DE3516444A1 - Waermetauscher fuer den einbau am fussboden oder in seitenwaenden eines kfz - Google Patents

Waermetauscher fuer den einbau am fussboden oder in seitenwaenden eines kfz

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DE3516444A1 DE19853516444 DE3516444A DE3516444A1 DE 3516444 A1 DE3516444 A1 DE 3516444A1 DE 19853516444 DE19853516444 DE 19853516444 DE 3516444 A DE3516444 A DE 3516444A DE 3516444 A1 DE3516444 A1 DE 3516444A1
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Hans-Dieter 7000 Stuttgart Oeß
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Description

24.04.1985 ..-■-■-- EDPW/Ri/wi/dw
Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG
D-7O0O Stuttgart 3o, Mauserstr.
Wärmetauscher für den Einbau am Fußboden oder in Seitenwänden eines Kfz.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für den Einbau am Fußboden oder in Seitenwänden eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. .
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 16 5o 455 ist eine am Boden eines Kraftfahrzeugs angeordnete Heizung bekannt, wobei der Heizkörper aus einem Rohr/Rippen-Block sowie seitlichen Wasserkästen, in denen die Rohre münden, besteht. Diese Heizeinrichtung war als einzige Heizung eines Kraftfahrzeugs gedacht,und es wurden daher vollständig aus Metall bestehende Wärmetauscher mit hohen Wärmeübergangszahlen vorgesehen. Die aus dem genannten Gebrauchsmuster bekannten Flächenwärmetauscher für den Fußboden eines Kraftfahrzeugs sind jedoch, da sie vollständig aus Metall bestehen, mit relativ großem Herstellungsaufwand und mit einem relativ hohen Gewicht
, · ν 24,0.4.1985
behaftet. Außerdem nuß zum Schütze der RiPOen und zur Verhütung der Verschmutzung des Wärmetauschers eine Abdeckplatte vorgesehen sein.
Heutzutage sind die Fahrzeugheizungen völlig anders gestaltet, da -sich der Heizkörper üblicherweise in einem Heizungsgehäuse zwischen Armaturenbrett und Snritzwand befindet und ein Luftstrom in dem Heizkörper er- -wärmt und in den Fahrgastraum eingeleitet wird. Diese Systeme benötigen jedoch zur Erzielung einer wirksamen Heizleistung den Betrieb eines Gebläses, was zum einen einen spürbaren Luftzug und zum andern eine erhebliche Geräuschentwicklung zur Folge hat.
Es sind ferner aus der DE-OS 19 62 665 Heizplatten für die Fußbodenheizung eines Kraftfahrzeugs bekannt, die im.wesentlichen aus Gummi bestehen und von an den Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugs anschließbaren Kanälen durchsetzt sind. Derartige Wärmetauscher haben sich jedoch nicht bewährt, da sie zum einen nicht die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit besitzen und zum anderen die Wärmeleitfähigkeit des Gummimaterials unzureichend ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher für den Einbau am Fußboden oder in Seitenwänden eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art zu schaffen, der einfach im Aufbau und billig in der Herstellung ist und der darüber hinaus gute Festigkeitseigenschaften aufweist.
- · .-.24.04.1985
OO I O 44 4 . :. ■· ■ . EDPW/Ri/wi/dw
"PR-84-B-14 — 8 —
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der genannten Gattung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind darin zu sehen,
- daß er aus zwei sehr einfach herstellbaren Platten besteht, die leicht miteinander verbindbar sind,
- daß für eine gute Heizleistung nur ein relativ geringes Wasservolumen im Wärmetauscher notwendig ist, .
- daß die Wärmetauscher sehr flach gestaltet sind,
- daß sich diese Wärmetauscher sowohl als alleinige Fahrzeugheizung wie auch als zusätzliche Heizquelle zu einer herkömmlichen Fahrzeugheizung eignen,
- daß der Wärmetauscher mit kaltem Medium beaufschlagbar ist, um bei hohen Außentemperaturen eine Abkühlung im Fahrgastraum zu erreichen.
Darüber hinaus wird für eine wirksame Erwärmung oder Kühlung des Fahrgastraumes durch diese Wärmetauscher kein Gebläse benötigt; die Wärmestrahlung reicht völlig.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist wenigstens eine der Platten auf ihrer der anderen Platte zugewandten Seite eine Vielzahl von Erhebungen auf, an der die andere Platte abgestützt ist. Durch die Vielzahl der Abstützpunkte ergibt sich ein sehr steifes Gebilde trotz dünner Wandstärken der den Heizkörper bildenden Platten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind mehrere sich parallel erstreckende Vertiefungen vorgesehen, die in endseitig angeordneten Verteil- bzw. Sammelräumen münden. Für eine besonders günstige Ausführung hinsichtlich der erforderlichen Werkzeuge zur Herstellung der Platten und eine Benutzung eines einheitlichen Plattentyps ist es von Vorteil, daß beide
• - . · 24.04-. 7 985
Platten gleiche Anordnungen von Vertiefungen aufweisen und spiegelbildlich aneinandergefügt sind.
Der Querschnitt der durch die Vertiefungen gebildeten Kanäle kann sowohl kreisförmig als auch länglich-rund bzw. oval sein. Je nach Bedarf können viele/ dicht nebeneinander liegende Kanäle, die jeweils nur einen Abstand von der Größe der Wandstärke aufweisen, oder eine geringere Zahl entfernt voneinander liegender Kanäle, bei denen der Abstand wesentlich größer als die Wandstärke ist, vorgesehen sein.
Die Wandstärke der den Wärmetauscher bildenden Platten kann etwa o,25 nun bis 1,5 w betragen. Als besonders geeignet werden Wandstärken von o,8 bis 1 ,o mm angesehen, Ein besonders einfaches Verfahren zur Verbindung der beiden Platten besteht darin, daß sie an den Trennfugen durch Spiegelschweißen miteinander verbunden sind. Die Vorlauf- und Rücklaufrohre, die an den Zulauf- und Ablauf stutzen angeschlossen sind, bestehen ebenfalls vorteilhafterweise aus Kunststoff und sind mittels eines Schweißverfahrens mit diesen verbunden. Als besonders geeignetes Material für die Platten und/oder Anschlußrohre hat sich hochdruckvernetztes Polyäthylen erwiesen. ■ . . ■
Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Wärmetauschers wird vorgeschlagen, daß zumindest eine der Platten aus einem Leichtmetallblech besteht, das auf einer Seite, und zwar auf der der anderen Platte zugewandten Seite, mit einer Kunststoffschicht versehen ist. Da die Kunststoffschicht relativ dünn ist, wird insgesamt gesehen mit der Metallplatte eine große
Z4-..04,. T 90S ■ ο r 1 C / / / ECFW/RI/wi/dw-
Jb Ib-444- ^-0-4-B1H ■
- 10 - -
Wärmeübertragung erreicht. Alternativ dazu kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher aus Platten gebildet sein, die aus einem mit Metallpartikeln> vorzugsweise Aluminiumflitter, vermischten Kunststoff bestehen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht darin, daß jede beliebige Gestaltungsform einfach herstellbar ist und der Formgebung der Fahrzeugkarosserie angepaßt werden kann. Bevorzugte Gestaltungsformen sind in den Merkmalen der Ansprüche 13 bis 15 angegeben.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. ■
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Anordnung von Wärmetauschern in einem Pkw am Beispiel von Plattenkörpern
Figur 2 einen Wärmetauscher mit mehreren parallel verlaufenden Kanälen (teilweise im Schnitt)
Figur 3 die Ansicht III in Figur 2,
Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Figur 2,
Figur 5 eine Ausführungsvariante zu Figur 4,
Figur 6 eine weitere Ausführungsvariante zu Figur 4,
24.04.1985 -■■-■■. . . ' .EDPW/Rt/vrl/dw-
35 44
Figur 7 - eine Ausführungsvariante zu Figur 2 (Ausschnitt),
Figur 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Figur 7,
Figur 9 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes aus einem Wärmetauscher anderer Werkstoffkombination,
Figur 10 eine Ausführungsvariante zu Figur 4 in vergrößerter Darstellung.
In Figur 1 ist die Silhouette eines Personenkraftwagens dargestellt, wobei mit 1 ein Motor, mit 2 ein Kühler und mit 3 ein Heizkörper der Kraftfahrzeugheizung bezeichnet ist. Per Motor 1, der Kühler 2 und der Heizkörper 3 bilden in üblicher Weise die Elemente eines Kühlwasserkreislaufes, die über Verbindungsleitungen 4, 5, 6 und 7 miteinander verbunden sind. Mit 7 ist dabei die Vorlaufleitung und rait 6 die Rücklaufleitung des Heizkörpers 3 bezeichnet.
PR-84-B-14 - 12 - '
Auf dem Boden des Fahrzeugs sind im Bereich vor den Vordersitzen und vor den Rücksitzen Plattenheizkörper 8 und 9 angeordnet. Außerdem ist ein Plattenheizkörper 10 dargestellt, der sich in der Seitenwand des Kraftfahrzeugs, ebenfalls im Bereich der Rücksitze befindet. Die Plattenheizkörper 8, 9 und 10 sind über Vorlaufleitungen 11 mit der Vorlaufleitung 7 des Heizkörpers 3 und über Rücklaufleitungen 12 mit der Rücklaufleitung 6 des Heizkörpers 3 verbunden. In die Vorlaufleitung für die Plattenheizkörper 8, 9 und 10 ist ein Ventilmittel 13 geschaltet, so daß der Durchfluß des Heizmediums durch die Plattenheizkörper 8, 9 und 10 beeinflußt werden kann.
Die Plattenheizkörper können auch in einem Sekundärkreislauf angeordnet sein, d. h. sie werden von einer anderen Flüssigkeit als dem Kühlwasser des Motors durchströmt.
In Figur 2 ist ein Plattenheizkörper 14 dargestellt, der mit einem Zulaufstutzen 15 und einem Ablaufstutzen 16 versehen ist. Der Plattenheizkörper 14 besteht aus zwei spiegelbildlich ausgebildeten und aneinandergefügten Kunststoffplatten 20 und 21. Die Wandstärke der Platten 20 und 21 beträgt vorzugsweise 1,0 mm. Der Plattenheizkörper 14 weist endseitig einen Verteilraum 17, in den der Zulaufstutzen 15 mündet, und am anderen
24.04-,.19.8 5 EDPW/Ri/vx PR-84rB.-r1'4
Ende einen Sammelraum 18, in den der Ablaufstutzen 16 mündet, auf , Zwischen dem Verteilraum 17 und dem Sammelraum i'S -erstrecken sich eine Vielzahl parallel angeordneter Vertiefungen 19, welche die Kanäle für das Heizmedium bilden.
In Figur 3 ist eine Seitenansicht gemäß Pfeil III in Figur 2 dargestellt. Diese Darstellung zeigt die beiden Platten 2o und 21, die gemeinsam den sehr flach ausgebildeten Plattenheizkörper 14 bilden. Im oberen Bereich ist der Zulaufstutzen 15 zu sehen, und im unteren Bereich des Plattenheizkörpers 14 ist der auf der entgegengesetzten Seite befindliche Ablaufstutzen 16 angeordnet. Die beiden Platten 2o und 21 sind an der mit 22 bezeichneten Trennfuge durch das sogenannte Spiegelschweißverfahren verbunden.
Figur 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Figur 2, Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Platten 2o und 21 exakt gleich sind und jede der Platten spiegelbildlich gegenüberliegende Vertiefungen 19 aufweist, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Vertiefungen 19 gemeinsam einen Kanal 24 bilden. Die Vertiefungen 19 der Platten 2o und 21 weisen in ihrem Querschnitt eine längliche Form auf, so daß die durch jeweils zwei gegenüberliegende Vertiefungen 19 gebildeten Kanäle eine länglich-runde bzw. ovale Querschnittsform aufweisen, wobei sich die kleinere Achse a des Ovals senkrecht zur Ebene der Plätten 2o und 21 erstreckt. Zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden Kanälen 24 berühren sich die Platten 2o und21 an der Trennfuge 22 und sind auch an dieser Stelle miteinander verschweißt. Der Abstand b zwischen zwei benachbarten Kanälen 24 entspricht etwa der Wandstärke der Platten 2o, 21.
PR-84-B-14-
- 14 -
Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante zu Figur 4, wobei jedoch die Vertiefungen 19 halbkreisförmig ausgebildet sind und somit die Vertiefungen der aneinandergeschweißten Platten 2o und 21 Kanäle 23 mit kreisförmigem Querschnitt bilden.
In Figur 6 ist eine Ausführungsvariante zu Figur 4 dargestellt, wobei die beiden Platten 2ο und 21 ähnliche • Vertiefungen 19 aufweisen wie in Figur 4. Im Gegensatz zu der vorher beschriebenen Ausführung sind jedoch in Figur 6 die jeweils benachbarten Vertiefungen 19 einer Platte in einem Abstand c voneinander angeordnet, wobei der Abstand c etwa siebenmal so groß ist wie die Wandstärke der Platten 2o und 21. Es ergibt sich auf diese Weise eine relativ große Verbindungsfläche an der Trennfuge 22 zwischen den einzelnen Kanälen 25, die durch jeweils zwei gegenüberliegende Vertiefungen 19 der Platten 2o und 21 gebildet werden.
In Figur 7 ist ein Ausschnit einer Ausführungsvariante zu Figur 2 dargestellt, wobei eine Platte 26 lediglich eine sich annähernd über die gesamte Plattenfläche erstreckende Vertiefung 27 aufweist, so daß die Platte 26 im wesentlichen die Form einer flachen Wanne besitzt. Die Platte 26 ist mit einer Vielzahl der anderen (in Figur 7 nicht dargestellten) Platte zugewandten Erhebungen 28 versehen, die von solcher Höhe sind, daß die andere Platte an diesen abgestützt und verschweißt ist. Durch diese Ausbildung der einzigen Vertiefung 27 sowie der Erhebungen 28 werden Verteil- bzw. Sammelräume, wie beispielsweise in Figur 2 beschrieben, nicht erforderlich, da ein einziger großflächiger Kanal 32 gebildet ist.
. 24.:04..1935
EDPW/Ei/wi/dw PR-84-B-14 -15-
Figur 8 zeigt einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Figur 7. Aus dieser Darstellung wird deutlich, daß die untere Platte 2 6 die Form einer flachen Wanne besitzt, in der eine Vielzahl von Erhebungen 28 angeordnet sind, die die gleiche Höhe wie ein seitlicher Rand 29 aufweisen. Die untere Platte 26 ist durch eine ebene Platte 30 abgedeckt und an den in der Trennebene 31 liegenden Anlageflächen sind die beiden Platten 26
und 30 miteinander verschweißt. Eine Abwandlung der Ausführung gemäß Figur 7 und 8 ist auch durch zwei spiegelbildlich ausgebildete Platten möglich.
In Figur 9 ist ein Ausschnitt eines Plattenheizkörpers dargestellt, der aus einer Kunststoffplatte 36 mit zwischen Stegen 38 angeordneten Vertiefungen 19 und einer an den Stegen 38 liegenden ebenen Platte 33 besteht. Die Platte 33 ist aus einem Leichtmetallkörper 35, vorzugsweise Aluminium, und einer dünnen Kunststoffschicht 37 gebildet, wobei sich die Kunst-Stoff schicht 37 auf der den Stegen 38 zugewandten Seite befindet. An den Anlageflächen sind die beiden Platten 36 und 33 miteinander verschweißt; zwischen beiden Platten werden durch die Vertiefungen 19 Kanäle 34 zum Durchtritt des Wärmetauscherfluids gebildet.
Figur. 10 zeigt eine Ausführungsvariante zu Figur 4. Es sind dabei zwei Platten 39 und 4 0 vorhanden, die hinsichtlich ihrer Form denjenigen der Figur 4 entsprechen, gegenüber diesen jedoch nicht aus einem reinen Kunststoffmaterial bestehen, sondern aus mit Metallpartikeln durchsetztem Kunststoff^. B. Polypropylen gebildet sind. Es handelt sich hierbei um Kunststoff, dem beispielsweise Alu- oder Kupferpartikel in Kugel-' from oder als sogenannter Flitter beigemischt sind. Besonders geeignet ist hierfür Alu-Flitter mit einer Länge von 2 mm und einer Dicke von 50 μπι, wobei die Füllung 30 - 35 % betragen
soll. Eine derartige Kunststoffplatte 39, 40 mit Metallpartikeln hat eine wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit als Platten aus reinem Kunststoff, sie ist im erwähnten Beispiel ca, viermal so groß. Die Platten 39 und 40 besitzen Vertiefungen 19 und sind im Bereich der Trennfuge 22 miteinander verschweißt. Durch die Vertiefungen 19 sind Kanäle 24 zum Durchtritt des Wärmetauscherflüids gebildet.
Der vorstehend beschriebene Wärmetauscher kann sowohl als zusätzliche Heizquelle zu einer üblichen Kfz-Heizung wie auch als alleinige Heizung für ein Kfz dienen. Letzteres würde am Beispiel der Figur 1 bedeuten, daß der Heizkörper 3 entfällt und die gesamte Heizleistung über die Heizkörper 8, 9 und 10 erfolgt.
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Claims (18)

EDFW/Ri/wi/dw PR-84-B-T4 Süddeutsche Kühlerfabrik, Julius Fr. Behr GmbH & Co. KG D-7000 Stuttgart 30, Mauserstr. 3 Ansprüche
1. Wärmetauscher für den Einbau am Fußboden oder in Seitenwänden eines Kraftfahrzeuges, wobei der Wärmetauscher von einem flüssigen Medium durchströmt wird und der Wärmetauscher aus zwei steifen, fest miteinander verbundenen Platten gebildet wird, wobei in mindestens einer Platte mindestens eine Vertiefung vorgesehen ist, die durch die andere Platte abgedeckt wird und somit mindestens einen sich zwischen einem Zulauf- und einem Ablaufstutzen erstreckenden Kanal für das flüssige Medium bildet, dadurch gekennzeichnet , daß die Platten (20, 21; 26, 30; 33, 36; 39, 40) aus Kunststoff bestehen oder zumindest auf einer Seite, die der anderen Platte zugewandt ist, mit einer Kunststoffschicht versehen ist.
EDPWRi -rwi -"dw PP.~8 4-B-14 - 2 ■-
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch g ekennze lehnet , daß mindestens eine der Platten (26) auf ihrer der anderen Plätte (30) zugewandten Seite eine Vielzahl von Erhebungen (28) aufweist, an der die andere Platte abgestützt ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß mehrere sich parallel erstreckende Vertiefungen (19) vorgesehen sind, die
in endseitig angeordneten Verteil- bzw. Sammelräumen (17, 18) münden.
>
4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
* beide Platten (20, 21; 39, 40) gleiche Anordnungen von
Vertiefungen (19) aufweisen und spiegelbildlich aneinandergefügt sind.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der durch die Vertiefungen (19) gebildeten Kanäle (23) eine Kreisfläche ist.
6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der durch die Vertiefungen (19) gebildeten Kanäle (24) mindestens annähernd oval ist, wobei die kleinere Achse (a) des Ovals sich senkrecht zur Plattenebene erstreckt.
BAD ORIGINAL
1 Z't.04.1985
PR-84-B-14
7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, da ß zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (19) ein Abstand (b) vorhanden ist, der etwa der Wandstärke der Platten (20, 21) entspricht.
8. Wärmetauscher nach einem.der Ansprüche 3 - 6 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (19) ein Abstand (c) besteht, der wesentlich größer als die Wandstärke der Platten (20, 21) ist.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß y die Wandstärke der Platten (20, 21; 26, 30) etwa 0,25 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,0 mm, beträgt.
10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20, 21; 26, 30; 33, 36; 39, 40) an den jeweils aneinanderliegenden Flächen (Trennfugen.22, 31) durch Spiegelscheißen miteinander verbunden ist.
11. Wärmetauscher nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an dem Zulaufstutzen (15) und Ablaufstutzen (16) aus Kunststoff bestehende Vorlauf- bzw. Rücklaufrohre (11, 12) angeschlossen und mittels eines Schweißverfahrens verbunden sind.
Jjip-PW/Ri/wi/dw PR-84-3-14
12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet., daß die Platten (20, 21, 26, 30) und/oder Anschlußrohre (11, 12) aus hochdruckvernetztem Polyäthylen bestehen.
13. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (36) aus einem Kunststoffmaterial und die andere Platte (33) aus einem Leichtmetallblech (35) mit einer Kunststoffschicht (37) besteht.
14. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine Platte (39, 40) aus einem mit Metallpartikeln vermischten Kunststoff besteht.
15. Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß als Metallpartikel Aluminiumflitter vorgesehen sind*
16. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Platten (20, 21; 26, 30; 33, 36; 39, 40) im wesentlichen die Form eines Rechtecks, eines Trapez oder eines beliebigen Polygons haben.
17. Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß eine oder mehrere Ecken der Platten (20, 21; 26, 30; 33, 36; 39, 40) abgerundet sind.
24;Ü4V1985 EDPKfRi/wi/dw PR-84-B-14
18. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (20, 21; 26, 30; 33, 36; 39, 40) derart gewölbt sind, daß die Querschnittsform des Heizkörpers in einer Richtung seiner Erstreckung im wesentlichen einer konvex-konkaven Linse entspricht.
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