DE2643856A1

DE2643856A1 - Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE2643856A1
Application number: DE19762643856
Authority: DE
Inventors: Leonard P Damratowski; Carl H Geary; Vijay K Sood
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Elliott Turbomachinery Co Inc
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1977-04-14
Also published as: JPS5547249B2; IT1072411B; CA1038608A; DK151979B; DK442676A; NO144578C; US3994541A; BE846818A; NL7610870A; DE2643856C2; NO763364L; DK151979C; CH610073A5; FR2347569A1; GB1533760A; NO144578B; BR7606597A; JPS5244356A; FR2347569B1; NL161238B

Description

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Carrier Corporation ⁸⁰⁰⁰ München- ss . mozaktstk. sa

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P.O. BOX 1000 TEtEGIt. NEQEDAIiATENT MÖNCHEN

Syracuse, H.Y. 13201

U.S.A. ^HAMBÜßG· 22.9.1976

Lagervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zusammenbau und Anordnen der Komponenten eines flexiblen gedämpften Lagers bezüglich der Welle einer Rotationsmaschine, wie eine Turbine oder ein Kompressor.

Der Ausdruck "flexibles gedämpftes Lager", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Vorrichtung, in der das Lager innerhalb eines beweglichen Trägers befestigt ist und der Träger von dem Maschinenbett an einer Reihe von nachgiebigen federartigen flexiblen Elementen herabhängt. Eine flüssige oder gasförmige Pressschicht zwischen dem nachgiebig herabhängenden Lagerträger und dem stationären Maschinenbett ist ebenfalls eingerichtet. Der kombinierte Effekt der nachgiebigen Federn und des flüssigen Preßfilmes ist es, das Lagersystem mit einer abgestimmten Ansprache zu versehen, die in der Lage ist, die an der ¥elle induzierten Vibrationen, die bei Resonanzfrequenzen angetroffen werden, abzuschwächen. Für eine vollständige Offenbarung, die sich auf den Aufbau und der Zusammensetzung ■ von flexiblen gedämpften Lagern bezieht, wird Bezug genommen

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auf die US-Patentschrift 3 456 992 und die NASA Technical Note D-7892 vom Februar 1975. Obwohl flexible gedämpfte Lager als eine ideale Vorrichtung zum Isolieren des Lagersystems von dem Maschinenbett bekannt sind, wurde ihre Verwendung, insbesondere in schweren Maschinen, bisher begrenzt, da viele Probleme beim Zusammenbau und Ausrichten der verschiedenen Lagerkomponenten auftraten. Eine Fehlausrichtung der Lagerkomponenten liefert eine nicht-gleichförmige Vorspannung der nachgiebigen Federn, wodurch eine nicht-symmetrische Ansprache in dem Federsystem und eine Deformation der Ausnehmung des Preßfilms hervorgerufen wird. Demzufolge arbeitet das Lager nicht in der vorher ge sagten Form. Aufbau- und Zusammensetzschwierigkeiten werden deutlicher, wenn die Masse des Rotors zunimmt.

Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau und die Zusammensetzung eines flexiblen gedämpften Lagers in einer schweren Rotationsmaschine zu erleichtern.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, genau die Komponenten eines flexiblen gedämpften Lagers im Zusammenbau anzuordnen, wobei das Lager auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden kann, ohne daß die Anordnung der Lagerkomponenten gestört wird.

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, daß das Wellendrehlager in einem beweglichen Trägerteil befestigt wird, daß das bewegliche Trägerteil.

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in einer komplementären Öffnung gehalten wird, die in dem Lagergehäuse ausgebildet ist, um eine Preßfilmölung dazwischen zu bilden, daß das Trägerteil innerhalb der Öffnung zu einer vorbestimmten Gestalt ausgeglichen wird, daß das Trägerteil nachgiebig von dem Gehäuse innerhalb der Öffnungen mit einer Reihe von flexiblen Federn herabhängt, daß das Lager bezüglich der Welle zentriert wird, daß das Lagergehäuse an dem Maschinenbett befestigt wird und daß die Unterlagscheiben von der Vorrichtung entfernt werden.

Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen sowie weitere Merkmale derselben, wird Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit ' den dazugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

Fig. 1 eine teilweise ebene Schnittansicht ist, die ein flexibles gedämpftes Lager zeigt, das innerhalb der Endwand einer Rotationsmaschine unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;

Fig. 2 eine Schnittansieht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 ist; und

Fig. 3 eine .Teilschnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 ist.

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In Fig. 1 ist ein flexibles gedämpftes Lager, das mit 10 bezeichnet ist, dargestellt, das die Rotorwelle 11 in der Endwand 12 einer Rotationsmaschine wie eine Turbine oder einen Kompressor trägt. Es dürfte einleuchten, daß die ¥elle dazu ausgelegt ist, die Rotationsmaschinenkomponenten zu tragen und somit Verformungen und Vibrationen unter Resonanzbedingungen ausgesetzt ist. Typischervreise ist die Endwand fest mit dem stationären Maschinenbett oder dem Gehäuse verbunden und erscheint somit als Basis bezüglich Welle- und Lageranordnung.Demzufolge liefert die Reaktion des Lagers auf die flexible Welle unter Resonanzbedingungen eine R.otorinstabilität, wenn sie nicht abgeschwächt wird. Die Abschwächung wird hior durch die Isolierung des Lagers von dem stationären Maschinenbettaufbau durch die Verwendung nachgiebiger Federelemente und Strömungsmittelpreßdämpfung erreicht. Weiterhin ermöglicht der vorliegende Zusammenbau die genaue Steuerung der Form des Preßfilmes bezüglich der Welle, wodurch ein schwerer Rotor aufgenommen werden kann, wobei das Lager auf Wellenverformungen und Vibrationen in vorhersagbarer Weise anspricht.

Eine ringförmige Ausnehmung 13 ist innerhalb der Außenfläche 14 der Endwand ausgebildet, wobei die Außenfläche einer normalerweise zugehbaren Seite der Maschine gegenüberliegt. Ein Lagergehäuse 15 ist in der Endwand innerhalb der ringförmigen Ausnehmung mit Bolzen 16 und Dübeln 17 befestigt. Das Lagergehäuse besitzt eine kreisförmige Öffnung, die zentriert darin angeordnet ist und durch das

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Gehäuse verläuft und dazu ausgelegt ist, lose eine bewegliche Lagerbefestigung, die mit 20 bezeichnet ist, darin zu tragen. Der bewegliche Träger ist aus drei Hauptabschnitten hergestellt. Die Abschnitte besitzen einen inneren zylindrischen Körpera&schnitt 21, der innerhalb der Gehäuseöffnung angeordnet ist, einen äußeren Schließring 22 und eine Reihe von nachgiebigen Teilen (flexible Federn) 23, die im Betrieb dazwischen die Verbindung herstellen. In der Praxis ist der Schließring an einem Schließflansch 24 mit Bolzen und Dübeln 27 befestigt, der auf der Außenseite des Lagergehäuses ausgebildet ist. Der Körper des Lagerträgers hängt somit an den flexiblen Federn innerhalb der Lagergehäuseöffnung herab. Es wird genügend Spiel zwischen dem Außenumfang des Körpers 21 und der Innenöffnung des Lägergehäuses belassen, um einen Zwischenraum 30 von vorbestimmter Breite dazwischen einzurichten. ■Vorzugsweise werden die drei Hauptabschnitte, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, aus einem einzigen Materialstück hergestellt, wobei die flexiblen Federn als ein "Käfigwicklung "-Auf bau zwischen dem Körperabschnitt und dem Schließilansch bezeichnet v/erden. Die flexiblen Federn, die in gleichen Abständen um den Körperabschnitt herum angeordnet sind, dienen dazu, das Lager mit einer abgestimmten mechanischen Ansprache auf die Wellenbewegung zu versehen.

Ein Kippschuhlager oder eine andere geeignete Art von Lager ist innerhalb des Körpers des beweglichen Trägerteiles

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befestigt und trägt im Zusammenbau drehbar die Rotorwelle. In der vorliegenden Ausführung besitzt das Lager eine Vielzahl von Kipp schuhen 31 in gleichem Abstand um die Welle 11. ¥ie am besten in Fig. 2 dargestellt wird, wird jeder Schuh auf Schwingkissen 33 mit einer balligen Fläche 34 getragen, die innerhalb einer komplementären Ausnehmung in der Mitte in jedem Schuh aufgenommen wird. Die Schwingkissen sind längliche Teile, deren Länge im wesentlichen gleich der der Schuhe ist und die axial mit der Welle ausgerichtet sind, so daß sich die Schuhe, bezüglich des Außenumfangs bewegen können.

Jeder Kippschuh und jede Schwingungskisseneinheit wird an ihrem Platz innerhalb des beweglichen Trägers mit Hilfe eines Paars von Endabdeckungen 40, 41 gehalten. Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, sind die Kippschuhe von einem im Querschnitt T-förmigen Aufbau und sind derart angeordnet, daß der Querbalken des T lose in komplementären Ausnehmungen, die in der Innenseitenwand der Endabdeckungen ausgebildet sind, aufgenommen wird. Die linke Endabdeckung 41 in Fig. 1 ist weiterhin mit einer Reihe sich längsaxial erstreckenden Abstandsfingern 43 versehen, die über die Spitze jedes Schuhes greifen. Die Finger sind bogenförmige Elemente, die der Innenwand des beweglichen Lagerträgers entsprechen. Zwischen benachbarten Abstandsfingern wird genügend Spiel gelassen, so daß ein Schwingungskissen dazwischen eingeführt werden kann. Eine leichte Haltekraft entsteht dadurch, daß die bogenförmigen Finger.mit im wesentlichen parallelen Seiten der Kissen in Eingriff

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stehen. Um die Schuhe zusammenzubauen, wird die hintere Abdeckung 40 an ihrem Platz mit Hilfe von Schrauben 44 befestigt. Danach wird die vordere Abdeckung, die Schwingungskissen und der Kippschuh um die Welle auf der zugehbaren Seite der Lagervorrichtung zusammengesetzt und als Untereinheit in den beweglichen Träger eingeführt. Schließlich wird die vordere Abdeckung an ihrem Platz mit Hilfe von Schrauben 45 befestigt.

Ein Paar Hilfsfedern 46 sind in den äußeren Rillen 47, die in dem stationären Lagergehäuse ausgebildet sind, angeordnet. Die Hilfsfedern dienen zur Lagerung des Eigengewichtes des Rotoraufbaus, während das vorbestimmte Spiel in der Filmausnehmung 30 aufrecht erhalten wird. Die Federn sind axial angeordnete Träger, die an jedem Ende des Trägers ein erhobenes Lagerungskissen besitzen, das gegen das stationäre Gehäuse sitzt. Ein mittig angeordnetes Gegendruckkissen wird ebenfalls von der Oberflächendes Trägers getragen, das gegen den äußeren Umfang des beweglichen Lagerträgers wirkt. Im Zusammenbau wird jeder Träger vorgespannt, um eine vorbestimmte Druckkraft gegen den beweglichen Lagerträger zu liefern. Die Träger dienen gemeinsam dazu, das Eigengewicht des Rotors aufzufangen, wodurch ein Vorspannen der Hauptbiegefedern vermieden wird.

Ein Paar ringförmige O-Ring-Dichtungen 50, 51 mit niedrigem Reibungswert werden in Trägerrillen, die in den gegenüberliegenden Seitenwänden 52, 53 des stationären Gehäuses ausgebildet sind, getragen. Ein radialer Flansch 54, der an

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dem Körper des beweglichen Trägerteils befestigt ist, erstreckt sich über die Dichtung 51 und wirkt mit ihr zusammen, um den Fluß von Strömungsmitteln dazwischen zu verhindern. Gleichermaßen ist die innere Endabdeckung 40 dazu ausgelegt, sich nach außen über den beweglichen Träger zu erstrecken, um die rechte Endwand des stationären Gehäuses zu umfassen und mit der Dichtung 50 zusammenzu- · wirken, um die Druckf ilmausnehmung bezüglich des Lagergehäuses und des beweglichen Lagerträgers einzuschließen. Vorzugsweise werden die Dichtungen aus Teflon oder einem ähnlichen adhäsiven Material geformt, um die nachteiligen Einwirkungen von Reibung in der Lageranordnung gering zu halten.

Ein Hochdruckströmungsmittel, vorzugsweise Öl, wird in das ringförmige Reservoir 60, das in dem stationären Gehäuse ausgebildet ist, über einen nichtgezeigten Einlaß eingefüllt. Das Strömungsmittel wird direkt von dem Reservoir in die Druckfilmausnehmung 30 geführt, wo es zur Dämpfung verwendet wird. Das Strömungsmittel fließt dann in eine Reihe vcn Bemessungslöchern 61, die in dem beweglichen Teil ausgebildet sind und in geeigneter Weise über die Zwischenräume 62, die zwischen je zwei benachbarten Kippschuhen beibehalten werden, verteilt sind. Eine große Öffnung 63 ist in jedem Abstandsfinger unmittelbar unter den Bemessungsöffnungen vorgesehen, damit das unter hohem Druck stehende Strömungsmittel zwisehen den Schuhen in Berührung mit der Welle durchfließen kann. Unter dem Einfluß

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der sich bewegenden ¥elle wird das Strömungsmittel unter die Schuhen gezogen, um einen hydrostatischen Keil zum Tragen der Welle zu liefern. Es ist genügend Spiel zwischen dem äußeren Umfang der ¥elle und den Endabdeckungen 40 und 41 vorgesehen, wodurch das den den Keil bildende Strömungsmittel aus der Keilzone herausgeführt werden kann.

Wie oben angegeben, ist es für den richtigen Betrieb des flexiblen gedämpften Lagers wesentlich, daß die Gleichmäßigkeit der Druckf ilmausn ehmung während des Aufbaus und des Zusammensetzens der Lagerkomponenten aufrecht erhalten wird. Es ist zu sehen, daß das Lagersystem, wenn die gleichmäßige Ausbildung der Ausnehmung während des Zusammenbaus zerstört wird, nicht mehr in der vorhergesagten Weise anspricht, was natürlich zu unerwünschten Vibrationen in dem Ro tor auf bau und schließlich zu einem Maschinenschaden führt. Das hier geoffenbarte Lagersystem ist in einzigartiger Weise geeignet, es zu ermöglichen, daß die verschiedenen Lagerkomponenten genau bezüglich der Welle während des Zusammenbau? angeordnet werden können, während weiterhin das Lager leicht abgebaut und wieder zusammengesetzt werden kann während der Wartung und der Inspektion.

um das vorliegende Lager zusammenzubauen, wird der bewegliche Lagerträger zuerst in die Öffnung, die durch das Lagergehäuse führt, eingebracht, wobei der Flansch 54 in nächste Kachbarschaft mit der Seitenwand 53 des Gehäuses

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gebracht wird und der Abdichtungsring 22 gegen den Dichtungsflansch 24 ansitzt, um die geeignete axiale Ausrichtung der zwei zusammenwirkenden Teile sicherzustellen. Zwischenlagen werden dann in die Filmausnehmung durch die Hinteröffnung der Ausnehmung eingeführt, die im Schlußzusammenbau normalerweise durch die hintere Abdeckung 40 verschlossen ist. Die Einlagen werden genau in einer vorbe stimmten Breite hergestellt, die gleich der vorbestimmten Breite der Druckfilmausnehmung ist. Die Einlagen werden um die Ausnehmung gebracht, um eine gleichmäßige Öffnung zwischen dem beweglichen Träger und dem Gehäuse zum Halten eines DämpfStrömungsmittels dazwischen einzurichten. Es soll festgehalten werden, daß die rückwärtige Ausnehmungsdichtung 50 außerhalb des Ausnehmungsgebietes angeordnet ist, um einen freien Zugang in die Ausnehmung in einer gewünschten Tiefe vorzusehen, die ausreicht, um sicherzustellen, daß die vorbestimmte Ausnehmungsgestalt während des Aufbaus erzielt wurde.

Wenn die Formung der Ausnehmung so eingerichtet ist, wird der Schließring 22, der mit dem beweglichen Lagerträger durch die biegbaren Federn verbunden ist, an dem Schließflansch des Lagergehäuses über Dübel und den Schließring befestigt und dann an seinem Platz durch Bolzen 26 gehalten. Danach wird der Lagerunteraufbau innerhalb des beweglichen Lagerträgers befestigt und an seinem Platz durch Festbolzen der vorderen Abdeckungsplatte 41 an dem beweglichen Lagerträger befestigt. Alternativ dazu kann ein Attrappenring, der den Lagerabmessungen entspricht,, in den beweglichen

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Lagerträger an die Stelle der Lagerunteranordnung während d.es Aufbaus eingeführt \tferden.

Der Aufbau mit den Zwischengliedern an ihrem Platz und der entfernten Rückenabdeckung 40^-wird dann über die Rotorwelle geführt, wobei die Welle vorher innerhalb des Maschinengehäuses zentriert wurde, und das Lagergehäuse wird in der Aufnehmerille in der Endwand der Maschine angeordnet. Der'Aufbau ist dann bezüglich der axialen Mittellinie der Welle ausgerichtet, um genau, die Druckfilmausnehmung und somit die flexiblen Federn bezüglicher dieser zu lokalisieren. Wenn der Aufbau derart zentriert ist, wird das Lagergehäuse an der Eridwand mit den Dübeln 17 befestigt. Der Lageraufbau wird nun bezüglich der Endwand angeordnet,wobei die verschiedenen Lagerkomponenten sich an geeigneter Stelle bezüglich der Welle befinden.

Der Aufbau wird von dem Maschinenbett entfernt und die Zwischenstücke aus dem Aufbau entnommen. Die hintere Dichtung· 50 wird danach installiert und die hintere Abdeckung 40 an dem Aufbau angebolzt, wodurch die Druckfilmausnehmung eingeschlossen und abgedichtet wird. Schließlich wird der Aufbau wieder in der Maschine durch Befestigung und Anbolzen des Gehäuses an der Endwand installiert und das Ölsystem betriebsmäßig damit verbunden. Falls ein Attrappenstab während des ursprünglichen Aufbaus verwendet wurde, wird er während des Schlußaufbaus entfernt und durch das Rotordrehlager ersetzt.

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Während diese Erfindung unter Bezug auf den hier geoffenbarten Aufbau beschrieben wurde, ist sie in den Einzelheiten nicht darauf begrenzt, und diese Anmeldung soll alle Modifikationen oder Abänderungen im Rahmen der folgenden Ansprüche abdecken.·

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

t. Verfahren zum Aufbau und Zusammensetzen eines flexiblen gedämpften Lagers zum Tragen einer Welle in dem Gehäuse einer Rotationsmaschine, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnen eines beweglichen Lagerträgers in einer komplementären Öffnung in einem Lagergehäuse, wobei eine Druckfilmausnehmung dazwischen eingerichtet ist,

Ausgleichen durch Beilagen der Ausnehmung auf eine gleichmäßige Gestalt, wodurch der Lagerträger in der Gehäuseöffnung zentriert wird,

Anbäigai des Lagerträgers an . dem Gehäuse mit einer Reihe von nachgiebigen Federn,

Zentrieren der Ausnehmung bezüglich der Welle, Befestigen des Gehäuses an dem Maschinenbett, und Entfernen der Beilagen aus der Ausnehmung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfilmausnehmung nach der Entfernung der Beilagen abgedichtet wird.

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ORIGiMAL INSPECTED
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse an dem Maschinenbett befestigt wird, wodurch die Lageranordnung genau von dem Maschinenbett entfernt und wieder an ihm montiert werden kann.
4. Verfahren zum Zusammenbau eines flexiblen gedämpften Lagers zum Tragen der Welle in einer Rotationsmaschine gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnen eines beweglichen Lagerträgers innerhalb einer komplementären Öffnung, die in einem Lagergehäuse ausgebildet ist, um dazwischen eine Ausnehmung zu bilden,

Ausgleichen der Ausnehmung durch Beilagen auf eine vor- - bestimmte Formgebung,

nachgiebig den beweglichen Lagerträger an dem Lagergehäuse auf. einq? Vielzahl von flexiblen Federn anzuhängen,

Zentrieren der Druckfilmausnehmung bezüglich der ¥elle in dem Maschinenbett,

Befestigen des Gehäuses an dem Maschinenbett,

Entfernen des zusammengebauten beweglichen Lagerträgers und Lagergehäuses von der Maschine-,

Entfernen der Beilagen von der Druckfilmausnehmung,

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Abdichten der Ausnehmung, und

Wiederbefestigen und Anbringen des Gehäuses an dem Maschinenbett.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wellendrehlager innerhalb des beweglichen Lagerträgers befestigt wird, bevor die Druckfilmausnehmung abgedichtet wird.
6. Vorrichtung zum Befestigen eines flexiblen gedämpften Lagers zum Tragen einer Welle in einer Rotationsmaschine, gekennzeichnet durch:

ein Lagergehäuse (15) mit einer darin angeordneten Mittelöffnung,

einen beweglichen Lagerträger (20), der ein Wellenlager (31) enthält, wobei der Träger nachgiebig in der Gehäuseöffnung angeordnet ist, um eine Flüssigkeitsdruckfilmausnehmung (60) zwischen der Gehäuseöffnung und dem Außenumfang des Trägers einzurichten,

eine entfernbare Endabdeckung (40), die sich zwischen dem beweglichen Lagerträger und dem Gehäuse erstreckt und die Druckfilmausnehmung einschließt und einen Zugang zu der Ausnehmung vorsieht, wodurch die Ausnehmung mit Bei-. - lagen auf eine vorbestimmte Gestalt während des Zusammenbaus ausgerichtet werden kann,

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eine Dichtung (50), die betriebsmäßig mit der Endabdeckung verbunden ist, um Strömungsmittel am Ausströmen aus dem Aufbau zu hindern,· wobei die Dichtung außerhalb des Druckfilrnausnehmungsgebiets angeordnet ist, um das Ausrichten der Ausnehmung mit Beilagen zu ermöglichen, und

Mittel (44) zum Befestigen des Gehäuses an dem Maschinenbett.

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