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Verfahren zum Abtauen des Verdampfers einer Kühlanlage Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtauen des Reifes, der sich auf der Oberfläche
der Verdampfer oder Solebehälter in Kühlschränken oder Kühlräumen niederschlägt.
Der niedergeschlagene Reif isoliert die Oberfläche und vermindert den Wärmedurchgang.
Dadurch wird der Wirkungsgrad derAnlagevermindert. UmeinekräftigeKühlwirkung zu
erzielen, muß der Verdampfer nach jeder Arbeitsperiode abgetaut werden.
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Aus diesem Grunde wird bei bekannten Kältemaschinen, bei denen der
Verdichter im Innern eines in einem Wasserbad umlaufenden kugelförmigen Verflüssigers
angegrdnet ist, aus diesem Verflüssiger bei stillgelegter Maschine dampfförmiges
Kältemittel unter Umgehung des Expansionsventils in den Verdampfer übergeleitet,
um dadurch das Loslösen des Eises zu erleichtern. Bei diesen Maschinen wird das
flüssige Kältemittel während des Umlaufes des Verflüssigers aus dem kugelförmigen
Verflüssiger durch einen Abstreicher entnommen und in einen in diesem angeordneten
Sammelbehälter befördert. Der Verflüssiger taucht in Kühlwasser, das entweder durch
einen Ventilator gekühlt wird oder in einer solchen Menge vorhanden ist, daß eine
Kühlung durch Verdunstung nicht erforderlich ist. Dieses Wasser dient insofern als
Wärmespeicher, als es die Wärme, welche während der Laufperiode der Maschine entsteht,
aufnimmt. Wenn der Verflüssiger am Schlusse eines Arbeitsabschnittes zum Stillstand
kommt, verdampft ein Teil des flüssigen Kältemittels, und der so entstehende Dampf
gelangt in den Verdampfer, in dem er eine abtauende Wirkung ausübt.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung ähnlicher Art, die auch bei
Kältemaschinen anderer Bauart, also beispielsweise bei Maschinen mit einem feststehenden
schlangenförmigen Verflüssiger mit Kühlung durch laufendes Wasser oder mit Luftkühlung.
Anwendung finden kann und ein schnelles und vollständiges Abtauen des Eises ermöglicht.
Das wird dadurch erreicht, daß der Sammelbehälter für das verflüssigte Kältemittel
mit einem besonderen Wärmespeicher verbunden ist, in dem die Wärme des verflüssigten
Kältemittels während des Arbeitens des Verdichters gespeichert wird und der bei
abgestelltem Verdichter zum Verdampfen des gespeicherten Kältemittels benutzt wird,
das als Dampf dem Verdampfer zugeführt wird. Dieses Verdampfen erniedrigt die Temperatur
im Verflüssiger, und die so entstehende Kälte wird aufgespeichert, um einen niedrigeren
Kondensatordruck und eine niedrigere Temperatur der zu Beginn der Arbeitsperiode
dem Ausdehnungsventil gelieferten Flüssigkeit herbeizuführen. Die Erniedrigung des
Kondensatordruckes erhöht die Verdichter- und Verflüssigerleistung nach dem Abtauen,
und die Erniedrigung der Temperatur der dem
Ausdehnungsventil gelieferten
Flüssigkeit erhöht die Verdampferleistung.
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Die Kühlvorrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie mehrere Verdampfer
enthält; von denen abwechselnd einer abgetaut wirdi, wenn er oder ein anderer eine
voraus bestimmte Temperatur oder einen Dampfdruck erreicht, der dieser Temperatur
entspricht.
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Das in dem Verdampfer gelangende Kältemittel wird durch das Abtauen
des Reifes verflüssigt. Es sammelt sich nun in einem besonderen, mit dem Verdampfer
in Verbindung stehenden Behälter. Dieser Behälter wird zweckmäßig von einem Fortsatz
des Verdampfers gebildet, beispielsweise durch eine Verlängerung der Rohrschlange,
wenn es sich um eine Anlage handelt, die nach dem sogenannten trockenen Verfahren
arbeitet. Handelt es sich um einen überfluteten Verdampfer, so wird der zusätzliche
Behälter von einem Rohrschlangensystem gebildet, das ähnlich ausgebildet ist, wie
das zur Übertragung der Wärme dienende System. Durch beide Anordnungen erzielt man
den Vorteil, daß das im Zusatzbehälter gesammelte Kältemittel, das nach Beendigung
der Abtauperiode wieder verdampft, an der Kältebildung teilnimmt und daher die kühlende
Wirkung des Verdampfers unterstützt. Es wird also die Kältewirkung zeitlich vergrößert,
und zwar durch zusätzlichen Verdampferraum einerseits und durch erhöhte Verflüssigerwirksamkeit,
die durch das Abkühlen des Verflüssigers während des Abtauens ermöglicht ist, andererseits.
Infolgedessen wird die Abkühlung beschleunigt und gewissermaßen ein Ausgleich für
die während des Abtauens zugeführte Wärme geschaffen.
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Das warme Kältemittel wird von der Druckleitung dem Verdampfer zweckmäßig
über eine Steuervorrichtung zugeleitet, die vorzugsweise selbsttätig arbeitet, d.
h. von der Temperatur oder dem Druck im Verdampfer oder von beiden Größen abhängig
ist. Sie besteht beispielsweise aus zwei Druckreglern, von denen der eine bei Erreichung
eines bestimmten Druckes im Verdampfer ein Ventil öffnet, das die Verbindung zwischen
Druckleitung und Verdampfer herstellt. Der zweite Druckregler wirkt gegen den ersten
und schließt das Ventil wieder, wenn die Temperatur im Verdampfer so weit angestiegen
ist, daß das Abtauen mit Sicherheit durchgeführt ist. Dabei kann man entweder beide
Regler durch den Druck im Verdampfer oder .beide durch .die Temperatur oder je einen
durch die Temperatur und den Druck beeinflussen.
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Bei der eingangs erwähnten bekannten Einrichtung tritt der Dampf aus
dem Verflüssiger in den Verdampfer über, sobald der Verdichter abgestellt ist, so
daß das Abtauen sofort eingeleitet wird. In diesem Augenblick . besitzt der Verdampfer
aber seine tiefste "1'einperatur, so daß die in ihm gespeicherte Kälte durch den
Abtauvorgang teilweise verlorengeht. Außerdem ist die abtauende Wirkung des Dampfes
gering. Es wird bei diesem Verfahren keine Rücksicht darauf genommen, ob das Abtauen
gerade in dem Augenblick stattfindet, in dem es erwünscht ist. Bei der neuen Anlage
wird durch Anordnung der Steuervorrichtung erreicht, daß das Abtauen vom ungünstigsten
auf den günstigsten Augenblick verlegt wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele.
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Fig. z zeigt, teils im Schnitt, eine Ausführungsform der Abtausteuervorrichtung.
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Fig. z ist eine schematische Darstellung eines Kühlsystems und zeigt
eine Anwendung der Erfindung.
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Fig.3 zeigt als Teilschnitt eine Abänderung der in Fig. r dargestellten
Vorrichtung. Fig..i zeigt ein Kühlsystem mit der in Fig.3 dargestellten abgeänderten
Vorrichtung.
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Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Plattenkühlkessels eines überfluteten
Verdampfers_vstems, das mit Abtaurohren ausgestattet ist.
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Fig. 6 ist eine Stirnansicht von Fig. 5. Fig.7 zeigt einen Verdampfer
der überfluteten Bauart in einem Soletank mit einer Rohrschlangenanordnung in der
Sole zum Abtauen.
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Fig.S zeigt den Kesselkopf eines überfluteten Verdampfers im Schnitt
finit einem Ende eines Kühlrohres, das ein Abtaurohr enthält, und Fig. 9 zeigt in
Ansicht einen Plattenkessel, der nach dem trockenen System gebaut und mit Abtaurohren
versehen ist.
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In ,den im nachstehenden beschriebenen Anlagen wird der Verdichter
von Hand oder durch einen Thermostaten abwechselnd ein-und ausgeschaltet.
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Fig. y zeigt ein . trockenes Kühlsystem. Dieses besteht aus einem
in beliebiger Weise angetriebenen Verdichter 6o, dessen Druckrohr 6 1 zu
einem Verflüssiger 62 führt. Dieser ist finit einem Sammler 63 verbunden,
der in später zu beschreibender Weise von einem Wärmespeicher umgeben ist. Ein Rohr
64 führt über ein Regelventil 65 zu einem Verdampfer 66, dessen unterer Teil 66a
zur Aufnahme flüssigen Kühlmittels während des Abtauens geeignet ist. An der Stelle
67 ist am Verda npfer 66 eine Saugleitung 68 angeschlossen, die zur Kurbelwanne
des Verdichters 6o führt, an die es an der Stelle 69 angeschlossen ist. An der Stelle
59a ist ein
Rohr 59 angeschlossen, das zu einem Stutzen 13 einer
Steuervorrichtung io führt. Ein Stutzen 1.1 der letzteren ist über ein Rohr 71 an
der Stelle 72 mit dem Druckrohr 61 verbunden.
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Zur Steuerung des Verdichterantriebes ist irgendeine geeignete Vorrichtung
vorgesehen. Die Steuervorrichtung io ist in Fig. i im einzelnen dargestellt. Sie
besteht aus einem Rahmen i i mit untenliegender Kammer 12, die mit dem Gewindestutzen
13 versehen ist. Auf dem Gewindestutzen 14 ruht im Innern der Kammer 12 ein Ventil
15, dessen Arbeitsweise Teeiter unten beschrieben wird. An einem Flansch 17 des
Gehäuses 12 ist ein Metallbalg 16 angebracht, der oben durch eine Scheibe 18 abgeschlossen
ist. Diese ist an der Stelle 20 mit einer Schubstange i9 fest verbunden. Das obere
Ende der Stange i9 ist mittels eines Zapfens 23 an das verstärkte Ende 21 eines
Hebels 22 angelenkt, der mittels Zapfens 25. in einem Lager 24 drehbar ist. An das
freie Ende des Hebels 22 ist eine Feder 26 angeschlossen, die mit ihrem unteren
Ende 3o am Rahmen i i befestigt ist. Die Spannung der Feder kann mittels Schraube
27 und 'Mutter 28 eingestellt -werden. Die Spannung der Feder 26 wird auf den Balg
16 übertragen, so daß dessen Spannung auf jeden gewünschten Verdampferdruck eingestellt
werden kann.
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Die Kammer i2 steht finit dem Balg 16 durch eine Öffnung 31 in Verbindung.
Die Stange i9 ist durch diese Öffnung hindurchgeführt und mittels Zapfens 33 gelenkig
mit einem Hebel 32 verbunden. Dieser ist mittels Zapfens 35 in einem Auge 34. gelagert.
Er enthält einen kreisförmigen Schlitz 36, in dem ein Zapfen 37 der Spindel des
Ventils 15 läuft.
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An Platten 38 und 39 des Rahmens i i sind Metallbälge 4o und ,.1.1
dicht befestigt, die unten durch Bodenplatten 4.2 und 4.3 abgeschlossen sind. In
dem die Platten 38 und 39 verbindenden Teil 45 des Gehäuses i i befindet sich ein
Kanal 4.6, der eine Gewindebohrung .:1...1- mit den beiden Bälgen ,4o und 41 verbindet.
Augen 47 und 4.8 der Bodenplatten _2 und .43 sind durch einen auf Zapfen 5o und
51 gelagerten Hebel 4.9 miteinander verbunden. In einer Gewindebohrung 52 dieses
Hebels sitzt eine Schraube 53 mit Mutter 54., mittels deren ein bestimmter Abstand
von dem Ansatz 21 des Hebels 22 eingestellt werden kann. Zwischen dem Hebel 49 und
dem Rahmenteil .45 liegt eine Feder 55, deren Spannung mittels einer Mutter 55a
eingestellt werden kann. Vermöge dieser Feder treten die Bälge 4o und .f1 .durch
einen vorbestimmten Druck in Wirksamkeit. Dieser Druck wird in den Bälgen durch
eine verdampfbare Flüssigkeit erzeugt, die aus einer Thermopatrone 7o durch ein
Rohr 70a und die Öffnung 44 zugeführt -wird. Der Druck in den Bälgen hängt dann
von der Temperatur des mit der Patrone verbundenen Körpers ab.
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Die Betriebsweise der in Fig. 2 dargestellten Kühlanlage und des in
Fig. i dargestellten Regelventils gestaltet sich wie folgt: Angenommen, der Verdampfer
sei so weit abgekühlt, daß der Verdichterantrieb sich abstellt. Alsdann wird der
-Druck im Verdampfer langsam wieder ansteigen. Wenn er den zum Wiederanlassen des
Verdichtes nötigen Druck erreicht hat, wird dieser Druck durch seine Einwirkung
auf das Innere des Balges 16 diesen so -weit ausdehnen, daß das Ventil 15 aufschnellt.
Dadurch -werden heiße oder warme Gase vom Kondensator durch Rohr 71, Kammer 12 und
Rohr 59 zum Verdampfer strömen. Wenn diese Gase in den Verdampfer gelangen, geben
sie ihre Wärme an ihn ab, werden verflüssigt und fließen in den Rohrsack 66a. Die
den Gasen entzogene Wärme treibt die Temperatur des Verdampfers schließlich auf
eine Höhe, bei der der Reif schmilzt (z. B. i° C). Ist diese Temperatur erreicht,
so übt die Thermopatrone hinreichend Druck auf die Bälge d.o und 4.1 aus, um die
Kraft des unteren Balges zu überwinden, so daß das Ventil 15 sich schließt. Da der
Verdichter mittlerweile angelaufen ist, wird der Kühlvorgang beginnen, sowie Ventil
15 geschlossen ist. Für einige Minuten hat der Verdampfer 66 die zusätzliche Kühlfläche
66a zur Beschleunigung der Abkühlung, wodurch die zum Abtauen herbeigeführte Erwärmung
in erheblichem Maße ausgeglichen wird. Sobald alle Flüssigkeit aus 66a wieder verdampft
ist, arbeitet das System wieder mit normaler Verdampferoberfläche.
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Fig. 3 zeigt eine Änderung , des unteren Balges der Fig. i, bei der
das Innere des Balges 16 gegen die Kammer 12 abgetrennt ist. Dies ist durch einen
kleinen Balg 73 bewirkt, der bei 75 am Gehäuse dicht befestigt und finit einer Scheibe
7.4 abgeschlossen ist, die wiederum fest auf der Stange i9 sitzt. Das Gehäuse besitzt
einen Ansatz 76 mit Gewindebohrung 77 zum Anschluß. Ein Kanal 78 verbindet 77 mit
dem Innern der Bälge 16 und 73.
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Fig. 4. zeigt eine Abwandlung von Fig. 2, bei der das Rohr 71 entfernt
und statt dessen das Saugrohr 68 benutzt wird, um dem Verdampfer 66 warmes Gas zuzuführen.
Dabei ist das abgeänderte Steuerorgan gemäß Abb.3 verwendet, wobei das Innere des
Balges 16 über Stutzen 77 und Rohr 70a mit Thermopatrone 70 verbunden ist,
welche im Wärmeaustausch mit dein Verdampfer 66 steht. Rohr 79 verbindet die Saugleitung68
mit dem Stutzen
13 des Steuerventils. Im Innern der Bälge 4o ünd
41 herrscht der Verdampferdruck, da sie über 44 durch Rohr 81 mit Punkt 83 des Rohres
79 verbunden sind. Es mag in manchen Fällen wünschenswert sein, im Rohr 81 eine
Verengung 82 anzubringen. Rohr 8o verbindet das Steuerventil .bei 14 mit dem Druckrohr
61 bei 72.
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Der Arbeitsvorgang entspricht dem in Fig.2 dargestellten mit dem Unterschied,
_ daß die Gase während des Abtauens durch die Rohre 8o und 79 und Saugleitung 68
in den Verdampfer gelangen. Bei manchen Installationen wird diese Verbindungsart
beträchtlicheRohrlängen ersparen, besonders - wenn alle Bälge mit dem Druck der
Saugleitung 68 arbeiten.
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Während des Abtauens siedet die Flüssigkeit im Behälter 63, wobei
seine Temperatur wesentlich heruntergeht, während der Verdichterarbeit wird er dagegen
wärmer. Um diese Wärme zu erhalten, ist der Behälter mit einem Raum umgeben, der
mit Sole oder anderen Flüssigkeiten oder Zement 'u. dgl. ausgefüllt ist. Besonders
geeignet hierfür ist Benzol. Dieses hat zwar nur eine spezifische Wärme von o,4,
jedoch eine Schmelzwärme von 30 Cal, die bei einem Schmelzpunkt von 5,6°
C zur Verfügung stehen, wodurch gegenüber Sole eine Überlegenheit imSpeichern von
etwa 4o0/, eintritt. Diese während der Arbeitsperiode gespeicherte Wärme dient während
des Abtauens zum Verdampfen der Flüssigkeit und gelangt mit dem gasförmigen Kältemittel
in den Verdampfer. Mit dem Fortschreiten des Verdampfungsvorganges sinkt die Temperatur
im Behälter, und diese Kälte wird gewissermaßen mit Hilfe des erstarrenden Benzols
im Behälter gespeichert. Dadurch wird zu Beginn der Arbeitsperiode ein niedriger
Kondensatordruck herbeigeführt sowie das flüssige Kältemittel dem Regelventil mit
niedrigerer Temperatur zugeführt, wodurch erhebliche Ersparnisse erzielt «erden.
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Anstatt den Sammelbehälter 63 mit einem Wärme aufnehmenden Stoff zu
umgeben, kann auch im Innern des Behälters ein Raum vorgesehen sein, der das Wärme
speichernde Mittel enthält.
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Bei überfluteten Verdampfern muß besonderer Raum zum Niederschlagen
und Sammeln des Kältemittels vorgesehen werden. Fig. 5 und 6 zeigen einen Verdampfer
dieser Art, bei dem eine Schwimmerkammer 861 mit einer Anzahl von Rohrschleifen
87 versehen ist, die mit Strahlplatten 88 versehen sind und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
einmünden. Um Raum zum Niederschlagen von Kältemittel zu schaffen, ist eine weitere
Reihe von Rohrschleifen 89 vorgesehen, die mit dem Innern der Kammer 861 oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels verbunden sind. Während des Abtauens tritt warmes Gas in
die Kammer und schlägt sich in den Rohren 89 nieder. In diesem Falle könnte das
Steuerventil wie in Fig. 4 verbunden werden, indem der überfluteteVerdampfermit
seinem inneren Ventil an die Stelle des Verdampfers 66, 66a und des Regelventils
65 tritt. Wenn die Maschine nach dem Abtauen zu arbeiten beginnt, siedet die Flüssigkeit
in den Rohren 89, wodurch eine größere Verdampfungsfläche entsteht. Ist alle Flüssigkeit
aus 89 heraus verdampft, arbeitet das System mit normaler Oberfläche, und die Rohre
89 bleiben leer zur Aufnahme von Kältemittel beim nächsten Abtauen.
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Die Abart in Fig. 8 zeigt die Rohre 89 innerhalb der Rohre 87. Dies
wird in gewissen Fällen vorteilhaft sein und bei der Herstellung Arbeit sparen.
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Bei einem überfluteten Verdampfersystem in einem Soletank wird eine
größere Wärmemenge benötigt werden, um die Masse der Sole auf den Abtaupunkt zu
erwärmen, und demgemäß ein größerer Raum, um die entsprechende Menge von anfallendem
Kältemittel zu speichern. Dem wird durch eine Anordnung gemäß Fig.7 Sorge getragen.
Diese zeigt einen Verdampfer 9o in einem Soletank gi, der mit einer Rohrschlange
92 von beträchtlichen Ausmaßen zur Aufnahme des niedergeschlagenen Kältemittels
versehen ist. Diese Rohrschlange ist an einem Ende mit der Saugleitung
93 verbunden, während das andere geschlossen ist. Es kann aber auch von Wert
sein, einen. Behälter daran anzuschließen (nicht gezeichnet). Die Verbindung mit
dem Kühlsystem kann gemäß Fig.4 hergestellt werden: es kann aber auch ,ein handbetätigtes
Ventil an Stelle von io treten und der @btauvorgang von Hand gesteuert werden.
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Eine andere Verdampferform, bei der eine flache Rohrschlange 94 auf
einer Platte 95 montiert ist, zeigt Fig. g. Dieser Verdampfer wird durch ein Regelventil
96 gespeist. An der Stelle 97 ist er mit der Saugleitung verbunden. Neben
dem Arbeitsrohrsystem 94 sind Rohre 98 und 99 vorgesehen. Alle drei sind in der
Mitte durch ein Rohr ioo verbunden, das über Stutzen 13 mit der Kammer 12 zu verbinden
wäre.
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An Stelle der in Fig. i gezeigten zwei Bälge 4o und 41 könnte auch
ein einzelner verwendet werden, sofern er nur größer als der Balg 16 ist. Offensichtlich
kann auch der Verdampferdruck benutzt werden, um obere und untere Bälge zugleich
zu betätigen, zumal die Differenz zwischen Betätigung und Gegenbetätigung des Ventils
durch entsprechende Einstellung der Federnä6 und 55 gewahrt werden kann.
Anstatt
gasförmiges Kältemittel zum Wärmetransport vom Verflüssiger zum Verdampfer zu benutzen,
kann man das Abtauen auch herbeiführen, indem man während der Arbeitsperiode mit
der Verflüssigerwärme Sole anwärmt und diese durch Rohrschlangen -zirkulieren läßt,
die im Wärmeaustausch zum Verdampfer stehen, so daß dessen Temperatur auf den Abtaupunkt
gehoben wird.
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Die Erfindung läßt überhaupt weitgehende Änderungen zu und kann an
allen bestehenden Einrichtungen verwendet werden. Während im Ausführungsbeispiel
ein riemengetriebener Verdichter Verwendung findet, könnte ebensogut ein völliggekapseltesAggregat
benutzt werden.