DE2419266A1

DE2419266A1 - Ausgleichsgefaess fuer den volumenausgleich und die luftabscheidung eines in einem kreislauf insbesondere die maschinenkuehlraeume einer fluessigkeitsgekuehlten brennkraftmaschine durchstroemenden fluessigen waermetraegers

Info

Publication number: DE2419266A1
Application number: DE2419266A
Authority: DE
Inventors: Josef Merz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-04-22
Filing date: 1974-04-22
Publication date: 1975-10-30
Also published as: FR2268157A1; DE2419266C3; GB1510175A; DE2419266B2; FR2268157B1; US4002442A; ES436691A1

Description

Oaimler-Benz Aktiengesellschaft Palm 9725/4 Stuttgart ¹⁹· ^AP^{ril 1974}

"Ausgleichsgefäß für den Volumenausgleich und die Luftabseheidung eines in einem Kreislauf insbesondere die Maschinenkühlräume einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durchströmenden flüssigen Wärmeträgers"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausgleichsgefäß für den Volumenausgleich und die Luftabscheidung eines in einem Kreislauf insbesondere die Maschinenkühlräume einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durchströmenden flüssigen Wärmeträgers ,mit einer am Gefäßboden liegenden und sowohl mit einem Hauptstrom-Eintritt und einem Hauptstrom-Austritt zur Einschaltung in das Kreislaufleitungssystem als auch mit einem in einen oberen Abscheideraum einmündenden Nebenstrom-Austritt versehenen unteren Hauptstromkammer, bei dem der Abscheideraum mit einem geodätisch über dem Nebenstrom-Austritt liegenden Nebenstrom-Eintritt für den Anschluß an den mit dem Hauptstrom· Eintritt verbundenen Abschnitt des KreislaufIeitungssystemes versehen ist«

Ein in den austrittsseitigen Wasserkasten eines Querstromkühlers integriertes Ausgleichsgefäß dieser Art ist bekannt ClIS-PS 3 ^55 3?7). Derartige Ausbleichtefäße arbeiten so, daß eine Teilmenge des Kühlwasserhauptstromes als Nebenstrom in den Abscheideraum eingeleitet und dort verlangsamt wird, um die im Nebenstrom eingeschlossenen Luftteilchen abzuschei-

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den, die sich im Luftraum des Ausgleichsgefäßes über dem Abscheideraum ansammeln. Die Geschwindigkeitsverringerung wird dadurch erzielt« daß die Strömungsquerschnitte von Nebenstrom-Eintritt und Nebenstrom-Austritt gegenüber dem Strömungsquerschnitt des Abscheideraumes nur sehr klein sind. Da der Strömungsquerschnitt des Absehe!deräumes jedoch wegen mangelnden Bauraumes oftmals relativ eng ausfällt, darf die Nebenstromntenge zur Einhaltung der langsamen Strömungsgeschwindigkeit im Abscheideraum dann nur sehr klein sein. Dadurch besteht die Gefahr, daß beim Anfall von größeren Luftmengen im Hauptstrom die Luftteilchen den Kreislauf mehrmals durchlaufen müssen, ehe sie in den im Nebenstrom liegenden Abscheideraum gelangen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, das Ausgleichsgefäß der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auch noch bei einem Anfall größerer Luftmengen eine wirksame Abscheidung der Luftteilchen erzielt wird.

Nach einem ersten Erfindungsgedanken ist die erläuterte Aufgab· in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß der Abscheideraum wenigstens zwei durch jeweils eine Nebenstrom-Verbindung in Reihe miteinander verbundene Nebenstromkammern mit je einer■ in den Luftraum des Abscheideraumes ausmündenden Entlüftungeverbindung aufweist und die am einen Ende der Verbindungsreihe liegende Nebenstromkammer mit dem Nebenstrom-Eintritt und die am anderen Ende der Verbindungsreihe liegende Nebenstromkammer mit dem Nebenstrom-Austritt versehen ist. Die hintereinander geschalteten Nebenstromkamotern bilden eine Mehrzahl von Entlüftungseteilen, so daß auch mit höheren Strömungsgeschwindig-

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keiten im Nebenstrom gearbeitet werden kann, wobei der Gesamtquerschnitt dieser Nebenstromkamnern nicht bzw. nicht wesentlich größer sein muß als der Querschnitt des einzigen Abscheide' räumes beim bekannten Ausgleichsgefäß.

Nach einem zweiten Erfindungegedanken ist die Abscheidefunktion bei einem Ausgleichs^©faß der eingangs genannten Art auch dadurch verbessert, daß die Hauptstromkammer eine Entlüftungsbypaßverbindung aufweist, die unter Umgehung des Nebenstromes in den Luftraum des Abscheideräumes ausmündet. Hierdurch ist eine von den Strömungsgeschwindigkeiten im Nebenstrom unabhängige Entlüftungsstelle in der Hauptstromkammer geschaffen, an der auch Luftteilchen noch abgeschieden werden, die nicht in den Nebenstrom eingetreten sind und an sich beim bekannten Ausgleichsgefäß mindestens zu einem weiteren.Kreislauf gezwungen sind. Wird die Anordnung so getroffen, daß die in die Hauptstromkammer mündende Öffnung der Entlüftungsbypaßverbindung geodätisch über der in die Hauptstromkammer mündenden Öffnung des Nebenstrom-Austrittes liegt, dann werden auch noch im Nebenstrom nicht abgeschiedene und in die Hauptstromkammer über den Nebenstrom-Austritt austretende Luftteilchen über die Entlüftungsbypaßverbindung in den Luftraum des Ausgleichsgefäßes geleitet.

Um mit Sicherheit die über den Hauptstrom in die Hauptstromkammer eingetretenen Luftteilchen von der Entlüftungsbypaßverbindung zu erfassen, ist vorgesehen, daß die in die Hauptstroakaimer ausmündende Öffnung der Entlüftungsbypaßverbindung über den Strömungebereich zwischen dem Hauptstrom-Eintritt und dem Hauptatrom-Austritt liegt.

Wird die Anordnung so getroffen, daß die in die Nntinnntrniii ■— ι

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mündende Öffnung des Nebenstrom-Eintrittes und die in den Luftraum mündende Öffnung der Entlüftungeverbindung dieser Nebenstromkammer horizontal gegeneinander versetzt sind, dann ist die Gefahr verringert, daß die Strömung im Nebenstrom-Eintritt im Luftraum angesammelte Luftteilchen mitreißen kann.

Um beim Füllen des Ausgleichsgefäßes zu vermeiden, daß der einfließenden Flüssigkeit aufsteigende Luft- oder Flüssigkeitsteilchen über die Entlüftungsverbindung der den Nebenstrom-Eintritt aufweisenden Nebenstromkammer entgegenströmen, kann vorgesehen sein, daß der Einfüllstutzen im Bereich oberhalb derjenigen Kammerwand der den Nebenstrom-Eintritt aufweisenden Nebenstromkammer liegt, die die in diese Nebenstromkammer mündende Öffnung des Nebenstrom-Eintrittes überdeckt.

Mehrere Nebenstromkammern auf einem kleinen Gesamtquerschnitt unterzubringen ist dadurch erleichtert, daß eine Ausbuchtung einer Nebenstromkammer eine benachbarte Nebenetromkammer untergreift und die Nebenstromverbindung zwischen diesen Kammern

aufweist.

Umlenkungen des Nebenstromes sind an sich zur Verbesserung der Abscheidefunktion günstig, verursachen jedoch Druckverluste. Zur Verringerung solcher Druckverluste kann vorgesehen sein, daß die in die Nebenetromkammer mündende Öffnung des Nebenstrom-Eintrittes geodätisch über der in diese Nebenstromkammer mündenden Öffnung der Nebenstromverbindung liegt. Für denselben Zweck ist es günstig, daß die in die Nebenstromkammer mündende Öffnung des Nebenstrom-Austrittes geodätisch unter der in diese Nebenstromkammer mündenden Öffnung der Nebenstromverbindung liegt.

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Eine baulich einfache und daher vorteilhafte Ausführungsform des Ausgleichsgefäßes, nach der Erfindung ist dadurch erreicht, daß die den Nebenstrom-Eintritt aufweisende Nebenstromkammer von einer im wesentlichen U-förmigen Trennwand eingeschlossen . ist, deren Wand-Schenkel gegenüber dem im wesentlichen vertikal verlaufenden Wand-Steg einen Winkel ungleich 90 einschließen Dei dieser Ausführungsform schirmt der obere Wand-Schenkel den Nebenstrom-Eintritt gegen den Einfüllstutzen ab, während der untere Wand-Schenkel die vom Nebenstrom-Austritt zur Entlüftungsbypaßverbindung stetig ansteigende obere Abschlußwand der Hauptstromkammer bildet. Die U-förmige Kammerwand kann aus einem einfachen Trennblech bestehen. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ausgleichsgefäßes kann noch dadurch verbessert sein, daß die den Nebenstrom-Eintritt aufweisende Nebenstromkammer von einer im wesentlichen L-förmigen Trennwand eingeschlossen ist, deren einer Wand-Schenkel im wesentlichen vertikal verläuft und gegenüber dem anderen Wand-Schenkel einen Winkel ungleich 90 einschließt. Hierbei stellt der zur Vertikalen geneigte Wand-Schenkel in einfacher Weise eine Ausbuchtung der benachbarten Nebenstromkammer dar. Auch die L-förmige Kammerwand kann ein einfaches Trennblech sein.

Der besondere Vorteil dieser letztbeschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ausgleichsgefäßes besteht darin, daß durch die Anordnung von nur zwei Trennwänden im Ausgleichsgefäß eine Haupt stromkammer, zwei Nebenstronikammern, eine Entlüf tungsbypaßverbindung der Hauptstromkammer sowie ein oberer Luftraum gebildet sind.

Wie ein Ausgleichsgefäß nach der Erfindung im einzelnen ausgeführt sein kann, ist im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In der

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Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Querstromkiihler mit einem in den austrittsseitigen Wasserkasten integrierten Ausgleichsgefäß nach der Erfindung gemäß Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch den Querstromkühler in Fig. 1 nach Linie II-II und

Fig. 3 eine perspektivische Schemadarstellung der Innenteile des austrittsseitigen Wasserkastens des Querstromkühlers der Fig. 1.

Der Querstrorakühler 10 ist auf seiner einen Seite mit einem eintrittsseitigen Wasserkasten 11 und auf seiner anderen Seite mit einem austrittsseitigen Wasserkasten 12 versehen. Der Wasserkasten 12 ist durch eine dachförmige Trennwand 13 in eine Sammelkammer l*t und in ein kastenförmiges Ausgleichsgefäß 15 unterteilt. Der Wasserkasten 11 und die Sammellcaramer Ik sind durch quer verlaufende Kühlwasserbahnen l6 miteinander verbunden. Das Kühlwasser wird dem Wasserkasten 11 über einen oberen Zulaufstutzen zugeleitet, durchströmt die Kühlwasserbahnen l6 und tritt anschließend in die Sammelkammer 1Λ aus. Am Boden iß des Ausgleichsgefäßes 15 liegt eine Hauptstromkammer 19» die über eine untere Öffnung 20 in der Trennwand 13 mit der Saunelkammer 14 in Verbindung steht, so daß das Kühlwasser aus der Sammelkamnrer l4 über die Öffnung 20 in die Hauptstrorakamraer 19 eintritt. In die Hauptstrorakammer 19 nun-

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det der Rücklaufstutzen 21 des Wasserkastens 12, über den das Kühlwasser aus der Hauptstronkammer 19 austritt.

In das Ausgleichsgefäß 15 ist eine U-föraige Trennwand 22 eingesetzt, deren Stegwand 23 parallel und ±m Abstand zur hinteren Stirnwand 2k des Wasserkastens 12 verläuft und auf diese Weise eine Entlüftungsbypaßverbindung 25 zwischen der Hauptstrorakatnmer 19 und dem Luftraum 26 unter der Deckwand 27 des Ausgleichsgefäßes 15 bzw. des Wasserkastens 12 bildet. Die Trennwand 23 ist sowohl mit der Trennwand 13 als auch mit der Seitenwand 28 des Wasserkastens 12 dicht verbunden. Die aufgespreizten Schenkelwände 29 und 30 der U-förmigen Trennwand bilden gegenüber der vorderen Stirnwand 31 des Wasserkastens ein offenes U und sind mit ihren freien Enden jeweils mit Abstand sowohl zur Stirnwand Jl als auch zur Deckwand 27 bzw. Bodenwand 18 angeordnet.

In das Ausgleichsgefäß 15 iet ferner eine zweite L-förmige Trennwand 32 eingesetzt und gleichfalls sowohl mit der Trennwand 13 als auch mit der Seitenwand 28 dicht verbunden. Die eine Schenkelwand 33 der Trennwand 32 verläuft parallel zur Stirnwand Jl als auch jeweils mit freiem Abstand zur Stirnwand 31 und zur Schenkelwand 29« Die andere, aufgespreizte Schenkelwand Jk der Trennwand 32 unterteilt den von der Stirnwand 31 und der anderen Trennwand 22 eingeschlossenen Gefäßraum in zwei Nebenstromkammern 33 und 36, die über eine durch einen Abstand zwischen dem freien Wandende der Schenkelwand Jk und der Schenkelwand 30 gebildete Nebenstromverbindung 37 miteinander verbunden sind. Dabei bilden einerseits Stirnwand 31 und Schenkelwand 33 eine Entlüftungsverbindung 38 für die Nebenstromkammer 36 zum Luftraum 26 und andererseits Schenkel-

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wand 33 und Schenkelwand 29 eine Entlüftungsverbindung 39 für die Nebenatromkamner 35 zum Luftraum 26.

In der Trennwand 13 ist eine Öffnung kO vorgesehen, die die
Sannaelkammer Ik mit der Nebenatrorakanuner 35 verbindet und so den Nebenstrom-Eintritt des Ausgleichsgefäßes bildet. Durch
den freien Abstand zwischen der Schenkelwand 30 und der Stirnwand 31 bzw. der Bodenwand 18 ist ein Nebenstrom-Austritt kl geschaffen, der die Nebenstronkaramer 36 mit der Hauptstromkamine r 19 verbindet. Eine Teilmenge des Kühlwasserstromes in der Sammelkammer Ik wird über die Öffnung kO abgezweigt und
als Nebenstrom über die Nebenstromkammern 35 ^und 36 in die
Hauptstromkammer I9 gleitet, in der sie wieder mit dem über die Öffnung 20 eintretenden Kühlwasserhauptstrom aus der Samme1-kanmer Ik vereinigt wird. In den Nebenstromkammern 35 und 36 scheidet sich Luft aus dem Nebenstrom ab, die mittels der Entlüftungsverbindungen 39 bzw. 38 in den Luftraum 26 geleitet
wird.

Die Entlüftungsverbindung 25 stellt eine zusätzliche Entlüftungsstelle des Ausgleichsgefäßes I5 für die Luftabscheidung des von der Öffnung 20 zum Rücklaufstutzen 21 geführten Ilauptstromee dar. Zu diesem Zweck liegt die in die Hauptstromkammer 19 mündende Öffnung k2 dieser Entlüftungsverbindung 25 oberhalb des Bereiches kl zwischen der Öffnung 20 und der in die Ilauptstromkanuner 19 mündenden Öffnung kk des Rücklaufstutzens 21. Dabei weist die Öffnung k2 gegenüber dem Nebenstrom-Austritt ki ein geodätisches Gefälle 45 auf, so daß auch noch über den Nebenstrom in die Hauptstromkammer I9 eintretende Luftteilchen über die Entlüftungsbypaßverbindung 25 in den Luftraum abgeschieden werden.

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Die Entlüftungsverbindung 39 der Nebenstrorakammer 35 ist gegenüber der Öffnung 4o horizontal um einen Abstand 46 versetzt, so daß vermieden ist, daß durch die Strömung der Öffnung 4o Luftteilchen aus dem Luftraum 26 in den Nebenstrom mitgerissen werden. In dem Bereich 47 oberhalb der die Öffnung 4o überdeckenden Schenkelwand 29 ist der in den Luftraum 26 mündende Einfüllstutzen 48 an der Deckwand 27 angeordnet, so daß der Einfüllstrom von der Öffnung 4o ferngehalten wird.

Die Schenkelwände 30 und 34 stellen eine die Nebenstromkammer 35 untergreifende Ausbuchtung dar, die eine lediglich einen engen Gefäßquerschnitt erfordernde Etagenanordnung der Nebenstromkammern 35 und 36 ermöglicht.

Die den Nebenstrom-Eintritt bildende Öffnung 4o liegt um den Höhenabstand 49 höher als die Nebenstromverbindung 37« die durch ihre Anordnung an der weitesten Stelle der Ausbuchtung 30,34 eine Umlenkung des Nebenstromes erzwingt. Infolge des Höhenabstandes 49 sind die durch die Strömungsumlenkung eintretenden Druckverluste gering.

Aus dem gleichen Grund weist die Nebenstromverbindung 37 gegenüber dem horizontal versetzt liegenden und daher gleichfalls eine Strömungsumlenkung erzwingenden Nebenstrom-Austritt 4l einen geodätischen Höhenabetand 50 auf.

Der stetige geneigte Verlauf der Schenkelwände 29,30 und 34 sowie die hinterschneidungsfreie Ausbildung der'Stegwand 23 und des Wandschenkels 33 verhindern die Ausbildung von Luftsäcken im Auagleichsgefäß.

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Claims

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19. April

1. /Ausgleichsgefäß für den Volumenausgleich und die Luftabschei- -·' dung eines in einem Kreislauf insbesondere die Maschinenkühlräume einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durchströmenden flüssigen Wärmeträgers, mit einer am Gefäßboden liegenden und sowohl mit einem Hauptstrom-Eintritt und einem Haupt· strom-Austritt zur Einschaltung in das Kreislaufleitungssystem als auch mit einem in einen oberen Abscheideraum einmündenden Nebenstrom-Austritt versehenen unteren Hauptstromkammer, bei dem der Abecheideraum mit einem geodätisch über dem Nebenstrom-Austritt liegenden Nebenstrom-Eintritt für den Anschluß an den mit dem Hauptstrom-Eintritt verbundenen Abschnitt des Kreislauf leitungssystemes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheideraum wenigstens zwei durch jeweils eine Nebenstrom-Verbindung (37) in Reihe miteinander verbundene Nebenstromkammern (35 und 36) mit je einer in den Luftraum (26) des Abscheideraumes ausmündenden Entlüftungsverbindung (39 bzw. 38) aufweist und die am einen Ende der Verbindungsreihe liegende Nebenstromkammer (35) mit dem Nebenstrom-Eintritt (40) und die am anderen Ende der Verbindungsreihe liegende Nebenstromkammer (36) mit dem Nebenstrom-Austritt (kl) versehen ist.

2. Ausgleichsgefäß für den Volumenausgleich und die Luftabscheidung eines in einem Kreislauf insbesondere die Maschinenkühlräume einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine durchströmenden flüssigen Wärmeträgers, mit einer am Gefäßboden liegenden und sowohl mit einem Hauptstrom-Eintritt und einem Hauptstrom-Auetritt zur Einschaltung in das Kreislaufleitungssystem als auch mit einem in einen oberen Abscheideraum einmün-

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denden Nebenstrom-Austritt versehenen unteren Hauptstromkaramer, bei dem der Abscheideraum mit einem geodätisch über dem Nebenstrom-Austritt liegenden Nebenstrom-Eintritt für den Anschluß an den mit dem Hauptstrom-Eintritt verbundenen Abschnitt des Kreislaufleitungssystemes versehen ist,insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstromkammer

(19) eine Entlüftungsbypaßverbindung (25) aufweist, die unter Umgehung des Nebenstromes in den Luftraum (26) des Abscheideraumes ausmündet.

3.-Ausgleichsgefäß nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hauptstromkammer (19) mündende Öffnung (42) der Entlüftungsbypaßverbindung (25) geodätisch über der in die Hauptstromkammer (19) mündenden Öffnung des Nebenstrom-Austrittes (kl) liegt.

k. Ausgleichegefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Hauptstromkammer (19) ausmündende Öffnung (42) der Entlüftungsbypaßverbindung (25) über dem Strömungsbereich (O) zwischen dem Haupt strom-E int ritt

(20) und dem Hauptstrom-Austritt (kk) liegt.

5- Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Nebenstromkammer (35) mündende Öffnung des Nebenstrom-Eintrittes (4o) und die in den Luftraum (26) mündende Öffftiung der Entlüftungsverbindung (39) dieser Nebenstromkammer (35) horizontal gegeneinander versetzt sind.

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6. Ausgleichegefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, mit einem in den Luftraum des Abscheideräumes mündenden Einfüllstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfüllstutzen (48) im Bereich oberhalb derjenigen Kammerwand (Schenkelwand 29) der den Nebenstrom-Eintritt (ko) aufweisenden Nebenstromkammer (35) liegt, die die in diese Nebenstromkammer (35) mündende Öffnung des Nebenstrom-Eintrittes (40) überdeckt.

7· Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbuchtung (30,3^) einer Nebenstromkamner (36) eine benachbarte Nebenstromkammer (35) untergreift und die Neben·tromverbindung (37) zwischen diesen Kammern aufweist.

8. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Nebenstromkammer

(35) mündende Öffnung des Nebenstrom-Eintrittes (4o) geodätisch über der in diese Nebenstromkammer (35) mündenden Öffnung der Nebenstromverbindung (37) liegt.

9. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Nebenstromkammer

(36) mündende Öffnung des Nebenstrom-Austrittes (^1) geodätisch unter der in dies© Nebenstromkammer (36) mündenden Öffnung der Nebenstromverbindung (37) liegt.

10. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Nebenstrom-Eintritt (kO) aufweisende Nebenstromkammer (35) von einer im wesentlichen U-förmigen Trennwand (22) eingeschlossen ist, deren Wand-Schenkel (29 und 30) gegenüber dem im wesentlichen vertikal verlaufenden Wand-Steg (23) einen Winkel ungleich 90° einschließen.

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11. Ausgleichsgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die den Nebenstrom-Eintritt
(ko) aufweisende Nebenstromkammer (35) von einer im wesentlichen L-förmigen Trennwand (32) eingeschlossen ist, deren einer Wand-Schenkel (33) i«a wesentlichen vertikal verläuft und gegenüber dem anderen Wand-Schenkel (3²O einen Winkel ungleich 90° einschließt.

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