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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Rohrs für
einen Wärmetauscher,
das Wülste
hat, sowie ein durch dieses Verfahren hergestelltes Rohr.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist allgemein bekannt, dass ein Parallelfluss-Wärmetauscher mehrere Rohre hat,
die mit abwechselnd dazwischen vorgesehenen Finnen laminiert sind,
wobei beide Enden der Rohre mit Kopfröhren verbunden sind und kommunizieren,
wobei ein Medium für
den Wärmeaustausch
mehrfach zwischen Einlass- und Auslassanschlüssen sich mäanderförmig bewegt, die an den Kopfröhren vorgesehen
sind, so dass es Wärme
mit der Atmosphäre
austauscht, während
es durch die Rohr hindurch strömt.
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Neuerdings
werden die für
diese Art von Wärmetauscher
verwendeten Rohre durch Walzformen eines metallischen Plattenmaterials
eines Streifenriemens (im folgenden als Platte bezeichnet) in die
Gestalt eines Rohrs mit Wülsten
zum Einteilen der Mediumpassagen und Verlöten der notwendigen Bereiche
ausgebildet.
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Das
Walzformen wird ausgeführt,
indem das Plattenmaterial zwischen mehreren sich drehenden Walzen
hindurchgeführt
wird, die jeweils eine vorbestimmte Gestalt haben und geeignet vorgesehen sind,
und Wülste
werden kontinuierlich an erforderlichen Bereichen der Platte in
einer Längsrichtung
des Rohrs ausgeformt. Insbesondere werden die Wülste ausgeformt, indem die
Platte gebogen wird, so dass sie eine vertiefte Gestalt haben, und
ihre nach innen hervorstehenden oberen Bereiche werden mit gegenüberliegenden
Bereichen der Platte verlötet,
um so den Durchgang für
das Medium innerhalb des Rohrs in mehrere Abschnitte einzuteilen,
um einen Druckwiderstand und die Wärmetauschfähigkeit des Rohrs zu verbessern.
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Im
allgemeinen ist die verwendete Platte ein Lötblech, das auf seiner gesamten
Oberfläche
mit einem Lötmaterial
versehen ist. Nach dem Zusammenfügen
der Rohre, Finnen und Kopfröhren
zu einem Körper
mittels eines Spannfutters etc. werden die erforderlichen Bereiche
der Rohre und anderen erforderliche Bereiche des Wärmetauschers
durch Erhitzen des zusammengefügten
Körpers
in einem Vorgang verlötet.
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Das
durch das Walzformen wie oben beschrieben ausgebildete Rohr ist
mit Wülsten 31 in vorbestimmten
Abständen
innerhalb eines Rohrs 30 versehen, wie dies beispielsweise
in 6 dargestellt ist.
Verbindungsbereiche 32 sind an einem Ende des ausgebildeten
Rohrs 30 in Richtung seiner Breite vorgesehen, und ein
Faltbereich 33 ist am gegenüberliegenden Ende in Richtung
der Breite des Rohrs 30 vorgesehen, und die Wülste 31 und
die innere flache Oberfläche
des Rohrs 30 sowie die Verbindungsbereiche 32 sind
wechselseitig verlötet.
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So
sind mehrere Mediumdurchgänge 34 in dem
Rohr 30 ausgeformt, die mittels der Wülste 31 eingeteilt
sind.
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In
dem wie oben beschrieben durch das Walzformen ausgebildeten Rohr
für den
Wärmetauscher
ist die verwendete Platte sehr dünn,
so dass sie den Anforderungen an die Formbarkeit, die Wärmetauschfähigkeit
und das geringe Gewicht entspricht.
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Wenn
die Platte ausgeformt werden soll, ist es daher notwendig, unnötige Abweichungen
der Dicke der Platte zu unterdrücken
(eine ungleichmäßige Dicke
der Platte im Querschnitt), um einen ausreichenden Druckwiderstand
für das
Rohr sicherzustellen. Wenn die Platte irgendeinen Bereich mit einer unzureichenden
Dicke aufgrund der ungleichmäßigen Dicke
hat, senkt sich insbesondere der Druckwiderstand des Rohrs. Daher
muss das Auftreten der ungleichmäßigen Dicke
vermieden werden.
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Das
Ausbilden des Wärmetauscherrohrs durch
das konventionelle Walzverformen hat jedoch das Auftreten der ungleichmäßigen Dicke
nicht in Betracht gezogen, so dass oft eine ungleichmäßige Dicke
entstand, wenn die Wülste
ausgeformt wurden, und solch eine ungleichmäßige Dicke wurde wahrscheinlich
vor allem dann erzeugt, wenn mehrere Wülste in Längsrichtung der Platte ausgebildet
wurden.
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Bei
der eben erwähnten
Art von Wärmetauscherrohr
wird eine große
Belastung auf die Wurzeln der Wülste
aufgebracht, nämlich
die Basisbereiche der Wülste,
hinsichtlich der Struktur. Der Grund dafür ist, dass eine Belastung
sich auf die Basisbereiche der Wülste
aufgrund der gebogenen Gestalt im Querschnitt der Platte konzentriert.
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Daher
hatten die Basisbereiche der Wülste eine
schwache Festigkeit verglichen mit anderen Bereichen, was zu einem
Nachteil führte,
dass der Druckwiderstand des Rohrs beschränkt ist.
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JP-A-4086489
offenbart ein Rohr für
einen Wärmetauscher,
das Wülste
zum Einteilen von Durchgängen
für ein
Medium in einem Rohr hat. Verbindende gebogene Kanten sind integral
mit Seitenkanten des Rohrs ausgeformt.
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EP 704 667 A2 beschreibt
ebenfalls Wärmetauscherrohre
für einen
laminierten Wärmetauscher sowie
ein Verfahren zum Herstellen dieser Rohre.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die eben genannten Probleme
gemacht. Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Rohr für einen
Wärmetauscher zu
schaffen, dessen Druckwiderstand verbessert ist, indem die Basisbereiche
der Wülste
verstärkt
werden, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs für einen
Wärmetauscher,
das eine ungleichmäßige Dicke
einer Platte reduzieren kann, wenn die Wülste ausgeformt werden. Dieses
Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs
für einen Wärmetauscher
gemäß Anspruch
1.
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Bei
dem Rohr für
einen Wärmetauscher
gemäß der Erfindung
ist die Platte an den Basisbereichen der Wülste dicker als bei dem Plattenmaterial, so
dass sein Druckwiderstand weiter verbessert werden kann.
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Insbesondere
erfordert der Basisbereich des Wulstes strukturell eine höhere Belastung
verglichen mit anderen Bereichen. Daher gab es bisher Nachteile,
dass der Basisbereich des Wulstes eine schwache Festigkeit hatte,
und der Druckwiderstand des Rohrs war beschränkt und schlecht. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist jedoch die Platte an der Basis des Wulstes dick gemacht,
um die Basis des Wulstes zu verstärken, so dass der Druckwiderstand
des Rohrs verbessert werden kann und die existierenden Nachteile
vermindert werden können.
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Gemäß dem Verfahren
zum Herstellen eines Rohrs für
einen Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine ungewünschte
ungleichmäßige Dicke
der Platte, die bei der Ausbildung der Wülste entstehen könnte, reduziert
werden, das Rohr mit dem sichergestellten Druckwiderstand kann erzielt
werden.
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Insbesondere
war es bisher so, dass die Platte oft eine ungleichmäßige Dicke
bekam, wenn die Wülste
ausgeformt wurden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden jedoch zunächst
die zukünftigen
Wulstbereiche mit einer breiteren konkaven Breite als die der fertigen
Wülste
temporär
ausgeformt und dann gezogen, so dass die Platte nicht diese ungleichmäßige Dicke
bekommt, wenn die Wülste ausgeformt
werden, und eine verminderte Festigkeit des Rohrs verhindert werden
kann.
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Außerdem werden
die zukünftigen
Wulstbereiche nach dem Ziehen komprimiert, so dass die Dimensionsgenauigkeit
der Wülste
verbessert werden kann.
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In
einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines Rohrs für einen
Wärmetauscher
nach Anspruch 1 ist die Dicke der Basisbereiche der Wülste in
dem dritten Schritt größer gemacht
als die Dicke des Plattenmaterials für das Rohr.
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So
ist die Basis des Wulstes dicker gemacht als die Dicke des Plattenmaterials,
so dass das Rohr mit dem weiter verbesserten Druckwiderstand erreicht
werden kann.
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Die
Erhöhung
des Anstiegs in der Dicke der Basis des Wulstes kann erzielt werden
durch Komprimieren des zukünftigen
Wulstbereichs.
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In
einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Rohrs für einen
Wärmetauscher
nach Anspruch 1 sind die Wülste
zu dritt oder zu viert ausgeformt, einer oder zwei in der Mitte
werden zuerst dem ersten Schritt unterworfen, zwei Wülste an
beiden Enden werden dann dem ersten Schritt unterworfen, und alle
Wülste
werden gleichzeitig dem dritten Schritt unterworfen.
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Wenn
drei oder vier Wülste
ausgeformt sind, wird zunächst
der erste Schritt bei einem oder zwei Wülsten in der Mitte und dann
bei zwei Wülsten
an beiden Enden ausgeführt.
Demzufolge kann das Material im mittleren Bereich in dem Vorgang
zum Ausbilden des mittleren Wulstes oder der mittleren Wülste in
eine konkave Gestalt gesammelt werden. Eine ungleichmäßige Dicke,
die entsteht, wenn der vorgenannte Schritt nicht ausgeführt wird,
insbesondere eine Situation, in der der mittlere Bereich dünn wird aufgrund
der Ausbildung der mittleren Wülste
oder des mittleren Wulstes, kann verhindert werden. Wenn das Material
durch den ersten Schritt in der Mitte gesammelt wird, wird eine
Situation, in der der mittlere Bereich dünn wird, nämlich eine ungleichmäßige Dicke,
nicht verursacht, selbst wenn der dritte Schritt bei allen Wülsten gleichzeitig
ausgeführt
wird. Demzufolge können
die jeweiligen Wülste
mit einer guten Balance ausgebildet werden.
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Schließlich beschreibt
Anspruch 4 ein Rohr für
einen Wärmetauscher,
das durch ein Verfahren gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 3 hergestellt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Frontansicht,
die einen Wärmetauscher
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Schnittansicht,
die ein Rohr für einen
Wärmetauscher
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3(a) bis (d) zeigen
Außenansichten
einer Platte, eines zukünftigen
Wulstbereichs, eines zukünftigen
Wulstbereichs nach dem Ziehen bzw. eines Wulstes;
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4 ist eine Schnittansicht,
die eine Platte zeigt, die gerade gebogen wird, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine Schnittansicht,
die Wülste
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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6 ist eine Schnittansicht
eines herkömmlichen
Rohrs für
einen Wärmetauscher.
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BESTE ART
UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun genau mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie
in 1 dargestellt, hat
ein Wärmetauscher 1 eine
Ausführungsform,
mehrere Rohr 2, die mit abwechselnd dazwischen vorgesehenen
Finnen 5 laminiert sind, und die verbunden sind mit Kopfröhren 3, 4 und
mit diesen kommunizieren, welche an beiden Enden der Rohre 2 vorgesehen
sind.
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Die
Kopfröhren 3, 4 sind
zylindrische Röhren,
deren obere und untere Öffnungen
mit jeweils einer Blindabdeckung 6 verschlossen sind und
deren Inneres mittels Trennplatten 7, die in vorbestimmten Positionen
vorgesehen sind, aufgeteilt ist, und die mit einem Einlassanschluss 3a versehen
sind, um ein Medium einzulassen, und mit einem Auslassanschluss 4a,
um das Medium nach außen
auszulassen. Rohreinsetzöffnungen 9 sind
in vorbestimmten Abständen
entlang einer Längsrichtung
jeder der Kopfröhren 3, 4 vorgesehen.
Beide Enden der Rohre 2 sind in diese Rohreinsetzöffnungen 9 eingesetzt und
dort verlötet.
Eine Seitenplatte 8 ist oben auf einer Schicht der gestapelten
Rohre 2 sowie darunter platziert. Die Enden der Seitenplatte 8 sind
an den Kopfröhren 3, 4 fixiert,
um die strukturelle Festigkeit des Wärmetauschers zu verstärken.
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Durch
diese Ausgestaltung bewegt sich das durch den Einlassanschluss 3a hindurch
eingelassene Medium mäanderförmig mehrfach
zwischen den Kopfröhren 3, 4 in
einer vorbestimmten Gruppeneinheit von Rohren 2, während der
Wärmeaustausch ausgeführt wird,
und es wird dann aus dem Auslassanschluss 4a ausgelassen.
Der Wärmeaustausch mittels
des Mediums wir befördert
durch einen Effekt der Wärmeleitung
der Finnen 5, die abwechselnd zwischen den Rohren 2 und
auch zwischen den Seitenplatten 8 vorgesehen sind.
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Wie
in 2 dargestellt, ist
das Rohr 2 mit mehreren Wülsten 21 versehen.
Diese Wülste 21 sind
durch sequentielles Biegen einer Platte P ausgebildet, wie in den 3(a) bis (d) zu
sehen.
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In 2 ist 22 ein Verbindungsbereich, 23 ein
Faltbereich der Platte, und 24 ein Durchgang für ein Medium.
Das Ausbilden der Wülste 21 und
der Verbindungsbereiche 22 sowie das Falten der Platte werden
durch Walzformen ausgeführt.
Insbesondere wird die Platte in eine vorbestimmte Rohrgestalt geformt,
indem sie zwischen mehreren sich drehenden Walzen hindurchgeführt wird,
die einander gegenüberliegend
vorgesehen sind.
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In
den 2 und 3 wird der Wulst 21 durch einen
ersten Schritt des Ausformens eines zukünftigen Wulstbereichs 21a ausgebildet,
wobei es sich um eine Zwischenform des Wulstes 21 handelt,
einen zweiten Schritt des Ziehens des zukünftigen Wulstbereichs 21a in
die Breite, und einen dritten Schritt des Komprimierens des zukünftigen
Wulstbereichs 21b nach dem Ziehen in die Breite in einer
Richtung der Höhe
des Wulstes.
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Insbesondere
biegt der erste Schritt die Platte P (siehe 3(a)) in erforderlichen Bereichen in eine
konkave Gestalt, um den zukünftigen
Wulstbereich 21a zu schaffen (siehe 3(b)).
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Zu
diesem Zeitpunkt wird eine konkave Breite w' des zukünftigen Wulstbereichs 21a so
bestimmt, dass sie breiter ist als eine konkave Breite w des geformten
Wulstes 21.
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Der
zweite Schritt zieht den zukünftigen Wulstbereich 21a,
der in dem ersten Schritt ausgeformt worden ist, in Richtung seiner
Breite. Bei diesem Ziehen in die Breite wird die Platte P so gezogen,
dass die konkave Breite w' des
zukünftigen Wulstbereichs 21a verengt
wird und eine Höhe
des zukünftigen
Wulstbereichs 21a ansteigt. Die Platte P schrumpft daher
insgesamt in Richtung ihrer Breite. Außerdem ist eine Höhe h' des zukünftigen
Wulstbereichs 21b nach diesem Ziehen in die Breite (siehe 3(c)) so bestimmt, dass
sie höher
ist als eine Höhe
h des ausgebildete Wulstes 21.
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Der
dritte Schritt bildet dann den Wulst 21 mit der vorbestimmten
Breite w und Höhe
h (siehe 3(d)) durch
Komprimieren des zukünftigen Wulstbereichs 21b nach
dem Ziehen in die Breite in einer Richtung der Höhe des Wulstes. Eine Veränderung
in der Dicke, die erzeugt wird, wenn der zukünftige Wulstbereich 21b komprimiert
wird, wird so gesteuert, dass eine Dicke B an der Basis des Wulstes 21 dicker
gemacht ist als eine Dicke A der Platte P.
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Insbesondere
wird die Breite w' des
zukünftigen
Wulstbereichs 21a auf die vorbestimmte Breite w durch den
zweiten und den dritten Schritt verändert, und die Höhe h' des zukünftigen Wulstbereichs 21b nach
dem zweiten Schritt wird auf die vorbestimmte Höhe h durch den dritten Schritt
verändert.
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Diese
Ausführungsform
bildet daher den zukünftigen
Wulstbereich 21a mit der konkaven Breite w', die breiter ist
als die konkave Breite w des ausgebildeten Wulstes 21,
führt das
Ziehen des zukünftigen
Wulstbereichs 21a in die Breite aus, um den zukünftigen
Wulstbereich 21b zu bilden, dessen Höhe h' höher
ist als die Höhe
h des ausgebildeten Wulstes 21, und komprimiert den zukünftigen
Wulstbereich 21b in Richtung der Höhe des Wulstes. Daher kann die
Ausbildung einer unerwünschten
ungleichmäßigen Dicke
der Platte beim Ausbilden der Wülste
reduziert werden, und ein Rohr mit einem sichergestellten Druckwiderstand
kann ausgebildet werden.
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Durch
Ausnutzen der Veränderung
der Dicke, die bei dem Komprimieren des zukünftigen Wulstbereichs 21b verursacht
wird, ist die Dicke B an der Basis des Wulstes 21 größer als
der Bereich, der von dem Wulst 21 unterschiedlich ist,
oder in dieser Ausführungsform
die Dicke A der Platte P. Daher können die existierenden Nachteile,
dass eine Belastung sich auf die Basis des Wulstes konzentriert
aufgrund der Biegeformens in dem Abschnitt der Platte und die Basis
des Wulstes eine schwache Festigkeit hat verglichen mit dem anderen
Bereich, dadurch geheilt werden, dass der Wulst 21 in dieser
Ausführungsform
die Dicke B hat. So kann der Druckwiderstand des Rohrs verbessert
werden.
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Wie
in 5 dargestellt, wird
die Platte P mit den ausgebildeten Wülsten 21 entlang des
mittleren Faltebereichs 23 in Richtung der Breite der Platte
P gefaltet, so dass die Verbindungsbereiche 22, die an beiden
Enden in Richtung der Breite der Platte P ausgebildet sind, wechselseitig
verbunden und verlötet werden.
Die Platte P wird entlang des Faltebereichs 23 bei einer
vorbestimmten Krümmung
entsprechend der Dicke des Rohrs 2 gefaltet.
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So
werden die Oberseiten der jeweiligen Wülste 21 mit der inneren
flachen Oberfläche
der Platte P verlötet,
und die Verbindungsbereiche 22 werden wechselseitig verlötet, um
die Durchgänge 24 für das Medium
auszubilden, die mittels der mehreren Wülste 21 aufgeteilt
sind.
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Das
Löten wird
zusammen mit anderen Teilen des Wärmetauschers durch einen Vorgang
der Wärmebehandlung
nach dem Zusammenfügen
der Rohre 2, der Kopfröhren 3, 4,
der Finnen 5 und anderer Elemente in einen einzigen Körper und
Befördern des
zusammengefügten
Körpers
in einen Ofen hinein ausgeführt.
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Um
die vier Wülste
in dieser Ausführungsform
auszubilden, wird außerdem
zunächst
der erste Schritt ausgeführt,
um die beiden Wülste 21 in
der Nähe
der Mitte auszubilden, und dann die beiden Wülste 21 an beiden
Enden, und der dritte Schritt wird zumindest auf alle Wülste gleichzeitig
ausgeübt.
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Insbesondere
kann, wenn drei Wülste
ausgebildet werden oder vier Wülste
wie in dieser Ausführungsform,
zunächst
der erste Schritt ausgeführt werden,
um einen oder zwei Wülste
in der Mitte auszubilden, und dann werden die beiden Wülste an
beiden Enden ausgebildet. So kann das Material in dem Schritt des
Biegens der Platte zum Ausbilden des Wulstes oder der Wülste in
der Mitte in der Mitte gesammelt werden, und die Ausbildung einer
ungleichmäßigen Dicke,
die verursacht wird, wenn der eben genannte Schritt nicht ausgeführt wird,
insbesondere in einer Situation, dass der mittlere Bereich dünn wird aufgrund
der Ausbildung des Wulstes oder der Wülste in der Mitte, kann vermieden
werden. Wenn das Material in dem ersten Schritt in der Mitte gesammelt wird,
wird außerdem
eine Situation, dass der mittlere Bereich dünn wird, nämlich eine ungleichmäßige Dicke,
nicht verursacht, selbst wenn der dritte Schritt gleichzeitig auf
alle Wülste
ausgeübt
wird. Daher können
die jeweiligen Wülste
in einem guten Gleichgewicht ausgebildet werden.
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Wie
oben beschrieben, wird in dem Verfahren zum Erzeugen eines Rohrs
für einen
Wärmetauscher
dieser Ausführungsform
der zukünftige
Wulstbereich mit einer konkaven Breite, die größer ist als die des fertig
ausgebildeten Wulstes, ausgebildet und der zukünftige Wulstbereich wird dann
dem Ziehen in die Breite unterworfen und dann in Richtung der Höhe des Wulstes
komprimiert, so dass eine unerwünschte
ungleichmäßige Dicke
der Platte, die bei der Ausbildung des Wulstes auftreten könnte, reduziert
werden kann, und das Rohr mit seinem sichergestellten Druckwiderstand
erzielt werden kann.
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In
anderen Worten bekam die Platte bisher eine ungleichmäßige Dicke,
wenn die Wülste
ausgebildet wurden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch verhindern,
dass die Platte eine ungleichmäßige Dicke
hat aufgrund der Ausbildung der Wülste, weil der zukünftigen
Wulstbereich mit einer konkaven Breite, die größer ist als der ausgebildete
Wulst, temporär
geformt wird und dann dem Ziehen in die Breite unterworfen wird.
Außerdem
kann verhindert werden, dass sich die Festigkeit des Rohrs verschlechtert.
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Der
zukünftige
Wulstbereich wird nach dem Ziehen in die Breite komprimiert, so
dass die dimensionelle Genauigkeit der Wülste verbessert werden kann.
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Außerdem ist
die Dicke des Wulstes an der Basis größer als die der Platte, so
dass das Rohr mit seinem noch besseren Druckwiderstand erhalten werden
kann.
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Insbesondere
bestanden bisher, da eine größere Belastung
strukturell auf die Basis des Wulstes aufgebracht wurde, verglichen
mit anderen Bereichen, Nachteile insofern, dass die Basis des Wulstes eine
schwache Festigkeit hatte, und der Druckwiderstand des Rohrs war
beschränkt
und dementsprechend nicht optimal. Die vorliegende Erfindung kann jedoch
den Druckwiderstand des Rohrs verbessern und den oben genannten
Nachteil mildern, weil die Basis des Wulstes durch Verstärken der
Dicke des Wulstes verstärkt
wird.
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Die
Erhöhung
des Anstiegs in der Dicke an der Basis des Wulstes kann durch Komprimieren
des zukünftigen
Wulstbereichs erhalten werden.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Rohrs
für einen
Wärmetauscher,
das eine ungleichmäßige Dicke
einer Platte beim Ausbilden der Wülste reduzieren kann, und ein Rohr
für einen
Wärmetauscher
mit einem durch Verstärken
der Basisbereiche der Wülste
verbesserten Druckwiderstand. Solch ein Rohr ist geeignet für einen
Kühlmittelkreislauf
für Fahrzeuge,
der einen relativ großen
Druckwiderstand erfordert.