aufnahmekammer 146 für dei. Diffusor 123 bildet. Eine (im Querschnitt) im wesentlichen T-fönnige, rohrartige Leitwand oder Trennwand 117 ist innerhalb des Hohlkörpers 111 so angeordnet, daß der Rohrabschnitt 150 einen Abstand zu einer Zellenentlüftungsöffnung 118 besitzt. Die Leitwand 117 wird von Abstandstücken 152 getragen, die auf einer Schulter 153 ruhen und einen auf Abstand von der Seitenwand 113 angeordneten kreisförmigen Abschnitt 154 haltern. Die Abstandstücke 152 dienen auch zur Halterung des porösen Diffusors 123. Ersichtlicherweise greift der Deckel 115 mittels eines von der Seitenwand 113 abstehenden Ringfiansches 155 sowie mit vom Deckel 115 abstehenden Flanschen 156 an der Seitenwand 113 an. Hierdurch wird eine Schnappverbindung gebildet.
In den Fig.5 bis 7 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Einfach-Belüftungsverschlusses 310 dargestellt, die einen einzigen, langgestreckten Radialschlitz 326 aufweist. Den Teilen des Verschlusses 110 ähnelnde Teile sind dabei mit entsprechenden, aber um 200 erhöhte Bezugsziffern bezeichnet. Ebenso wie der Verschluß 110 weist der Einfach-Belüftungsverschluß 310 einen im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper ίο 311 in Form eines Unterteils 312 mit einer umfangsmäßigen Seitenwand 313 auf. Der Unterteil 312 greift an einer Füllöffnung 34 eines Akkumulator-Deckels 33 an, wobei die Seitenwand 313 nach außen ragt In einer Kammer 346 im Deckelteil 315 ist ein poröser Diffusor 323, vorzugsweise aus porösem Polypropylen, angeordnet Die Kammer 346 wird durch eine tragende Schulter 321, einen eingezogenen Wandabschnitt 314 und eine obere Wand 361 gebildet. Die zweite Kammer 336 ist im Deckelteil 315 unter der abgerundeten Oberseite 365 vorgesehen, und sie steht mit dem Diffusor 323 und einem Auslaß 326 in Verbindung. Der Oberteil 365 und der Deckelteil 315 sind durch eine Schulter 366 miteinander verbunden. Innerhalb des Hohlkörpers 311 wird eine Leitwand 317 von einem Ringsteg 353 getragen. Die Leitwand 317 besteht aus drei einander ähnelnden Scheibenabschnitten 354 mit bei 360 angedeuteten Öffnungen, über welche die Zellengase in einer gewundenen Strömungsbahn durch die Leitwand 317 hindurchtreten können. Abstandstücke 352 dienen ίο zur Halterung und zur Trennung der drei Scheibenabschnitte 354.
Ein besseres Verständnis der Vorteile des Belüftungsverschlusses 110 ergibt sich aus der Beschreibung seiner Funktionsweise:
Ji Wenn der Unterteil 112 auf die Füllöffnung eines Akkumulators aufgesetzt ist, treten Gase sowie von ihnen mitgeführter Elektrolyt über die Öffnung 118 in die Verschlußkappe 110 ein und strömen in Richtung der Pfeile gemäß F i g. 2. Der größte Teil des etwa von to den Gasen mitgerissenen Elektrolyten schlägt sich am Rohrabschnitt 150 nieder und wird über die öffnung 118 in den Akkumulator zurückgeleitet. Die Gase sowie etwaiger Restelektrolyt strömen längs der Außenseite des Rohrabschnitts 150 und um die Leitwand 117 herum t5 aufwärts. An dieser Stelle wird praktisch der gesamte Elektrolyt durch die Leitwand 117 zurückgehalten, während die Gase um die Kante der Leitwand 117, zwischen den Abstandstücken 152, aufwärts durch den porösen Diffusor 123 in die Kammer 136 und über die öffnungen 126 zur Außenluft abströmen. Falls unter diesen Bedingungen ein Funke auftritt, findet in der Kammer 136 eine schnelle Ausdehnung bzw. Entspannung der Gase statt, wobei die Entspannungskraft über die öffnungen 126 und durch der Durchbiegung des Deckels 115 aufgefangen wird. Durch die plötzliche Entspannung der Gase in der Kammer 136 wird jede Flamme gelöscht. Eine Zündung der Gase innerhalb des Körpers 111 wird dabei durch den porösen Diffusor 123 verhindert.
Da sich die Leitwandanordnung der Verschlußkappe von derjenigen der Verschlußkappe 110 unterscheidet, erfolgt bei ersterer, wie durch die Pfeile angedeutet, die Strömung der Zellengase auf unterschiedliche Weise. Die Funktion der Kammer 336 als Flammenlöschh> einrichtung ist jedoch die gleiche wie bei der Kammer der vorher beschriebenen Belüftungs-Verschlußkappe 110.
Die bevorzugte Breite des Schlitzes 126 beträgt etwa
0,63 mm, sie kann jedoch auch auf etwa 0,50 mm verkleinert oder auf etwa 1,0 mm vergrößert werden, sofern die angegebene Porengröße für den Diffusor eingehalten wird. Das Volumen V der Kammer 136 beträgt vorzugsweise etwa 0,131 cm3 bei einer lotrech- ϊ ten Querschnittsfläche von etwa 0,226 cm2. Die Größe der Schlitze 126 ist geringer als die Querschnittsfläche der Kammer 136, jedoch so groß, daß eine Zündung von Gasen in der Kammer eine kontrollierte schnelle Entspannung unter Löschung jeglicher Flamme bewirkt, ι <> ohne daß eine Zerstörung oder Beschädigung der Belüftungsverschlußanordnung 110 auftritt. Diese wichtigen Konstruktionsparameter der Schlitze 126 gegenüber der Kammer 136 werden durch einen vorzugsweise rechteckigen Schlitz 126 mit einer Breite von 0,63 mm ι > und einer Querschnittsfläche A von etwa 0,067 cm2 erreicht, so daß sich V/A = 1,955 cm ergibt. Zur Gewährleistung der kontrollierten schnellen Entspannung der Gase in der Kammer 136 hat es sich herausgestellt, daß bezüglich der Oberfläche des Schlitzes 126 und des Volumens der Kammer 136 ein Verhältnis im Bereich von 2 :1 bis 0,5 :1 besteht, wobei sich der Bezugswert »1« auf die Schlitzgröße bezieht. Ein weiterer wichtiger Faktor, der jedoch nicht so kritisch ist wie das Verhältnis zwischen den Schlitzen 126 und der Kammer 136, besteht im offenen Porenvolumen des Diffusors 123 im Vergleich zum Volumen der Kammer 136. In den meisten Fällen, in denen der Diffusor 123 eine vergleichsweise kleine Querschnittsfläche, aber eine vergleichsweise große Höhe besitzt, beträgt das offene Porenvolumen die Hälfte bis das Doppelte des Volumens der Kammer 136. Das offene Porenvolumen des Diffusors 123 ist dabei die vollständig von letzterem eingenommene Größe (Rauminhalt) der Kammer 146 abzüglich des tatsächlichen Volumens des den Diffusor J5 123 bildenden Materials. Ir. den meisten Fällen beträgt das offene Porenvolumen des Diffusors 123 etwa 0,311 —0,434 cm3 oder etwa ein Sechstel des Volumens des Diffusors.
Die Kammer 336 weist vorzugsweise ein Volumen V von etwa 0.204 cm3 bei einer lotrechten Querschnittsfläche von etwa 0.266 cm2 auf. Das Volumen V der Kammer 336 kann jedoch auch auf etwa 0,82 cm3 vergrößert werden. Die Fläche des Schlitzes 326 ist kleiner als die Querschnittsfläche der Kammer 336, ίτ jedoch groß genug, um eine Zündung von Gasen in der Kammer eine kontrollierte, schnelle Entspannung bewirken zu lassen, so daß eine etwaige Flamme ohne Zerstörung oder Beschädigung der Verschlußanordnung 310 gelöscht oder erstickt wird. Dieses für die Auslegung des Verschlusses wichtige Verhältnis des Schlitzes 326 gegenüber der Kammer 336 wird durch einen Radialschlitz 326 mit einer Breite von vorzugsweise 0,76 mm und einer Querschnittsfläche A von etwa 0,153 cm2 erzielt, so daß V/A = 1,333 bis 5359 cm folgt. " Für die Gewährleistung der kontrollierten schnellen Entspannung der Gase in der Kammer 336 hat es sich gezeigt, daß zwischen der Fläche des Schützes 326 und dem Volumen der Kammer 336 ein Verhältnis im Bereich von 5,08 : 1 bis 1,27 :1 bestehen sollte, wobei °o sich der Bezugswert »1« auf die Schlitzgröße bezieht Ein weiterer wichtiger Faktor, der jedoch nicht so kritisch ist wie das Verhältnis zwischen dem Schlitz 326 und der Kammer 336, besteht im offenen Porenvolumen des Diffusors 323 im Vergleich zum Volumen der ^ Kammer 336. In den meisten Fällen, in denen der Diffusor 323 eine vergleichsweise kleine Querschnittsfläche, aber eine verhältnismäßig große Höhe besitzt,
50 beträgt das offene Porenvolumen die Hälfte bis das Doppelte des Volumens der Kammer 336. Das offene Porenvolumen des Diffusors 323 entspricht dabei dem vollständig von letzterem eingenommenen Volumen der Kammer 320 abzüglich des tatsächlichen Volumens des den Diffusor 323 bildenden Materials.
Wie erwähnt, wird ein poröser Diffusor 123 in die Kammer 146 eingesetzt. Als bevorzugtes Material für den Diffusor kommt ein poröses Steinmaterial in Frage, das von Herstellern von Keramikfiltern bei Angabe der Teilchengröße, des Prozentsatzes des offenen Volumens und der Grundmaterialien bezogen werden kann. Für die Herstellung des Diffusors 123 bevorzugte Materialien sind Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder natürliche und bearbeitete Aluminiumoxid/Siliziumoxid-Mineralkörnchen mit einem Glasbindemittel, die ein offenes Volumen von 18—45% und eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,35 — 0,149 mm besitzen. Wie erwähnt, wird bei der Verschlußkappe 310 vorzugsweise Polypropylen verwendet, das mit einem Flammenhemmstoff behandelt und anstelle des porösen Steinbzw. Keramikmaterials verwendet werden kann.
Außerdem kann das beschriebene poröse Steinmaterial oder das mikroporöse Polypropylen austauschbar bei den Verschlußkappen 110 oder 310 verwendet werden. Anstelle des mikroporösen Polypropylens können auch andere mikroporöse Polyolefinmaterialien verwendet werden, z. B. Polyäthylen, das zur Verwendung als Diffusor 123 oder 323 ebenfalls mit einem Flammenhemmstoff behandelt worden ist. Die Unterteile 112, 312 sowie die Deckel 115, 315 mit allen angrenzenden Trennwänden, Wandabschnitten und Rohrteilen werden aus einem Polypropylenmaterial hergestellt. Diese Teile lassen sich jedoch aus jedem beliebigen Werkstoff herstellen, der gegenüber der Akkumulatorsäure chemisch inert und ausreichend elastisch ist, so daß sich die Belüftungsverschlüsse beim Einbau zum Ausgleich für Fertigungstoleranzen in der Lage und der Konfiguration der Füllöffnungen 34 geringfügig verformen lassen. Hierfür können thermoplastische Polymere, wie Olefinpolymere, einschließlich Polyäthylen, Mischpolymere von Propylen und Äthylen sowie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), verwendet werden, da sich diese Stoffe ohne weiteres nach herkömmlichen Verfahren, wie durch Spritzguß, mit hohen Produktionsleistungen formen lassen. Vor dem Formen können dem Kunststoff verschiedene Pigmente zugesetzt werden, um die gewünschte Färbung zu erreichen.
Ersichtlicherweise wird mit der Erfindung ein Belüftungsverschluß für Akkumulatoren geschaffen, der einen hohen Grad der Belüftung der Zellenkammern und gleichzeitig eine zwangsläufige Zurückhältung und Rückführung des Elektrolyten gewährleistet. Der Verschluß läßt sich ohne weiteres aus leicht verfügbaren Werkstoffen formen oder gießen und gewährleistet eine Verteilung von Gasen vor ihrer Entlüftung zur Außenseite des Verschlusses. Eine Flammenlöschkammer wirkt in Verbindung mit dem Diffusor zur Unterbrechung des Gasstroms in der Nähe des Diffusors, wodurch die Explosionsgefahr vermindert wird. Der Diffusor ist so angeordnet, daß seine Funktion durch Fremdkörper oder Fremdstoffe unbeeinflußt bleibt, und er ist eingekapselt, so daß ein Eingriff oder ein Ausbau aus der als Sicherheitsmaßnahme vorgesehenen Flammenlöschkammer verhindert wird.
Zusammenfassend wird mit der Erfindung ein neuartiger Einfach-Belüftungsverschluß geschaffen, der
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eine Leitwand zur Zurückhaltung des Elektrolyten bei längliche öffnung auf, und sie gewährleistet im Fall gleichzeitiger Ermöglichung eines Austritts von aus der einer Zündung von aus den Akkumulatorzellen entweibetreffenden Zelle entweichenden Gasen über einen chenden Gasen, daß eine kontrollierte schnelle Entspanporösen Diffusor aufweist, welcher in einer ersten, nung der Gase auftritt, so daß eine etwaige Flamme unmittelbar neben einer zweiten Kammer befindlichen ■"> gelöscht bzw. erstickt wird. In bevorzuger Ausführungsund an den Gasauslaß angrenzenden Kammer angeord- form ist die zweite Kammer über der den Diffusor net ist. Die zweite Kammer weist mindestens eine enthaltenden ersten Kammer angeordnet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Belüftungsverschluß für AkkumuJatoren, mit einem Hohlkörper (111, 311), der einen zum Einsetzen in eine Füllöffnung eines Akkumulators vorgesehenen Pfropfenteil aufweist, in dem sich eine Belüftungsöffnung (118, 360) befindet, um den Innenraum einer von dem Hohlkörper (111, 311) umschlossenen ersten Kammer (146, 346) mit dem ι ο Innenraum des Akkumulators zu verbinden, wobei der Hohlkörper (111,311) eine an die erste Kammer (146, 346) angrenzende zweite Kammnr (136, 336) umfaßt, die mindestens eine Auslaßöffnung (126, 326) zur Außenseite des Hohlkörpers (111, 311) hat, und mit einem porösen Diffusor (123, 323) der zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist, um so aus dem Akkumulator austretendes Gas durch die Belüftungsöffnung (118, 360) in die erste Kammer (146, 346) und durch den Diffusor (123, 323) in die zweite Kammer (136, 336) und von dieser zu der Auslaßöffnung (126, 326) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen V in cm3 der zweiten Kammer (136, 336) zur Oberfläche A in cm2 der Auslaßöffnung (126, 326) im Verhältnis von V/A = 5,08 :1 bis 1,27 :1 steht.
2. Belüftungsverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Ausiaßöffnung (126,326) kleiner ist als die lotrechte Querschnittsfiä- Ji) ehe der zweiten Kammer (136,336).
3. BelüftungsVerschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (126, 326) schlitzförmig ist und eine Breite im Bereich von etwa 0,5—1,0 mm aufweist.
4. Belüftungsverschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (136, 336) ein Volumen von 0,204—0,82 cm3 besitzt.
5. Belüftungsverschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (123, 323) ein offenes Porenvolumen von etwa einem Sechstel seines Gesamtvolumens aufweist.
6. Belüftungsverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (111, 311) aus einem polymeren thermoplastischen Material besteht.
7. Belüftungsverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß einstückig ausgebildet ist und daß die zweite Kammer (336) über dem Diffusor (323) in einem Deckel (315) angeordnet ist.
8. Belüftungsverschluß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Auslaßöffnungen vorgesehen sind, die im Deckel (315) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
9. Belüftungsverschluß nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Trennwand (117), die eine im Querschnitt praktisch T-förmige rohrartige Leitwand (150) aufweist, die innerhalb des Hohlkörpers (111) und auf Absta.id von der Belüftungsöffnung (118) angeordnet ist.
10. Belüftungsverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (336) eine einzige Auslaßöffnung (326) zur Außenseite des Hohlkörpers (311) aufweist. t>5
11. Belüftungsverschluß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (117) im Innern des Hohlkörpers (311) angeordnete, scheibenförmi
ge Leitwandelemente (354) autweist
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