EP0828980A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher

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EP0828980A1
EP0828980A1 EP96909112A EP96909112A EP0828980A1 EP 0828980 A1 EP0828980 A1 EP 0828980A1 EP 96909112 A EP96909112 A EP 96909112A EP 96909112 A EP96909112 A EP 96909112A EP 0828980 A1 EP0828980 A1 EP 0828980A1
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EP
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heat exchanger
plate
heat exchange
distributor plate
medium
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EP96909112A
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Jaroslav Pavlin
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Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Filterwerk Mann and Hummel GmbH
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0246—Arrangements for connecting header boxes with flow lines
    • F28F9/0251—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors
    • F28F9/0253—Massive connectors, e.g. blocks; Plate-like connectors with multiple channels, e.g. with combined inflow and outflow channels
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D9/005—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F2280/06—Adapter frames, e.g. for mounting heat exchanger cores on other structure and for allowing fluidic connections
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    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/916—Oil cooler

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular oil cooler for internal combustion engines, according to the preamble of the main claim.
  • a heat exchanger in particular a radiator for motor vehicles, is known.
  • This heat exchanger consists of several tubes arranged parallel to one another for guiding the heat exchange medium. These pipes open into an upper and a lower water tank.
  • the heat exchanger also consists of lamella-like plate-shaped heat exchange fins arranged perpendicular to the tubes and firmly connected to the tubes.
  • heat exchange fins are provided on their front edges with bent end parts, which are superimposed like scales and thus form side parts on which fastening devices for angles can be arranged.
  • the known heat exchanger which is constructed with relatively simple elements and has good heat transfer has the disadvantage that additional angles are required for fastening the heat exchanger to a carrier.
  • the connections for the heat exchange medium in the upper and lower water tanks are fixed and not variable.
  • the invention is therefore based on the object of providing a heat exchanger which can be used universally and can also be connected without increasing the construction volume where all inflows and outflows are arranged on one side.
  • a major advantage of the invention is that it is possible to integrate the inlet and outlet for the cooling medium by means of the distributor plate.
  • the corresponding inlet and outlet openings are provided for this in the distributor plate.
  • a fastening plate is arranged on the distributor plate.
  • the distributor plate and fastening plate are preferably soldered to one another.
  • a further embodiment of the invention provides for the distributor plate to be constructed from individual plate elements which are sandwiched one above the other. This has the advantage that flow channels of different types or with crossovers can be provided in the individual plate elements. This means that even complex flow patterns can be implemented in the distributor plate.
  • Another embodiment of the invention provides for the individual parts of the heat exchanger to be produced from solder-plated aluminum. This can be soldered in a continuous furnace so that the assembly of the heat exchanger is possible without connecting elements.
  • the distributor plate is also integrated in the last heat exchanger element in its sandwich-like construction. By integrating this plate, the overall height of the entire heat exchanger element is not increased. At the same time, however, all connections are contained in this distributor plate.
  • all supply and discharge lines are integrated in a housing of an oil filter.
  • the heat exchanger can thus be mounted directly on this housing. Additional connecting lines are no longer required.
  • the connections for the cooling medium can be arranged directly on the distributor plate.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a heat exchanger, the side parts of which are formed by bent ribs,
  • Figure 2 is a plan view of the in Figure 1 in section distribution plate shown
  • FIG. 3 shows a heat exchanger with a distributor plate in sandwich construction
  • FIG. 4 shows a further sectional illustration
  • FIG. 5 shows a sectional view of a heat exchanger with connections for the cooling medium
  • Figure 6 a-e shows a flow diagram for the medium to be cooled and the coolant.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger which consists of a plurality of plate-shaped heat exchange elements 10 which are arranged parallel to one another and through which a heat exchange medium flows. These heat exchange elements are bent at the circumferential outer edges 11 and stacked on top of one another in a lamella-like manner to form a heat exchanger package.
  • the upper end of the heat exchanger package is formed by a cover plate 12.
  • the lower end is formed by a distributor plate 13 in combination with a fastening plate 14.
  • the distributor plate 13 and fastening plate 14 can also be made in one piece. But there is also the possibility of forming this in two pieces from two stamped parts.
  • the individual heat exchanger elements 10 are connected to one another and to the cover plate 12 and the distributor plate 13 by soldering.
  • the individual components are coated with a solder material.
  • the entire package with the individual parts including the sealing rings 17, 19 shown here is heated up to the melting temperature of the solder and the individual parts are connected to one another.
  • the medium to be cooled for example oil, flows through the bore 15 into the fastening plate 14 and distributor plate 13 and then into the heat exchanger, there is distributed over the individual levels according to the arrows 16 and leaves the heat exchanger via the bore 18.
  • the distributor plate 13 is shown in a plan view.
  • a bore 15 for the oil supply and an opening 20 in the form of a longitudinal slot for the oil return are arranged in this.
  • the opening 21 for the cooling water inlet and the opening 22 for the cooling water outlet are provided in the distributor plate 13. It can be seen from this illustration that both the feed bores for the oil to be cooled and the channels for transmission can be positioned at any point.
  • the distributor plate enables the heat exchanger to be connected to any connection shape. Of course, there is also the possibility of designing the distributor plate with shoulders, depressions or the like and thus adapting it to a large number of different fastening structures.
  • FIG 3 shows a variant of a heat exchanger with a distributor plate 13 which is designed in a sandwich construction.
  • This distributor plate 13 consists of the individual parts 23, 24, 25. Due to the sandwich-like structure, it is possible to distribute the liquid flows differently in the individual levels, so that they can also cross each other.
  • FIG. 3 also shows the connections for the cooling medium, ie the cooling water.
  • the connection piece 27 for the water inlet and connection piece 28 for the water return are arranged on the housing 30.
  • the housing 30 is connected to the mounting plate 14. There is a profile seal 29 between the mounting plate and the housing.
  • FIG. 4 shows a variant in which a sandwich-type adapter plate is also provided. This figure shows the water outlet 22 and the oil inlet 15. All openings are integrated in a housing 30 of an oil filter, not shown here, so that no additional lines are required.
  • FIG. 5 shows a variant in which both the water outlet and the water inlet are pulled out as connecting pieces 32, 33 and deflected by 90 ° or by more than 90 °.
  • the connecting pieces are preferably fastened to the distributor plate by means of a soldered connection, while the oil inlet and the oil outlet - as shown in FIG. 4 - take place via a housing 30.
  • a groove 31 is cast into the sealing plate between the fastening plate 14 and the housing, in which a sealing ring or sealing element is inserted. Due to this sealing, processing of the cast part 30 is not necessary. This creates a tight connection between the oil cooler and the outer structure of a housing with less manufacturing effort.
  • FIG. 6 shows the liquid flow in the individual plate elements 23-25, which are sandwiched together.
  • FIG. 6a shows the base plate 14 with the oil inlet 15 and the oil outlet 20 arranged diagonally thereto, as well as the water inlet 21 and the water outlet 22.
  • the plate element 25 is shown in FIG. 6b.
  • a longitudinal slot 34 is arranged in this for the water inlet 22.
  • the plate element 24 is shown in FIG. 6c. This is designed as a blocking plate element.
  • FIG. 6d shows a cross connection 35 for the water outlet 21 and a cross connection 36 for the oil outlet 20.
  • the first trough 11a is shown with its connection openings for water inlet and outlet and for oil inlet and outlet.

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Abstract

Es wird ein Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler, für Verbrennungskraftmaschinen vorgeschlagen. Dieser besteht aus mehreren parallel zueinander angeordneten Rohren zur Führung des Wärmetauschmittels sowie aus lamellenartig und senkrecht zu den Rohren angeordneten plattenförmigen Wärmetauschelementen (11). Die Wärmetauschelemente (11) sind mit den Rohren fest verbunden, wobei diese ferner an den Außenkanten umgebogen sind und schuppenförmig übereinanderliegen. Die Zuführung des zu kühlenden Mediums erfolgt über senkrecht zu den Wärmetauscherelementen angeordnete Rohre. Diese Rohre münden in eine Verteilerplatte (13), welche einen Flüssigkeitszulauf (15) und einen Flüssigkeitsablauf (20) aufweist. In der Verteilerplatte (13) ist ferner der Zulauf (21) und/oder der Ablauf (22) für das Kühlmedium vorgesehen.

Description

Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Verbrennungsmotoren, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 32 10 114 ist ein Wärmetauscher, insbesondere ein Kühler für Kraftfahrzeuge bekannt. Dieser Wärmetauscher besteht aus mehreren parallel zueinander angeordneten Rohren zur Führung des Wärmetauschmittels. Diese Rohre münden in einen oberen und in einen unteren Wasserkasten. Der Wärmetauscher besteht ferner aus lamellenartig und senkrecht zu den Rohren angeordneten plattenförmigen Wärmetauschrippen, die mit den Rohren fest verbunden sind.
Diese Wärmetauschrippen sind an ihren Stirnkanten mit umgebogenen Endteilen versehen, die schuppenartig übereinandergelegt sind und somit Seitenteile bilden an denen Befestigungseinrichtungen für Winkel angeordnet werden können. Der bekannte Wärmetauscher der mit relativ einfachen Elementen aufgebaut ist und eine gute Wärmeübertragung aufweist hat den Nachteil, daß zum Befestigen des Wärmetauschers an einem Träger zusätzliche Winkel erforderlich sind. Außerdem sind die Anschlüsse für das Wärmetauschmittel in den oberen und unteren Wasserkasten festgelegt und nicht variabel.
Es ist ferner aus dem DE-GM 93 09 741 ein Wärmetauscher bekannt, bei dem auf der einen Seite des Wärmetauscherelements Ein- und Austritt für das zu kühlende Medium und auf der anderen Seite Ein- und Austritt für das Kühlmedium also das Wärmetauschmittel vorgesehen ist. Diese Anordnung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. In vielen Fällen ist es jedoch erwünscht, sämtliche Zu- und Abflüsse auf einer einzigen Seite anzuordnen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der universell einsetzbar ist und ohne Vergrößerung des Bauvolumens auch dort anschließbar ist, wo sämtliche Zu- und Abflüsse an einer Seite angeordnet sind.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es mittels der Verteilerplatte möglich ist, auch den Zu- und Ablauf für das Kühlmedium zu integrieren. In der Verteilerplatte sind dafür die entsprechenden Zu- und AblaufÖffnungen vorgesehen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Verteilerplatte eine Befestigungsplatte angeordnet. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, Verteilerplatte und Befestigungsplatte als ein einstückiges Element auszubilden. In bevorzugter Weise sind bei der zweistückigen Ausgstaltung Verteilerplatte und Befestigungsplatte miteinander verlötet.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, die Verteilerplatte aus einzelnen Plattenelementen aufzubauen die sandwichartig übereinandergefügt sind. Dies hat den Vorteil, daß Strömungskanäle unterschiedlicher Art bzw. mit Überkreuzungen in den einzelnen Plattenelementen vorgesehen werden können. Damit lassen sich auch komplizierte Strömungsverläufe in der Verteilerplatte realisieren.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die einzelnen Teile des Wärmetauschers aus lotplattiertem Aluminium herzustellen. Dieses läßt sich in einem Durchlaufofen verlöten, so daß der Zusammenbau des Wärmetauschers ohne Verbindungselemente möglich ist.
In vorteilhafter Weise ist die Verteilerplatte auch in seiner sandwichartigen Bauweise im letzten Wärmetauscherelement integriert. Durch die Integration dieser Platte wird die Bauhöhe des gesamten Wärmetauscherelements nicht vergrößert. Gleichzeitig sind aber sämtliche Anschlüsse in diesem Verteilerplatte enthalten .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sämtliche Zu- und Ableitungen in einem Gehäuse eines ölfilters integriert. Der Wärmetauscher kann damit unmittelbar an dieses Gehäuse montiert werden. Zusätzliche Verbindungsleitungen sind nicht mehr erforderlich. Alternativ hierzu können die Anschlüsse für das Kühlmedium direkt an der Verteilerplatte angeordnet sein.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers, dessen Seitenteile durch abgebogene Rippen gebildet sind,
Figur 2 eine Draufsicht auf die in Figur 1 im Schnitt dargestellte Verteilerplatte
Figur 3 ein Wärmetauscher mit Verteilerplatte in Sandwichbauwei se ,
Figur 4 eine weitere Schnittdarstellung,
Figur 5 die Schnittdarstellung eines Wärmetauschers mit Anschlüssen für das Kühlmedium,
Figur 6 a-e ein Fließschema für das zu kühlende Medium und das Kühlmittel .
In Figur 1 ist ein Wärmetauscher gezeigt, der aus mehreren parallel zueinander angeordneten und von einem Wärmetauschmittel durchflossenen , plattenförmigen Wärmetauschelementen 10 besteht. Diese Wärmetauschelemente sind an den umlaufenden Außenkanten 11 abgebogen und lamellenartig zu einem Wärmetauscherpaket aufeinandergestapelt . Den oberen Abschluß des Wärmetauscherpakets bildet eine Abdeckplatte 12. Den unteren Abschluß bildet eine Verteilerplatte 13 in Kombination mit einer Befestigungsplatte 14. Verteilerplatte 13 und Befestigungsplatte 14 können auch aus einem Stück hergestellt sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dieses zweistückig aus zwei Stanzteilen zu bilden. Die Verbindung der einzelnen Wärmetauscherelemente 10 miteinander sowie mit der Abdeckplatte 12 und dem Verteilerplatte 13 erfolgt durch Löten. Hierzu sind die einzelnen Bauelemente mit einem Lotwerkstoff beschichtet. Das gesamte Paket mit den Einzelteilen einschließlich der hier dargestellten Abdichtringe 17, 19 wird bis auf Schmelztemperatur des Lots erwärmt und die Einzelteile miteinander verbunden. Das zu kühlende Medium, beispielsweise öl, strömt über die Bohrung 15 in die Befestigungsplatte 14 und Verteilerplatte 13 sowie anschließend in den Wärmetauscher, verteilt sich dort auf die einzelnen Ebenen gemäß den Pfeilen 16 und verläßt den Wärmetauscher über die Bohrung 18.
In Figur 2 ist in einer Draufsicht die Verteilerplatte 13 gezeigt. In diesem ist eine Bohrung 15 für den ölzulauf sowie eine Öffnung 20 in Form eines Längsschlitzes für den ölrücklauf angeordnet. Außerdem ist in der Verteilerplatte 13 die Öffnung 21 für den Kühlwassereintritt und die Öffnung 22 für den Kühlwasseraustritt vorgesehen. Es ist aus dieser Darstellung ersichtlich, daß sowohl die Zuführungsbohrungen für das zu kühlende öl als auch die Kanäle zur Weiterleitung, an beliebigen Stellen positionierbar sind. Die Verteilerplatte ermöglicht ein Anschließen des Wärmetauschers an beliebige Anschlußformen. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Verteilerplatte mit Absätzen, Vertiefungen oder ähnlichem auszugestalten und damit an eine Vielzahl von unterschiedlichen Befestigungsstrukturen anzupassen.
Figur 3 zeigt eine Variante eines Wärmetauschers mit einer Verteilerplatte 13 die in Sandwichbauweise gestaltet ist. Diese Verteilerplatte 13 besteht aus den einzelnen Teilen 23, 24, 25. Durch den sandwichartigen Aufbau besteht die Möglichkeit, die Flüssigkeitsströme in den einzelnen Ebenen unterschiedlich zu verteilen, so daß diese sich auch überkreuzen können.
In Figur 3 sind ferner die Anschlüsse für das Kühlmedium also das Kühlwasser gezeigt. An dem Gehäuse 30 sind die Anschlußstutzen 27 für den Wasserzulauf und Anschlußstutzen 28 für den Wasserrücklauf angeordnet. Das Gehäuse 30 ist mit der Befestigungsplatte 14 verbunden. Zwischen Befestigungsplatte und Gehäuse befindet sich eine Profildichtung 29.
Eine Variante, bei der ebenfalls eine sandwichartig aufgebaute Adapterplatte vorgesehen ist zeigt Figur 4. In dieser Figur ist der Wasseraustritt 22 sowie der öleintritt 15 zu erkennen. Sämtliche Öffnungen sind in einem Gehäuse 30 eines hier nicht dargestellten Ölfilters integriert, so daß keine zusätzlichen Leitungen erforderlich sind.
Figur 5 zeigt eine Variante, bei der sowohl der Wasseraustritt als auch der Wassereintritt jeweils als Anschlußstutzen 32, 33 herausgezogen und um 90° bzw. um mehr als 90° umgelenkt sind. Die Anschlußstutzen sind in bevorzugter Weise mit der Verteilerplatte über eine Lötverbindung befestigt, während der oleintritt und der Ölaustritt - wie in Figur 4 gezeigt - über ein Gehäuse 30 erfolgt. Auch hier ist zur Abdichtung zwischen der Befestigungsplatte 14 und dem Gehäuse in demselben eine Nut 31 eingegossen in welcher ein Dichtring bzw. Dichtelement eingelegt ist. Durch diese Abdichtung ist eine Bearbeitung des gegossenen Teils 30 nicht erforderlich. Damit wird bei geringerem Fertigungsaufwand eine dichte Verbindung zwischen dem Ölkühler und der Außenstruktur eines Gehäuses hergestellt.
In Figur 6 ist der Flüssigkeitsstrom in den einzelnen Plattenelementen 23-25, welche sandwichartig zusammengefügt sind dargestel lt.
Figur 6a zeigt die Grundplatte 14 mit dem oleintritt 15 und dem diagonal dazu angeordneten ölaustritt 20, sowie dem Wassereintritt 21 und dem Wasseraustritt 22. In Figur 6b ist das Plattenelement 25 gezeigt. In diesem ist für den Wassereintritt 22 ein Längsschlitz 34 angeordnet. In Figur 6c ist das Plattenelement 24 dargestellt. Dieses ist als absperrendes Plattenelement ausgestaltet. Die Figur 6d zeigt für den Wasseraustritt 21 eine Querverbindung 35 sowie eine Querverbindung 36 für den ölaustritt 20. In Figur 6e ist die erste Wanne 11a dargestellt mit ihren Anschlußöffnungen für Wasserein- und -austritt sowie für Ölein- und -austritt.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus mehreren parallel zueinander angeordneten Rohren zur Führung des Wärmetauschmittels, sowie aus lamellenartig und senkrecht zu den Rohren angeordneten, plattenförmigen Wärmetauschelementen die mit den Rohren fest verbunden sind, wobei die plattenförmigen Wärmetauschelemente an den Außenkanten umgebogen sind und schuppenförmig übereinanderl iegen und wobei die Zuführung des zu kühlenden Mediums über senkrecht zu den Wärmetauschelementen angeordneten, weiteren Rohren erfolgt und diese Rohre in eine Verteilerplatte münden welche einen Flüssigkeitszulauf und einen Flüssigkeitsablauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verteilerplatte (13) der Zulauf (21) und/oder Ablauf (22) für das Kühlmedium vorgesehen ist.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verteilerplatte (13) eine Befestigungsplatte (14) angeordnet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerplatte (13) eine ebene Platte ist, welche aus einzelnen Plattenelementen (23-25) aufgebaut ist welche sandwichartig zusammengefügt sind.
4. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (11) und/oder die Verteilerplatte (13) sowie die in den Wäremtauschelementen (11) angeordnete Rohrstücke aus lotbeschichtetem Aluminium bestehen .
5. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente (11) miteinander verlötet und verbunden sind.
6. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung des zu kühlenden Mediums sowie dem Wärmetauschmittel oder KUhlmedium in dem Gehäuse (30) eines Ölfilters integriert sind.
7. Wärmetauscher nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (32, 33) für das Kühlmedium unmittelbar an der Verteilerplatte (13) angeordnet sind.
EP96909112A 1995-06-02 1996-03-22 Wärmetauscher Revoked EP0828980B1 (de)

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EP96909112A Revoked EP0828980B1 (de) 1995-06-02 1996-03-22 Wärmetauscher

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EP (1) EP0828980B1 (de)
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KR (1) KR100390235B1 (de)
BR (1) BR9608420A (de)
DE (2) DE19519740B4 (de)
ES (1) ES2153956T3 (de)
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