DE29910670U1

DE29910670U1 - Durchlauferhitzer mit PTC-Heizelementen

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Publication number: DE29910670U1
Application number: DE29910670U
Authority: DE
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2009-06-19
Also published as: DE10024306A1

Description

Neymeyer & PARTNER GBR, Patentanwälte _#i 1^)52 Vaiingen-ScfcwenJAi^en (DE)

AZ.:TH 146 15. Juni 1999

Anmelder: Türk + Hillinger GmbH, 78532 Tuttlingen Anmelder-Nr.: 1 522 213

Bezeichnung: Durchlauferhitzer mit PTC-Heizelementen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Durchlauferhitzer mit PTC-Heizelementen, die zwischen ebenen und zueinander parallelen Wandflächen von länglichen, elektrisch leitenden Hohlprofilkörpern aus Metall angeordnet sind, deren Hohlräume Durchlaufkanäle für das zu erwärmende Medium bilden und an ihren Enden jeweils mit gemeinsamen Rohranschlußstutzen versehen sind, wobei die Hohlprofilkörper Querschnittsprofile aufweisen, die, zusammengefügt und von sie umschließenden Verbindungselementen zusammengehalten, zumindest annähernd die Form eines im wesentlichen runden Durchlaufrohres ergeben.

Aus DE 38 10 051 C2 ist bereits ein elektrischer, mit PTC-Elementen ausgerüsteter Durchlauferhitzer bekannt, bei dem das den Durchlaufkanal bildende Rohr aus zwei im Querschnitt halbkreisförmigen Profilteilen besteht, die in ihrer Längsachse zweimal so abgewinkelt sind, daß ihre

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einander gegenüberliegenden Flachseiten einen in Längsrichtung verlaufenden Zwischenraum bilden, in dem die Heizelemente untergebracht sind.

Die Durchlaufkanäle werden dabei von rohrförmigen Aluminium-Profilteilen gebildet, die zusammen außerhalb des Zwischenraumes einen Kreisquerschnitt ergeben, an den jeweils Schlauchanschlüsse angeschlossen sind. Die beiden aneinanderliegenden Flachseiten der Profilteile werden miteinander verpreßt und verklebt oder verlötet.

Im Bereich des die Heizelemente aufnehmenden Zwischenraumes werden die Rohrprofilteile von Federklammern zusammengehalten, die sie mit radialer Vorspannung umschließen und damit auch die Flachseiten der Profilteile auf die' PTC-Heizelemente pressen. Dabei sind die PTC-Heizelemente gegen die Flachseiten der Rohrprofilteile durch eine Kunststoffolie aus Kapton elektrisch isoliert, wodurch auch der Wärmeübergang^:zwischen■den Heizelementen und den aus Aluminium bestehenden Rohrprofilteilen merklich verschlechtert wird. Zudem sind die PTC-Heizelemente jeweils mit Stromschienen versehen, deren Stromzufuhr über zwei seitlich herausgeführte Anschlußleitungen erfolgt, die im Bereich des zumindest auf einer Seite offenen Zwischenraumes angeordnet sind.

NEYMEYER & PARTTtER GBR, Patentanwälte

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Der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer ist für niedrige Betriebsspannungen ausgelegt, vorzugsweise für 12 Volt, wie sie in Kraftfahrzeugen zur Verfügung stehen. Er kann auch für andere Spannungen ausgelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art zu schaffen, der aus wenig einfachen Bauteilen bestehend kostengünstig herstellbar ist und bei dem der Wärmeübergang von den einzelnen PTC-Heizelementen auf die Hohlprofilkörper optimiert ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Hohlprofilkörper von einem gegen sie elektrisch isolierten Metallrohr umspannt sind und daß die Stromzufuhr zu den PTC-Heizelementen über die mit diesen unmittelbar und elektrisch kontaktierend in Verbindung stehenden ebenen Wandflächen der Hohlprofilkörper erfolgt.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei einer niedrigen Betriebsspannung von beispielsweise 12

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Volt eine elektrische Isolierung zwischen den PTC-Heizelementen und den zur Erreichung einer guten Wärmeübertragung aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehenden Hohlprofilkörpern keine elektrische Isolierung erforderlich ist, zumal dann, wenn das die Hohlprofilkörper durchströmende Wasser sowohl vor als auch hinter dem Durchlauferhitzer nur mit Behältern und Leitungen aus elektrisch nicht leitenden Stoffen in Berührung kommt.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers besteht nicht nur in der wärmetechnisch verbesserten Verbindung zwischen den PTC-Heizelementen und den einzelnen Hohlprofilkörpern sondern auch darin, daß sich ein solcher Durchlauferhitzer wesentlich einfacher und somit auch kostengünstiger herstellen läßt.

Mit Hilfe des elektrisch gegen die Hohlprofilkörper isolierten Metallrohres lassen sich die Hohlprofilkörper gemäß Anspruch 4 radial so verpressen, daß zwischen ihren ebenen Wandflächen und den daran anliegenden PTC-Heizelementen alle Zwischenräume beseitigt werden. Bei diesem Preßvorgang wird der Durchmesser des Metallrohres, das die Hohlprofilkörper gemeinsam umschließt, um ca. 8% verringert. Auch dies trägt erheblich zur Verbesserung des Wärmeflusses von den PTC-Heizelementen auf die Hohlprofilkörper bei.

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Durch die Ausgestaltung des Anspruches 2 werden sehr einfache, leicht handhabbare und leicht zugängliche Anschlußmöglichkeiten für die elektrische Energiezufuhr geschaffen, während durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 eine sehr einfache elektrische Isolierung zwischen dem Metallrohr und den Hohlprofilkörpern erreicht werden kann.

Während die Ansprüche 5 und 6 zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Hohlprofilkörper betreffen, die die Verwendung unterschiedlich vieler PTC-Heizelemente ermöglichen, betreffen die Ansprüche 7 und 8 vorteilhafte Ausgestaltungen der Rohranschlußstutzen, die an den Enden der Profilheizkörper zum Zuführen bzw. Abführen des zu erwärmenden Mediums, das die Hohlprofilkörper durchströmt, angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen elektrischen

Durchlauferhitzer, der zwei jeweils halbkreis-

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. förmige Hohlprofilrohre aufweist, nach der Schnittlinie I-I aus Fig. 2;

Fig. 2 einen Schnitt II-II aus Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt III-III aus Fig. 1; Fig. 4 einen Schnitt IV-IV aus Fig. 3;

Fig. 5 im Schnitt einen Durchlauferhitzer mit vier jeweils viertelkreissektorförmigen Hohlprofilkörpern nach der Schnittlinie V-V aus Fig. 6;

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI aus Fig. 5; Fig. 7 einen Schnitt VII-VII aus Fig. 5; Fig. 8 einen Schnitt VIII-VIII aus Fig. 7;

Fig. 9 das obere Ende des Durchlauferhitzers der Fig. 1 mit einem anderen Rohrstutzen im Schnitt;

Fig. 10 einen Schnitt.X-X aus Fig. 9; Fig. 11 einen Schnitt XI-XI aus Fig. 10;

Fig. 12 den oberen Endabschnitt des Durchlauferhitzers aus Fig. 5 mit einem anderen Rohrstutzen;

Fig. 13 einen Schnitt XIII-XIII aus Fig. 12.

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Der in Fig. 1 dargestellte Durchlauferhitzer 1 besteht aus zwei länglichen Hohlprofilkörpern 2 und 3, die jeweils ein halbkreisförmiges Querschnittsprofil mit einer ebenen Wandfläche 4 bzw. 5 aufweisen und mit Durchlaufkanälen 6 und 7 bzw. 8 und 9 versehen sind, die jeweils durch Radialwände 10 bzw. 11 voneinander getrennt sind.

Die Radialwände 10 und 11 tragen zur Vergrößerung der Wandflächen der Durchlaufkanäle 6 bis 9 bei und somit auch zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf das diese Durchlaufkanäle durchströmende Medium. Außerdem tragen diese Radialwände 10 und 11 auch zur Erhöhung der radialen Stabilität bei, die, wie später noch erläutert wird, beim radialen Verpressen eines diese Hohlprofilkörper 2 und 3 umschließenden Metallrohrs 14 von Bedeutung ist.

Durch einen schlauch- oder bandförmigen Isolierstoffmantel 15 sind die beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 gegenüber dem sie umschließenden Metallrohr 14 elektrisch isoliert. Wie aus den Fig. 1 und 2 ohne weiteres ersichtlich ist, bilden die beiden zueinander parallel verlaufenden Wandflächen 4 und 5 der beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 einen Hohlraum 16, der sich über die gesamte Länge der beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 erstreckt und bezogen auf die

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Kreisform, die die beiden Profilkörper 2 und 3 miteinander bilden, diametral verläuft.

In diesem Hohlraum 16 sind in zwei längs verlaufenden, symmetrisch zu einer Mittelebene 17 angeordneten Reihen über die gesamte Länge verteilt mehrere PTC-Heizelemente 20 angeordnet, die mit ihren planparallelen Seitenflächen unmittelbar und elektrisch kontaktierend an den Wandflächen 4 und 5 der aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Hohlprofilkörper 2 und 3 anliegen, so daß die elektrische Stromzufuhr zu den PTC-Hei&zgr;elementen 20 unmittelbar über diese Wandflächen 4 und 5 der Hohlprofilkörper 2 und 3 erfolgen kann.

Zu diesem Zweck sind die beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 an den vom Metallrohr 15 ausgesparten Abschnitten 24 und 25 jeweils mit einem elektrischen Steckanschluß 21 bzw. 22 versehen. Diese Steckanschlüsse 21 und 22 bestehen jeweils aus abgewinkelten Zungen, die vorzugsweise durch Punktschweißen am Umfang der Hohlprofilkörper 2 bzw. 3 befestigt sind und radial nach außen ragen.

An den Enden der beiden Hohlprofilkörper 2, welche zusammen mit dem Metallrohr 14 das Durchlaufrohr des Durchlauferhitzers 1 bilden, sind jeweils Rohrstutzen 31 und 32 angeordnet, die unter sich gleich ausgebildet sind und durch welche das zu erhitzende Medium, beispielsweise

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Wasser, zu den Durchlaufkanälen 6 bis 9 zugeführt bzw. von diesen wieder abgeführt wird.

An diese Rohrstutzen können beispielsweise Schlauchleitungen angeschlossen werden. Außerdem haben sie die Aufgabe, den Hohlraum 16 zwischen den beiden Hohlprofilkörpern 2 und 3 gegen das Eindringen des zu erhitzenden Mediums, also z. B. gegen das Eindringen von Wasser, abzudichten. Zu diesem Zweck sind die die Enden der beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 mit einer Ringlippe 33 umschließenden Rohrstutzen 31 und 32 jeweils mit einem Radialsteg 35 versehen, der wie der Hohlraum 16 diametral verläuft Aus Materialersparnisgründen ist dieser Radialsteg stirnseitig mit einem nutenartigen Hohlraum 36 versehen. Dieser Hohlraum 36 ist im Bereich einer zentralen konischen Nabe 37 mit einem weiteren zentralen Hohlraum 38 verbunden.

Die den Hohlraum 36 umschließenden Stirnflächen 39 und des Radialstegs 35 sowie die beiden ringförmigen Stirnflächenabschnitte 41 und 42 liegen jeweils lückenlos dichtend an den planebenen und in einer gemeinsamen Radialebene liegenden Stirnflächen der beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 an, so daß das den Durchlauferhitzer durchströmende Medium nicht in den Hohlraum 16 gelangen

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kann, in dem sich die PTC-Heizelemente 20 befinden und der im Bereich der Abschnitte 24 und 25 radial offen ist

In den Fig. 9, 10 und 11 ist eine andere Ausführungsform des Rohrstutzens 31 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein diametral verlaufender, im Querschnitt dreieckförmiger Radialsteg 45 vorgesehen, der eine Dichtrippe 4 6 aufweist, welche passend in den Hohlraum 16 hineinragt.

Beidseits der Dichtrippe 4 6 sind jeweils planebene Stirnflächen 47 und 48 vorhanden, welche an den Stirnflächen der Hohlprofilkörper 2 und 3 ebenfalls dichtend anliegen. Im übrigen ist auch hier die Ringlippe 33 ebenso vorgesehen wie die jeweils ringförmigen Stirnflächen 41 und 42, welche an den übrigen Abschnitten der Stirnflächen der beiden Hohlprofilkörper 2 und 3 lückenlos dichtend anliegen.

In den Fig. 5 bis 8 ist -ein Durchlauferhitzer 1^T dargestellt, der sich vom Durchlauferhitzer 1 der Fig. 1 und 2 nur dadurch unterscheidet, daß er statt zwei im Querschnitt halbkreisförmigen Hohlprofilkörpern 2, 3 vier Hohlprofilkörper 52, 53, 54, 55 aufweist, die jeweils die Querschnittsform eines Viertelkreissegmentes aufweisen.

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Diese Hohlprofilkörper 52, 53, 54 und 55 weisen jeweils zwei rechtwinklig zueinander stehende Wandflächen 56 und 57 bzw. 58 und 59 bzw. 60 und 61, bzw. 62 und 63 auf, die im montierten Zustand zwei zueinander kreuzweise angeordnete und jeweils diametral verlaufende Zwischenräume 64 und 65 bilden. In diesen Zwischenräumen 64 und 65 sind jeweils in zentralsymmetrischer Anordnung zwei Reihen von PTC-Heizelementen 20 angeordnet. Auch diese PTC-Hei&zgr;elemente 20 stehen mit den Wandflächen 56 bis 63 jeweils paarweise unmittelbar und elektrisch kontaktierend in Verbindung. Auch sie erhalten ihre Stromzufuhr jeweils über einen mit einem Steckanschluß 21 bzw. 22 bzw. 21', 22' versehenen Hohlprofilkörper 52 bis 55.

Das zu erhitzende Medium strömt durch die insgesamt vier, ebenfalls kreissegmentförmigen Durchlaufkanäle 66, 67, 68 und 69, die jeweils in einen Rohrstutzen 71 bzw. '72 münden. Auch hierbei sind die Hohlprofilkörper 52 bis 55, die gemeinsam einen von dem Metallrohr 14 umschlossenen zylindrischen Rohrkörper bilden, durch einen Isolierstoffmantel 15 einzeln gegenüber dem Metallrohr 14 elektrisch isoliert.

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Bei beiden Ausführungsformen erstreckt sich das Metallrohr 14 nicht über die gesamte Länge der Hohlprofilkörper 2 und 3 bzw. 52 bis 55. Das Metallrohr 14 endet im oberen Bereich in einem geringen Abstand von der Ringrippe 33 der jeweiligen oberen Rohrstutzen 31 bzw. 71, 71'. Am unteren Ende besteht zwischen der Ringlippe 33 des Rohrstutzens 32 bzw. 72 und dem Ende des Metallrohrs 14 ein größerer Abstand, in dessen Bereich jeweils die Steckanschlüsse 21 und 22 bzw. 21' und 22' auf den einzelnen Hohlprofilkörpern. 2 und 3 bzw. 52 bis 55 angeordnet und befestigt sind.

Nach dem Zusammenfügen der einzelnen Hohlprofilkörper 2 und 3 bzw. 52 bis 55 und dem Aufbringen des Isolierstoffmantels 15 sowie des Metallrohres 14 wird das Metallrohr 14 über seine gesamte Länge radial verpreßt, so daß eine Durchmesserverringerung von etwa 8% entsteht, die elektrische Isolierung zwischen dem Metallrohr 14 und den einzelnen Hohlprofilkörpern 2, 3 bzw. 52 bis 55 aber erhalten bleibt. Durch dieses Verpreßen entsteht auch eine absolut spalt- und zwischenraumfreie Berührung zwischen den einzelnen Wandflächen 4 und 5 der Hohlprofilkörper 2 und 3 bzw. der Wandflächen 56 bis 63 der Hohlprofilkörper 52 bis 55 einerseits und den an diesen anliegenden Flachseiten der einzelnen PTC-Heizelemente 20. Die Wärmeüber-

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tragung von den PTC-Heizelementen 20 auf die Hohlprofilkörper 2, 3 bzw. 52 bis 55 ist somit optimal.

Auch bei dieser Ausführungsform müssen die Zwischenräume 64 und 65, in denen die PTC-Heizelemente 20 untergebracht sind, gegenüber den Durchlaufkanälen 64 bis 66 abgedichtet werden. Zu diesem. Zweck sind die beiden Rohrstutzen 71 und 72, die im übrigen gleich gestaltet sind wie die Rohrstutzen 31 und 32, mit zwei kreuzweise zueinander angeordneten Radialstegen 75 und 76 versehen. Diese weisen, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, aus Materialersparnisgründen nutenartige Vertiefungen 77 und 78 auf, die mit einem zentralen Hohlraum 79 einer konischen Nabe 80 in Verbindung stehen. Auch hier liegen die planebenen Stirnflächenabschnitte der Radialstege 75 und 7 6 sowie die sich daran anschließenden Stirnflächenabschnitte 81 bis 84 lückenlos und dichtend an den ebenfalls in einer Ebene liegenden, planebenen Stirnflächen der einzelnen Hohlprofilkörper 52 bis 55 an.

In den Fig. 12 und 13 ist ein Rohrstutzen 71' dargestellt, dessen kreuzweise verlaufenden Radialstege 75' und 76' jeweils axial vorspringende Dichtrippen 8 6 und

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aufweisen, welche jeweils dichtend in die Zwischenräume 64 und 65 hineinragen.

Auch bei dieser Ausführungsform weisen die jeweils kreuzweise zueinander verlaufenden Radialstege 75 und 7 6 beidseitig der Dichtrippen 86 und 87 Stirnflächen 47' und 48' auf, die an den planebenen Stirnflächen der Hohlprofilkörper 52 bis 55 dichtend anliegen.

Es ist auch möglich, ein die Hohlprofilkörper 2 und 3 bzw. 52 bis 55 umschließendes Metallrohr 14 zu verwenden, das zumindest annähernd gleich lang ist wie die Hohlprofilkörper 2 und 3 bzw. 52 bis 55. Dann ist es allerdings erforderlich, an den Stellen, an denen die Steckanschlüsse 21, 22 bzw. 21' und 22' angeordnet werden müssen, Aussparungen des Metallrohres 14 vorzusehen, damit diese Steckanschlüsse mit dem Metallrohr elektrisch nicht in Verbindung kommen können.

Claims

1. . Elektrischer Durchlauferhitzer mit PTC-Heizelementen, die zwischen ebenen und zueinander parallelen Wandflächen von länglichen, elektrisch leitenden Hohlprofilkörpern aus Metall angeordnet sind, deren Hohlräume Durchlaufkanäle für das zu erwärmende Medium bilden und an ihren Enden jeweils mit gemeinsamen Rohranschlußstutzen versehen sind, wobei die Hohlprofilkörper Querschnittsprofile aufweisen, die, zusammengefügt und von sie umschließenden Verbindungselementen zusammengehalten, zumindest annähernd die Form eines im wesentlichen runden Durchlaufrohres ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlprofilkörper (2, 3; 52 bis 55) von einem gegen sie elektrisch isolierten Metallrohr (14) umspannt sind und daß die Stromzufuhr zu den PTC- Heizelementen (20) über die mit diesen unmittelbar und elektrisch kontaktierend in Verbindung stehenden ebenen Wandflächen (4, 5; 56 bis 63) der Hohlprofilkörper (2, 3; 52 bis 55) erfolgt.

2. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Hohlprofilkörper jeweils an einem vom Metallrohr (14) ausgesparten Abschnitt (24, 25) ihrer Mantelfläche mit einem elektrischen Steckanschluß (21, 22) versehen sind.

3. . Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (14) aus Aluminium besteht und mittels eines die Hohlprofilkörper (2, 3) umschließenden Isolierstoffmantels (15) elektrisch von diesem getrennt ist.

4. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (14) mit den von ihm umschlossenen Hohlprofilkörpern (2, 3; 52 bis 55) radial verpreßt ist.

5. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hohlprofilkörper (2, 3) jeweils eine halbkreisförmige Querschnittsform und eine ebene Flachseite aufweisen und in zueinander spiegelbildlicher Anordnung einen diametral verlaufenden Zwischenraum (16) bilden, in dem wenigstens zwei Reihen von PTC-Heizelementen (20) unterbringbar sind.

6. Elektrischer Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Hohlprofilkörper (52, 53, 54, 55), die jeweils die Querschnittsform eines Viertelkreissektors aufweisen, mit ihren rechtwinklig zueinander stehenden Wandflächen (56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63) zwei zueinander kreuzweise angeordnete Zwischenräume (64, 65) bilden, in denen wenigstens vier Reihen von PTC-Heizelementen (20) unterbringbar sind.

7. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden jeweils in einer gemeinsamen Radialebene liegenden Enden der Hohlprofilkörper (2, 3; 52, 53, 54, 55) angeordneten Rohranschlußstutzen jeweils Radialstege (45; 75, 76) aufweisen, welche die zwischen den Wandflächen (4, 5; 56 bis 63) der Hohlprofilkörper (2, 3; 52 bis 55) bestehenden Zwischenräume (16; 64, 65) abdichten.

8. Elektrischer Durchlauferhitzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialstege (45; 75', 76') der Rohranschlußstutzen (31; 71') jeweils mit Dichtrippen (46; 86, 87) versehen sind, die jeweils dichtend in einen Zwischenraum (16; 64, 65) zweier Hohlprofilkörper (2, 3; 52 bis 55) hineinragen.