DE2824132A1

DE2824132A1 - Zylinderkopf fuer eine luftgekuehlte brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2824132A1
Application number: DE19782824132
Authority: DE
Inventors: Fritz Ing Freyn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1978-12-14
Also published as: US4216746A; ATA403277A; JPS5820383B2; AT365743B; DE2824132C2; JPS545115A; FR2393941A1; FR2393941B1

Description

Dipl.-Ing. Dr. Dr. h, c. Hans LIST in Graz, Österreich

Zylinderkopf für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit "bezüglich der Zylinderachse senkrecht und parallel angeordneten Kühlrippengruppen und Luftleitflächen, wobei im unteren Bereich des Zylinderkopfes unterhalb des je quer zur Luftströmungsrichtung liegenden Elulaß- und des Auslaßkanals, in der Strömungsrichtung der Kühlluft von vorne nach hinten durchgehende senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und im oberen Bereich des Zylinderkopfes zv/iscüeri · den Ventilführungen eine Gruppe parallel zur Zylinderuchse verlaufende Kühlrippen und in der Höhe des Einlaß- und des Auslaßkanales auf der Zuströmseite zu beiden Seiten derparallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe senker, recht zur Zylinderachse verlaufende, bis zu den Kanalwandungen reichende Kühlrippengruppen angeordnet sind und wobei weiters auf der Abströmseite eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und auf der Zuströmseite Leitflächen vorgesehen sind, die seitliche Ausströmöffnungen für einen Teil der Kühlluft bilden und ferner über dem Zylinderkopf eine weitere Leitfläche vorgesehen ist, die sich über die, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, vor und hinter dem Einlaß- und Auslaßkanal angeordneten Kühlrippen erstreckt.

Box bekannten Ausführungen dieser Art sind u.a. aus konstruktiven Gründen der Ein- und der Auslaßkanal quer zur Kurbelwellenachse angeordnet. Die Kühlluft wird dabei von einem 8chmingradgebläse geliefert und parallel zur Kurbelwellenachse

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über den zu kühlenden Zylinderkopf geblasen. Dabei erweisen sich die quer zum Kühlluftstrom liegenden Ein- und Auslaßkanäle als Hindernis für die Kühlluft, sodaß die im Windschatten der Kanalwandungen liegenden Zylinderkopfpartien nur mangelhaft gekühlt werden. Zudem ist die an die Eückseite des Zylinderkopfes gelangende Kühlluft bereits stark erwärmt, wodurch bei dem auf der Abströmseite der Kühlluft liegenden Teil des Zylinderkopfes nur mehr eine abgeschwächte Kühlwirkung eintritt. Motoren dieser Bauart sind daher häufig mit Kühlungsschwierigkeiten des Zylinderkopfes behaftet.

Eine gewisse Verbesserung dieser Verhältnisse kann mit einer aus der DE-OS 1 930 148 bekannten Zylinderkopf-Konstruktion erreicht werden. Der Zylinderkopf gemäß der DE-OS weist in der Höhe des Ein- und Auslaßkanales auf der Zuströmseite der Kühlluft eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe und zu deren beiden Seiten jeweils eine Gruppe senkrecht zur Zylinderachse verlaufender Kühlrippen auf, die bis zu den Kanalwandungen reichen. Auf der Abströmseite ist eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufender Kühlrippen vorgesehen und auf der Zuströmseite sind Leitflächen angeordnet, die seitliche Ausströmöffnungen für einen Teil der Kühlluft bilden und die vor den Kanalwandungen des Einlaß- und Auslaßkanales enden. Über dem Zylinderkopf ist eine weitere Leitfläche vorgesehen, die sich über die, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, vor und hinter dem Einlaß- bzw. Auslaßkanal angeordneten Kühlrippen erstreckt und die mit den Kühlrippen zu* · saramengegossen ist.

Diese Konstruktion ist Jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, daß durch die einstückige Ausbildung des Zylinderkopfes und der über diesem angeordneten Luftleitfläche · die Herstellung des Zylinderkopfes erschwert wird. Infolge der relativ großen Kühlluftkanäle auf der Abströmseite und des Fehlens seitlicher Luftleitflächen hinter dem Einlaß- bzw. Aublaßkanal wird dieser Bereich nur mangelhaft gekühlt.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der Grundkonstruktion der angeführten bekannten Ausführungen, die ge-

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nannten Nachteile zu vermeiden und eine Lösung anzugeben, die gleichzeitig gute Kühlungsverhältnisse -und leichte Herstellung des Zylinderkopfes ermöglicht. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, daß die Leitfläche über dem Zylinderkopf im,hinsichtlich der Strömungsrichtung der Kühlluft, vorderen Teil des Zylinderkopfes mit den obersten senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der beiden seitlichen Kühlrippengruppen durch Einhaltung eines Abstandes einen Luftkanal bildet, der zwischen den Ventilführungen und über den Einlaß- und Auslaßkanal hinwegführt und im hinteren Teil des Zylinderkopf es in mehrere Luftkanäle übergeht, die durch die dortige parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe und die hier höchstens einen geringen Abstand aufweisende Leitfläche gebildet sind, und daß sich die Luftleitflächen an den Seiten des Zylinderkopfes bis an dessen Rückseite erstrecken und dort eine Abströmöffnung bilden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht eine gezielte Führung von Kühlluft strömen, wodurch am ganzen Zylinderkopf eine wesentlich gleichmäßigere Kühlwirkung erreicht wird. Durch die gleichmäßige Kühlung kann der Kühlluftaufwand und damit die Leistungsaufnahme des Gebläses kleiner gehalten v/erden. Außerdem werden durch gute thermozentrische Kühlung Verformungen von Zylinder- und Zylinderkopf infolge Väremspannungen vermieden, was sich sehr günstig auf den Verschleiß und die Lebensdauer der Maschine auswirkt. Die Anordnung von seitlichen Ausströmöffnungen vor den hinderlichen Kanalwandungen ermöglicht es, daß ein Teil der bereits erhitzten Luft ins Freie austreten kann und durch die erfindungsgemäße "überführung von Kühlluft über den Ein- und Auslaßkanal hinweg können diese selbst und auch der, bezüglich der Strömungsrichtung der Kühlluft, hintere Teil des Zylinderkopfes gut gekühlt werden. Infolge der im Bereich der Ventilführungen und des hinteren Teiles des Zylinderkopfes nahe den Kühlrippen angeordneten Luftleitfläche und der bis an die Rückseite des Zylinderkopfes sich erstreckenden seitlichen Luftleitflächen wird die Luftströmung in diesem kühlungsmäßig sonst kritischen Bereich intensiviert, woraus eine deutlich bessere Wärmeabfuhr resultiert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der leichten Gießbarkeit

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des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes, wobei die drei Zugrichtungen der Gußkerne nach beiden Seiten und nach, oben der Herstellung sehr entgegenkommen.

In Ausgestaltung der Erfindung können, wenn seitliche Ausströmöffnungen in der Höhe des Einlaß- bzw. Auslaßkanales angeordnet sind und Drosselstellen für die austretenden Kühlluftströme bilden,die Ausströmöffnungen in den Leitblechen angeordnet sein. Die Herstellung dieser Ausströmöffnungen ist einfach und es können diese den Erfordernissen der Kühlung leicht angepaßt werden.

Erfindungsgemäß kann weiters der Querschnitt der Ausströmöffnungen z.B. über Schieber in Abhängigkeit von einer Motorbetriebsgröße, vorzugsweise der Temperatur der austretenden Kühlluft, veränderbar sein. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer einfachen und betriebssicheren Regelung des Kühlluftstromes vor allem dann, wenn die Brennkraftmaschine nicht nur stationär mit einer einzigen Motordrehzahl, sondern mit mehreren Drehzahlen betrieben werden soll. Eine zu intensive aber auch zu schwache Kühlung - beides ist für den Kraftstoff-Verbrauch und die Betriebssicherheit von Nachteil - wird dadurch vermieden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Leitfläche über dem Zylinderkopf gemeinsam mit den Kipphebel-Lagerböcken mit den zu deren Festlegung am Zylinderkopf vorgesehenen Schrauben befestigt und weist im Bereich der Ventilführungen und der Kipphebel in an sich bekannter Weise eine Vertiefung auf und bildet zusammen mit einem Deckel und einer Dichtung einen dicht abgeschlossenen Kipphebelkasten. Die gleichzeitige Verwendung der über dem Zylinderkopf angeordneten Luftleitfläche als Leitfläche und als Unterteil für den notwendigen Kipphebelkasten vereinfacht und verbilligt die Konstruktion. Die Benützung der Befestigungselemente für die Kipphebel - Lagerböcke zur' Festlegung der Luftleitfläche am Zylinderkopf ergibt eine \ieitere Vereinfachung und Verbilligung sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage.

In weitere^ Ausgestaltung der Erfindung können am Auslaß- und/oder am Einlaßkanal im Bereich der über diese hin-

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wegführenden Luftkanäle in an sich bekannter Weise Kühlrippen angeordnet sein. Als Vorteil dieser Ausgestaltung ist die damit erreichbare verbesserte Kühlwirkung vor allem am heißeren Auslaßkanal zu nennen. Durch die bessere Wärmeabfuhr an dieser im allgemeinen gegenüber den übrigen Zylinderkopfteilen deutlich heißeren Stelle wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Zylinderkopf erreicht.

Me Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen horizontalen Schnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie I-I in Pig. 2,

Pig. 2 einen Vertikal schnitt nach der Linie H-II in Pig.1, Fig. J einen Vertikal schnitt nach der Linie IH-III in Pig. 1,

Pig. ^L\- eine Seitenansicht ensprechend dem Pfeil TV in Pig. 1,

Pig. 5 einen Vertikalschnitt nach der Linie V-V in Pig.1 und

Pig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Pig.2. Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriffe "vorne" und "hinten" bzw. "vorderer" Teil und "hinterer" Teil stellen eine Lageangabe bezüglich der Strömungsrichtung der Kühlluft dar.

Der,- in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, vordere Teil des Zylinderkopfes 1 trägt in der Mittelebene eine Gruppe 4 von parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen sowie zu beiden Seiten je eine Gruppe 5, 6 von senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen, die in der Höhe des Einlaßkanals 7 und des Auslaßkanals 8 in die Kanalwandungen 9> 10 übergehen. Die beiden äußeren Hippen der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Rippengruppe ¹V sind nach unten zum Zylinderkopf boden hin verstärkt, um den Wärmefluß vom Zylinderkopfboden in die senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Rippengruppen 5» β zu erleichtern. Die im unteren Bereich des Zylinderkopfes 1 angeordnete senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe 11 umgibt den Zylinderkopf ohne Unterbrechung. Die parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe 4· reiärb bis in den Bereich der Ventilführungen 12, 13· Bei genügend

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großem Abstand der Ventilführungen kann eine Rippe auch über den Ventilsteg 14 bis zum hinteren Teil des Zylinderkopfes 1 durchgehend ausgeführt sein. Der hintere !Teil des Zylinderkopfes 1 trägt im oberen Bereich und in der Höhe des Einlaßuncl Auslaßkanales 7, 8 eine parallel zur Zylinderachse verlaufende Rippengruppe 15» die im unteren Bereich des Zylinderkopfes in eine am Einlaß- und Auslaßkanal angesetzte senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Rippe 16 übergeht. Der mittlere vordere Teil der obersten Rippe der senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Rippengruppe 11 sowie die Rippe sind au ihrem Ansatz hin ebenfalls aus Gründen der besseren V/ärmeleitung zu den parallel zur Zylinderachse verlaufenden iUppengruppen 4 und 15 verstärkt ausgeführt.

Der Zylinderkopf 1 ist von Luftleitflachen umgeben, die im Beispiel als Leitbleche ausgeführt sind. Das auf der Zuströmseite vorgesehene Luftleitblech 17 ist am vorderen Teil des Zylinderkopfes 1 in einem Abstand von den Kühlrippengruppen 4, 5, 6 zu beiden Seiten des Zylinderkopfes 1 Jedoch an die Kühlrippengruppen 5» 6, 11 anliegend angeordnet, An das Luftleitblech 17 schließen seitlich die Leitbleche 18, an, in denen in der Höhe des Einlaß- und Auslaßkanales 7» 8 vor diesen Öffnungen 20, 21 als Drosselstellen vorgesehen sind. Die Leitbleche 18, 19 setzen sich bis zur hinteren Seite des Zylinderkopfes 1 fort, v/o sie mit einem Abstand von den KuM-rippengruppen 11, 15 zueinander gebogen sind und eine öffnung 22 für die austretende Kühlluft freilassen.

Über dem Zylinderkopf 1 ist ein weiteres Luftleitblech angeordnet, das zusammen mit den Leitblechen 17, 18, 19 den Zylinderkopf umschließt. Das Luftleitblech 23 erstreckt sich über die vor und hinter dem Einlaß- bzw. Auslaßkanal 7» 8 angeordneten Kühlrippengruppen 4, 5 ,6, 15 und bildet im vorderen Teil des Zylinderkopfes 1 mit den obersten senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der Kühlrippengruppen 5, 6 durch Einhaltung eines Abstandes 24- einen Luftkanal 25· Im Bereich der Ventilführungen 12, 13 und der Kipphebel '27,28 weist das Luftleitblech 23 eine Vertiefung 26 auf. Es liegt dort auf den für die Kipphebel-Lagerböcke 29, 30 und die Ventil-

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führungen 12, 13 am Zylinderkopf 1 vorgesehenen Angüssen 3I, auf und ist in nicht näher dargestellter Weise gemeinsam mit den Kipphebel-Lagerböcken 29» 30 mit den zu deren Festlegung am Zylinderkopf 1 vorgesehenen Schrauben befestigt. Im Bereich des Einlaß- bzw. Auslaßkanales 7? 8 nahe den Anschlußflächen 33» 34 für Ansaug- bzw. Auspuffrohr ist die ursprüngliche Höhe des Luftleitbleches 23 erhalten, sodaß über den Einlaß- und Auslaßkanal 7» 8 je ein Luftkanal 35, 36 hinwegführt. Ein- und Auslaßkanal 7» 8, vorzugsweise der Auslaßkanal 8, können Kühlrippen 37 tragen. Im hinteren Teil des Zylinderkopfes 1 weist das Luftleitblech 23 im Bereich seiner Vertiefung 26 keinen oder nur einen geringen Abstand zu der dort parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe I5suf, xtfodurch der Luftkanal 25 in mehrere, der Anzahl der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen entsprechende Luftkanäle 38 übergeht. Der Rand des Luftleitbleches 23 ist am hinteren Ende des Zylinderkopfes wieder auf die ursprüngliche Höhe hochgezogen, sodaß ein trogförmiges Gebilde entsteht, dessen rundum laufender Hand eine ebene Fläche ergibt. Auf diesen Rand wird unter Beilage einer geeigneten Dichtung 39 ein Deckel 40 aufgesetzt und in nicht näher dargestellter Weise befestigt, der zusammen mit dem trogformig ausgebildeten Luftleitblech 23 einen dicht abgeschlossenen Kipphebelkasten 41 bildet.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung von Kühlrippengruppen und Luftleitblechen geschieht die Kühlung des Zylinderkopfes wie inösr Folge beschrieben :

Der Zylinderkopf 1 wird mit Kühlluft von einem Gebläse, bei Einzylindermotoren vorzugsweise als Schwungradgebläse ausgebildet, über einen Zuluftschacht 2 angeblasen. Der Luftstrom, angedeutet durch die Pfeile 3» wird durch die Kühlrippengruppen 4, 5, 6 und 11 in mehrere Teilströme 4', 5'» 6¹ und 11' geteilt. Der Luftstrom 11' wird, geführt durch die Kühlrippengruppe 11 und die seitlichen Leitbleche 18, I9, im unteren Bereich bis an die Rückseite des Zylinderkopfes 1 gelenkt, wobei der untere Teil des Zylinderkopfes gekühlt wird. Die Luftströme 5* und 6' werden an den Wandungen 9> 10 !es Einlaß- bzw. Auslaßkanales 7» 8 nach außen abgelenkt und

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treten erwärmt durch die in den seitlichen Luftleitblechen 18, 19 vorgesehenen öffnungen 20, 21 ins Freie aus. Von den Kühlluftströraen 5¹» 6¹ spalten sich Teilströme 5"» 6" ab, die über die obersten der senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der Kühlrippengruppen 5, 6 "und über die Luftkanäle 55, 36 an die Rückseite des Zylinderkopfes 1 gelangen, wobei Einlaß- und Auslaßkanal 7» 8 gekühlt werden. In der folgenden, vom Luftleitblech 23 und der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe I5 bewirkten nach unten gerichteten Strömung v/erden die seitlichen Bereiche des hinteren Teiles des Zylinderkopfes 1 gekühlt, dann tritt die erwärmte Luft durch die Abströmöffnung 22 ins Freie aus. Der Teilluftstrom 4', gebildet durch die parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe ^l\- und das Luftleitblech 23, kühlt den obersten Bereich des Zylinderkopfes 1, tritt unter Erhöhung der Geschwindigkeit und intensiver Kühlwirkung zwischen den Ventilführungen 12, 13 hindurch und gelangt, geführt von der Luftleitfläche 23 und der parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe I5 in einer nach unten gerichteten Strömung an den hinteren mittleren Teil des Zylinderkopfes 1, von wo er ebenfalls über die Abströmöffnung 22 erwärmt ins Freie austritt.

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Mo/Ze

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Claims

Patentanwälte ^j

Dipl.-fng. Richard Mülter-Ecrnef

y. Hans-Hoinrich Wey 28241 32

-liK;:. Ekkahard Körner ^tm ^{U Ä} ^ 8000 München 22

Widenmayerstraße 49

Patentansprüche ;

Zylinderkopf für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine mit bezüglich der Zylinderachse senkrecht und parallel angeordneten Kühlrippengruppen und Luftleitflächen, wobei im unteren Bereich des Zylinderkopfes unterhalb des je quer zur Luftströmungsrichtung liegenden Einlaß- und des Auslaßkanales, in der Strömungsrichtung der Kühlluft von vorne nach hinten durchgehende senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und im oberen Bereich des Zylinderkopfes zwischen den Ventilführungen eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und in der Höhe des J^lraß- und des / Auslaßkanales auf der Zuströmseite zu beiden Seiten der L· parallel zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippengruppe senkrecht zur Zylinderachse verlaufende, bis zu den Kanalwandungen reichende Kühlrippengruppen angeordnet sind und wobei weiters auf der Abströmseite eine Gruppe parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippen und auf der Zuströmseite Leitflächen vorgesehen sind, die seitliche Ausströmöffnungen für einen Teil der Kühlluft bilden und ferner über dem Zylinderkopf eine weitere Leitfläche vorgesehen ist, die sich über die, in Strömungsrichtung der Kühlluft gesehen, vor und hinter dem Einlaß- und Auslaßkanal angeordneten Kühlrippen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (23) über dem Zylinderkopf (1) im, hinsichtlich der Strömungsrichtung der Kühlluft, vorderen Teil des Zylinderkopfes mit den obersten senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Kühlrippen der beiden seitlichen Kühlrippengruppen (5»6) durch Einhaltung eines Abstandes (24) einen Luftkanal (25) bildet, der zwischen den Ventilführungen (12,13) und über den Einlaß- und Auslaßkanal (7,8) hinwegführt und im hinteren Teil des Zylinderkopfes (1) in mehrere Luftkanäle (38) übergeht, die durch die dortige parallel zur Zylinderachse verlaufende Kühlrippengruppe (15) und die hier höchstens einen geringen Abstand aufweisende Leitfläche (23) gebildet sind und daß sich die Luftleit-

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flächen (18, 19) an den Seiten des Zylinderkopf es TdIs an dessen Rückseite erstrecken und dort eine Abströmöffnung (22) bilden.

Zylinderkopf nach Anspruch 1, mit in der Höhe des Einlaßbzw. Auslaßkanales vorgesehenen seitlichen Ausströmöffnungen, die Drosselstellen für die austretenden Küh?_luftströme bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnungen (20,21) in den Leitflächen (18,19) angeordnet sind (Pig. 4).

Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Ausströmöffnungen (20,21) z.B. über Schieber in Abhängigkeit von einer Motorbetriebsgröße, vorzugsweise der Temperatur der austretenden Kühlluft, veränderbar ist.

Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (23) über dem Zylinderkopf (1) gemeinsam mit den Kipphebel-Lagerböcken (29,30) mit den zu deren Festlegung am Zylinderkopf (1) vorgesehenen Schrauben befestigt ist und im Bereich der Ventilführungen (12,13) und der Kipphebel (27,28) in an sich bekannter Weise eine Vertiefung (26) aufweist und zusammen mit einem Deckel (40) und einer Dichtung (39) einen dicht abgeschlossenen Kipphebelkasten (41) bildet.

Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß- (8) und/oder am Einlaßkanal (7) im Bereich der über diese hinwegführenden Luftkanäle (35i36) in an sich bekannter Weise Kühlrippen (37) angeordnet sind.

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