DE2356722A1 - Verbesserte leitungswand und rueckfluss-kompressor, der dieselbe aufweist - Google Patents
Verbesserte leitungswand und rueckfluss-kompressor, der dieselbe aufweistInfo
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Description
PATENTANWALT D-I BERLIN 33 $.11.1973
MANFRED MlEHE falkenried4
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Telex: 0185443
US/16/2136 L-4OO-F-9
AVCO CORPORATION 1014 Vine Street, Suite 1800, Cincinnati, Ohio 45202
USA
Verbesserte Leitungswand und Rückfluß-Kompressor, der dieselbe
aufweist
Es wird eine Rückfluß-Verbrennungskammer geschaffen, wie sie in Gasturbinen zur Anwendung kommt. Die
Verbrennungskammer weist innere und äußere gekrümmte Teile auf, die den Auslaßweg für den heißen Gasstrom
begrenzen, der in der Verbrennungszone der Verbrennungskammer
ausgebildet wird. Dieser ringförmige Fließweg krümmt sich nach innen über einen Winkel von
etwa 180° für die Abgabe des heißen Gasstroms an die Turbine des Motors. Das äußere gekrümmte Teil weist
ein Paar im Abstand zueinander angeordnete Platten auf, die eine Kammeranordnung begrenzen, durch die
Kühlluft geführt wird zwecks Verringern der Metalltemperatur des gekrümmten Teils. Die Metallplatten
werden im Abstandsverhältnis durch Vertiefungen gehalten, um so den angestrebten Massefluß der Kühlluft
zu jedem Zeitpuntk sicherzustellen» Eine Ausführungsform weist eine einzige Kammer für den
Fluß der Kühlluft auf. Eine weitere Ausführungsform weist eine Zwischenplatte auf, die erste und
zweite Kammern begrenzt, durch die Kühlluft geführt wird. Es werden weitere erfindungsgemäße Merkmale
erläutert, die bei dem Betrieb der Turbine auftretende Unterschiede in der Wärmeausdehnung aufnehmen
.
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Leitungswänden für die Begrenzung des Fließweges von Hochtemperatur-Gasströmen
und insbesondere Rückfluß-Verbrennungskammern von Gasturbinen.
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Auf dem Gebiet der Gasturbinen ergibt sich ein spezielles Erfordernis
dahingehend, daß Leitungen für Hochtemperatur-Gasströme vorgesehen werden. Dies trifft insbesondere auf Gasturbinen zu,
die für den Antrieb von Luftfahrzeugen angewandt werden, wo sowohl extrem hohe Temperaturen als auch eine leichte Bauart erforderlich
sind, um so in wirtschaftlicher Weise die angestrebten Leistungswerte zu erzielen. Außerdem ergeben sich besondere
betriebliche Gefahrenmomente, wie Vibration und extrem hohe Schwerkraftbelastungen.
Über das allgemeine Problem der Leitung von Hochtemperatur-Gasströmen
bei derartigen Turbinen ergibt sich ein spezifischeres Problem bei den sogenannten Rückfluß-Verbrennungskammern. Derartige
Verbrennungskaipaern, die sich als vorteilhaft erweisen in dem Zusammenhang, das Gesamtgewicht und Raumbeanspruchung der
Turbine hintenanzuhalten, weisen ein Einlaßende auf, das entfernt
von dem Kompressor der Turbine vorliegt. Die Verbrennungsluft tritt in die Verbrennungskammer ein und bewegt sich rückwärts
durch die Verbrennungszone bei der Erzeugung des heißen
Gasstroms. Dieser heiße Gasstrom wird sodann nach innen über einen Winkel von 180° zu der Turbinenanordnung des Motors gelenkt.
Das Wenden dieses Gasstroms wird durch einen ü-förmigen ringartigen Kanal bewerkstelligt, der üblicher Weise als
Krümmungsanordnung bezeichnet wird und weist ein inneres und äußeres gekrümmtes Teil auf. Das äußere gekrümmte Teil oder die
Leitungswand ist insbesondere extremen Temperaturen ausgesetzt, die die höchsten in der Turbine vorkommenden Temperaturensein
können. Das äußere gekrümmte Teil hat somit spezielle Probleme gezeigt im Zusammenhang mit dem Erstellen einer Verbrennungskammer,
die nicht nur gut gewartet werden kann, sondern ebenfalls wirtschaftlich eine angemessene Lebensdauer besitzt.
Es hat zwar viele Vorschläge gegegeben, Leitungsteile im allgemeinen
und die gekrümmten Leitungsteile derartiger Verbrennungskammern im besonderen zu kühlen, jedoch ist keiner
dieser Vorschläge im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Lebens-
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dauer zufriedenstellend gewesen. Zur weiteren Erläuterung derartiger
Vorschläge nach dem Stand der Technik sei erwähnt, daß allgemein bekannt ist, relativ kühle Luft aus dem Kompressor
des Motors abzuleiten und diese Kühlluft auf die Leitungswände
zum Auftreffen oder in anderer Weise in Berührung zu bringen,
und das gilt ebenfalls für andere Bauelemente des Motors, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind. Es kann auch Kühlluft
aus anderen Quellen als dem Kompressor des Motors abgeleitet werden.
Dort, wo Kompressorluft für das Kühlen angewandt wird, besteht
eine wesentliche Überlegung darin, daß die Masse der Kühlluft möglichst klein gehalten wird, da es sich um eine Verringerung
des gesamten Wirkungsgrades des Motors handelt. Dies führt zu dem Erfordernis, Kühlanordnungen vorzusehen, die einen hohen
Wirkungsgrad bezüglich der Kühlung besitzen, und zwar in einer Anordnung, die in Übereinstimmung mit den anderen Erfordernissen
der Arbeitsbedingungen des Motors steht.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine verbesserte Bauart der Leitungswand zu schaffen, durch die
der Fließweg des heißen Gasstroms begrenzt wird.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine derartige Leitungswand für das Führen des Gasstroms längs eines gekrümmten Fließweges zu schaffen.
Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin,
eine verbesserte Rückfluß-Verbrennungskammer zu schaffen, die sich durch ein äußeres gekrümmtes Teil auszeichnet, welches
in der Lage ist, extrem hohen Temperaturen zu widerstehen und eine verlängerte und verbesserte Lebensdauer aufweist.
Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden allgemein
dadurch gelöst, daß eine Leitungswand geschaffen wird, die ein Paar im Abstandsverhältnis vorliegender Platten aufweist, welche
zwischen sich eine Kammeranordnung begrenzen. Eine dieser Platten
ist direkt einem Heißgasstrom ausgesetzt. Es ist eine Anordnung
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vorgesehen für das Einführen von Kühlluft zwischen diesen Platten und einem Führen der Kühlluft über praktisch die gesamte Oberfläche
der Platte, die dem heißen Gasstrom ausgesetzt ist. Weiterhin ist eine Abstandshalteranordnung, vorzugsweise in Form von
Vertiefungen vorgesehen, wodurch ein kleinstes Abstandsverhältnis
zwischen den Platten aufrechterhalten wird und somit sichergestellt ist, daß zu diesem Zeitpunkt der angestrebte Kühlluftfluß vorhanden
ist.
Die im Abstandsverhätlnis angeordneten Platten der Leitungswand
können eine einzige Kammer bilden, wobei die Kühlluft in ein Ende eingeführt und aus dem anderen Ende in den heißen Gasstrom abgegeben
wird. Ein noch größerer Wirkungsgrad der Kühlung kann dadurch erhalten werden, daß eine Zwischenplatte vorgesehen ist,
die erste und zweite Kammern begrenzt und auch hier wird wiederum Kühlluft in ein Ende jeder dieser Kammern eingeführt und sodann
zurück in den heißen Gasstrom abgegeben.
Diese Leitungsanordnung kann in eine Rückfluß-Verbrennungskammer eingebaut werden, die innere und äußere Begrenzungsteile einer
Verbrennungszone aufweisen. Innere und äußere gekrümmte Teile
bilden entsprechende Verlängerungen dieser Begrenzungsteile und begrenzen eine ringförmigen Fließweg für den Gasstrom, der sich
nach innen über einen Winkel von etwa 180° für die Abgabe des Gasstroms an die Turbine des Motors krümmt. Das äußeregekrümmte
Teil ist aus zwei im Abstandsverhältnis vorliegenden Platten gebildet, die eine Kammeranordnung begrenzen, durch welche die
Kühlluft geführt wird. Diese Platten können eine einzige Kammer begrenzen oder vorteilhafter Weise kann eine Zwischenplatte vorgesehen
sein, die erste und zweite Kammern für das Fließen der Kühlluft begrenzt. Es sind ebenfalls entsprechende Anordnungen
für das Befestigen der Zwischenplatte sowie das Befestigen der äußeren gekrümmten Anordnung als solcher getroffen im Hinblick
auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Bestandteile des
äußeren gekrümmten Teils.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilansicht im längsseitigen Schnitt einer Gasturbine,
die speziell die erfindungsgemäße Rückfluß-Verbrennungskammer erläutert;
Fig. 2 ein vergrößerter längsseitiger Schnitt eines Teils der Rückfluß-Verbrennungskammer nach Figur 1;
Fig. 3 ein Schnitt ähnlich wie nach Figur 2 und zeigt eine weitere
erfindungsgemäße Ausführungsform;
Fig. 4 eine Ansicht längs der Linie IV-IV der Figur 2 und Fig. 5 eine Ansicht längs der Linie V-V nach Figur 3.
Die Figur 1 zeigt Teile einer Gasturbine. Es liegen die Endstufen
eines Äxialflußkompressors 10 vor, der die Luft unter Druck setzt,
um so die Verbrennung des Brennstoffs im Zusammenhang mit der Erzeugung des antreibenden Gasstroms zu unterstützen. Die-von dem
Kompressor 10 abgegebene Luft fließt durch einen Diffusor 12 und sodann nach außen und hinten längs des Kanals 14 in Richtung auf
eine Rückfluß-Verbrennungskammer 16. Die Verbrennungskammer 16 kann ringförmig aufgebaut sein und weist innere und äußere Begrenzung
steile 18 und 20 auf, die in entsprechender Weise im Abstandsverhältnis gegenüber dem Turbinengehäuse 22 und dem
Motorengehäuse 24 angeordnet sind.
Die von dem Kompressor 10 abgegebene Luft fließt von dem Kanal 14 aus durch die ringförmigen Räume zwischen den Begrenznngsteilen
und deren benachbarten Gehäusen in Richtung auf das entfernte
oder Einlaßende der Verbrennungskammer, die durch die Begrenzungsteile 18 und 20 definiert ist» Diese Luft tritt in
die Verbrenungskammer ein und unterhält die Verbrennung des
vermittels der Düsen 26 eingespritzten Brennstoffs und dies in bekannter Weise unter Erzeugen eines heißen Gasstroms. Dieser
heiße Gasstrom fließt sodann entgegengesetzt allgemein in Richtung auf den Kompressor 10 und wird sodann nach innen über.einen
Winkel von 180° vermittels innerer und äußerer gekrümmter Teile 28 und 30 gewendet, die in Verbindung mit den Begrenzungsteilen
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18 und 20 stehen und gewissermaßen Verlängerungen derselben darstellen.
Nach dem Wenden durch die gekrümmten Teile 28 und 30 wird der heiße Gasstrom durch eine Düsenplatte 32 an eine Turbine
34 abgegeben, die in Verbindung mit dem Kompressor 10 steht und denselben antreibt. Der heiße Gasstrom kann sodann der Leistungsturbine 36 zugeführt werden und dieselbe antreiben. Die Leistungsturbine 36 ist mit einer Kraftabnahmewelle (nicht gezeigt) versehen,
die mit einem entsprechenden anzutreibenden Mechanismus in Verbindung gebracht werden kann,z.B. dem Rotor eines Hubschraubers
.
Unter Bezugnahme auf die Figur 2 sieht man, daß das äußere gekrümmte
Teil 30 als Verbundkörper vermittels im Abstandsverhäitnis
vorliegender Blechmetallplatten 38, 39 ausgebildet ist, die an deren äußeren Enden mit einem relativ starren Reifenteil 40 verbunden
sind, das mit dem äußeren Begrenzungsteil 2O der Verbrennungskammer
in Verbindung steht. Die inneren Enden der Blechmetallplatten 38 und 39 sind miteinander z.B. vermittels Verschweißen
verbunden, wodurch das Stromabende einer gekrümmten ringförmigen Kammer 42 gebildet wird.
Ein Blechmetallband 44 ist an dem inneren Ende der äußeren Platte 38 vermittels Verschweißen befestigt und erstreckt sich eine
kurze Entfernung in Richtung auf den Kompressor, wo es mit einer mit Flansch versehenen Blechmetallscheibe 46 verbunden wird.
Das innere Teil der Scheibe 46 ist an einem Rahmenteil 48 befestigt, das einen einstückigen Bestandteil der Düsenplatte 32
darstellt. Bolzen 49 befestigen diese Anordnung und Befestigen ebenfalls den Düsenrahmen 48 an einem Motorrahmen 5O.
Es ist zwischen dem Kompressorkanal 14 und dem Reifenteil 40 ein schmaler Spalt vorgesehen, um so ein Fließen relativ kalter
Luft aus dem Kompressor in eine Kammer 52 (siehe ebenfalls die Figur 1) zwischen dem gekrümmten Teil 30 und dem umgebenden
Motoraufbau zu ermöglichen. Diese Kühlluft fließt sodann durch eine Lochreihe 54, siehe die Figur 4, sie ebenfalls im Abstandsverhältnis
um die äußere gekrümmte Platte 38, benachbart zu dem
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Reifenteil 40 vorliegen und wird sodann durch Löcher 55, die in
der Platte 39 benachbart zu der Düsenplatte 32 ausgebildet sind, abgegeben.
Die Kühlluft fließt somit durch die Kammer 42 und fließt über
praktisch die gesamte Oberfläche der inneren Platte 39» Die zum Kühlen des gekrümmten Teils 30 und insbesondere dessen innerer
Platte 39 angewandte Luft wird sodann zu dem antreibenden durch den Motor erzeugten Strömungsmittelstrom zunückgeführt.
Die Energie der Kühlluft wird sodann wenigstens teilweise zurückgewonnen, um Verluste bei dem gesamten Wirkungsgrad des
Motorzyklus kleinstmöglich zu halten.
Aufgrund der Temperaturdifferenfeialzwischen den inneren und äußeren gekrümmten Platten neigen, diese Teile dazu, in Richtung aufeinander
gedrückt zu werden und die Kammer zu verschließen. Es wird eine minimale Kammerdimension zu allen Zeitpunkmten
vermittels Vertiefungen 56 aufrechterhalten, die vorzugsweise in der äußeren Platte 38 ausgebildet sind, wodurch wenigstens
ein minimales Abstandsverhältnis zwischen den Platten 38 und.39 aufrechterhalten wird.
Eine weitere Beachtung der Temperaturdifferentiale und der sich ergebenden Differenzen in der Wärmezunahme der inneren und äußeren
Platten findet sich in der beschriebenen Befestigung denrs inneren Endes de» gekrümmten Teils. Das relativ dünne Blechmetallband
44 und der Flansch 46 führen zu einer flexiblen Halterungsanordnung, die eine begrenzte relative Bewegung zwischen
dem inneren Ende des gekrümmten Teils und dem Düsenplattenrahmen gestattet. Diese relative Bewegung, die sowohl in radialer
als auch axialer Richtung erfolgen kann, kann weiterhin durch Vertiefungen 58 auf der äußeren Platte 38 gesteuert werden. Diese"
Vertiefungen gleiten normalerweise auf einer Flanschoberfläche 60 des Plattenteils und führen zu einem begrenzten Oberflächeneingriff
zwischen denselben.
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Unter Bezugnahme auf die Figur 3 wird ein abgewandeltes gekrümmtes
Teil 30' gezeigt. Mit Ausnahme dieses gekrümmten Teils sind alle weiteren Komponenten des Kompressors die gleichen und werden
durch die gleichen, weiter oben angegebenen Bezugszeichen definiert. Das gekrümmte Teil 30' weist innere und äußere Platten
62 und 64 in Form gekrümmter ringförmiger Gehäuse auf. Diese Platten sind in der gleichen Weise wie bezüglich des Reifenteils
40 und des Düsenrahmens 48 befestigt. Der Unterschied bei dem hier erläuterten gekrümmten Teil besteht in dem Vorsehen einer
Zwischenmetallblechplatte 66, die vermittels Verschweißen an
dem äußeren oder Stromaufendeder äußeren Platte 62 benachbart zu
dem Reifenteil 40 befestigt ist. Die Zwischenplatte 66 ist ebenfalls ringförmig ausgeführt und erstreckt sich in Richtung auf
und endet benachbart zu dem Stromab- oder inneren Ende des gekrümmten Teils 30', wo die Platten 62 und 64 verbunden sind.
Somit werden zwei Kammern 70 und 72 in dem gekrümmten Teil 30' begrenzt. Diese Kammern vereinigen sich an dem Ende der Zwischenplatte
66 an dem inneren Ende des gekrümmten Teils.
Kühlluft tritt in die äußere Kammer 70 durch Löcher 74 ein, die in der Platte 62 ausgebildet sind und sich in die Kammer 52
hin öffnen, die wie weiter oben durch die von dem Kompressor abgegebene Luft unter Druck steht. Kühlluft tritt in die innere
Kammer 72 durch in der äußeren Platte 62 ausgebildete Löcher ein. Die verbrauchte Kühlluft aus beiden Kammern wird sodann in den
heißen Gasstrom durch Löcher 82 abgegeben.
Diese Anordnung ermöglicht zwei gleichzeitige Flüsse der Kühlluft durch das gekrümmte Teil 30', das die Platten 64 und 66
entsprechend kühlt. Durch Kühlen der Platte 66 kann ein größerer Wirkungsgrad bei dem Kühlen der Platte 64 erzielt werden, die
dem heißen Gasstrom direkt ausgesetzt wird. Durch genaues Steuern der Größe und Anzahl der Löcher 74 und 80 ist es möglich,
einen hohen Wirkungsgrad der Kühlung unter Anwenden eine» minimalen
Masseflusses der Kühlluft zu erzielen.
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Die Kühlfluß-Kammern werden erneut im Hinblick auf ihre kleinsten
Abmessungen vermittels einer Vertiefungsanordnung gesteuert. Diese Vertiefungen 76 werden in der Zwischenplatte ausgebildet
und erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen, um entsprechend mit den inneren und äußeren Platten 62 und 64 in Eingriff
zu kommen. Wahlweise können einige der Vertiefungen in der äußeren Platte 62 ausgebildet werden, um so die Zwischenplatte
66 im Abstandsverhältnis hiervon zu halten.
Unterschiede in der Wärmeausdehnung werden weiterhin dann beobachtet,
wenn nur das äußere Ende der Zwischenplatte 66 verankert ist, während das innere Ende freischwebt. Die innere Platte ist
weiterhin kein strukturelles Teil und ist daher vorzugsweise relativ dünn.ausgeführt, um sowohl Belastungen als auch Gewicht
kleinstmöglich zu halten.
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- ίο -
Claims (5)
- PatentansprücheGasturbine mit einer Leitungswand zum Begrenzen wnigstens eines Teils des F.ließweges eines heißen Gasstroms, der von einer Verbrennungskammer erzeugt wird, wobei die Leitungswand gekennzeichnet ist durch: erste und zweite Platten (39,38), die im Abstandsverhältnis vorliegen und eine relativ dünne Kammer (42) zwischen sich begrenzen, wobei die erste Platte (39) für ein direktes Aussetzen gegenüber dem heißen Gasstrom von der Verbrennungskammer vorgesehen ist;Öffnungen (54) zum Einführen von Kühlluft in ein Ende der relativ dünnen Kammer (42) , Fließn der Kühlluft durch die Kammer und über praktisch die gesamte Oberfläche der ecsten Platte (39), die Platten (39,38) Löcher (55) aufweisen, die sich von der Kammer zu dem heißen Gasstrom erstrecken, für die Abgabe der Kühlluft aus der Kammer (42), sowie eineMehraanl Vertiefungen (56) , die in der zweiten Platte (38) ausgebildet sind und sich in die Kammer erstrecken und mit der ersten Platte (39) in Eingriff kommen können zwecks Aufrechterhalten eines kleinsten Fließweges durch die Kammer, um so einen angestrebten Fluß der Kühlluft sicherzustellen.
- 2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (38,39) gekrümmt sind, um ein gesteuertes Kühlen der ersten Platte (38) zu ermöglichen, wenn dieselbe :_j- die Fließrichtung des heißen Strömungsmittelstroms, dem sie ausgesetzt wird, wendet.
- 3. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenplatte (66) zwischen den ersten und zweiten Platten (64,62) und im Abstandsverhältnis zu beiden Platten vorgesehen ist, urji so die erste und zweite Kammer (72,70) zu begrenzen, sowie Vertiefungen (76) wirksam zwischen der Zwischenplatte (66) und den ersten und zweiten Platten (64,62) vorliegen, um so-ND-509821/0108einen kleinstmöglichen Fließweg durch die erste und zweite Kammer aufrechtzuerhalten.
- 4. Gasturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (66) im engen Abstandsverhältnis von den ersten und zweiten Platten (64f62) vorliegt und die
erste und zweite Kammer (72,70) an einem Ende der Kammer trennt und kurz nach dem anderen Ende der Kammer endet, wodurch eine
Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer ermöglicht
wird, die Kühlanordnung getrennte Kanäle (80,74) an einem Ende der Kammer für ein entsprechendes Einführen von Kühlluft in
die erste und zweite Kammer, sowie Kanäle (82) an dem anderen
Ende der Kammer aufweist, die sich durch die erste Platte für
die Abgabe der verbrauchten Kühlluft von den ersten und zweiten Kammern -in den heißen Strömungsmittelstrom erstrecken , die Abstandanordnung Vertiefungen (76) aufweist, die in der Zwischenplatte ausgebildet sind und mit wenigstens der ersten Plattein Eingriff kommen können zwecks Aufrechterhalten eines kleinsten Abstandsverhältnisses. - 5. Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (64,62) gekrümmt sind, um ein gesteuertes Kühlen der ersten Platte (64) dann zu ermöglichen, wenn dieselbe die Fließrichtung des heißen Strömungsmittelstroms, dem sie
ausgesetzt wird, wendet.509821/0108
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732356722 DE2356722C3 (de) | 1973-11-10 | Gasturbinenanlage mit einer Leitungswand aus mehreren Platten zum Begrenzen eines HelBgasstroms |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732356722 DE2356722C3 (de) | 1973-11-10 | Gasturbinenanlage mit einer Leitungswand aus mehreren Platten zum Begrenzen eines HelBgasstroms |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2356722A1 true DE2356722A1 (de) | 1975-05-22 |
DE2356722B2 DE2356722B2 (de) | 1976-09-30 |
DE2356722C3 DE2356722C3 (de) | 1977-05-12 |
Family
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DE2356722B2 (de) | 1976-09-30 |
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