DE2652536C3 - Axialumkehrturbine - Google Patents
AxialumkehrturbineInfo
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- DE2652536C3 DE2652536C3 DE19762652536 DE2652536A DE2652536C3 DE 2652536 C3 DE2652536 C3 DE 2652536C3 DE 19762652536 DE19762652536 DE 19762652536 DE 2652536 A DE2652536 A DE 2652536A DE 2652536 C3 DE2652536 C3 DE 2652536C3
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
- F01D1/30—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines characterised by having a single rotor operable in either direction of rotation, e.g. by reversing of blades
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Axialumkehrturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1, wie sie insbesondere als Schiffsantrieb dort Verwendung findet, wo auch eine
Rückwärtsfahrt möglich sein soll, jedoch auf schwere Wendegetriebe oder komplizierte Schiffsschrauben mit
verstellbaren Blättern verzichtet werden soll, um nicht die Vorteile von Gasturbinenantrieben, nämlich leichte
und kompakte Bauweise und große Manövrierfähigkeit zunichte zu machen. Die Turbine soll also in beiden
Drehrichtungen Leistung abgeben können.
Ausgegangen wird bei der vorliegenden Erfindung von einer aus US-PS 32 86 982 bekannten Axialumkehr
turbine.
Bei dieser bekannten Ausbildung ist die tut Vorwärtsturbine gehörende Schaufeletage die radial
äußere Etage und die zur Rückwärlsturbine gehörende Schaufcletage die radial innere Etage. Die Absperreinrichlung
beider Etagen ist in Form der verstellbaren Schaufeln des Leiischaufefkrarizes selbst ausgeführt, die
bis zur völligen Übcrdcckung des von ihnen behefffschten
Ringkanals gedreht werden können.
Bei der Vorwartsdrehung der Turbine sind die Leitschaufeln der inneren Rückwärtsturbine in der ihren
Strömungsquerschnitt überdeckenden Sperrstellung, wobei gewisse Leckverluste unvermeidlich sind, und die
ϊ Laufschaufeln der Rückwärtsturbine laufen ohne wesentliche
Durchströmung im Ventilationsbetrieb um. Die Schaufeln des Leitschaufelkranzes der äußeren
Vorwärtsturbine stehen in der für den Betrieb dieser Turbine erforderlichen Drehstellung, so daß das durch
mi sie hindurchtretende Strömungsmedium den Laufschaufelkranz unter Arbeitsleistung beaufschlagt Bei der
Rückwärtsfahrt ist es entsprechend umgekehrt
An sich ist es wegen des überwiegenden Betriebs tines Schiffes in Vorwärtsfahrt sinnvoll, die Vorwärts-
i' turbine nach außen zu legen, die dann wegen ihrer
größeren Stirnfläche und größeren Umfangsgeschwindigkeiten mit besserem Wirkungsgrad arbeiten kann,
während die im Ventilationsbetrieb umlaufende Rückwärtsturbine wegen der geringeren Umfangsgeschwin-
"i digkeiten auch nur geringere Ventilationsveriüste
ergibt
Nachteilig ist bei der bekannten Ausbildung jedoch, daß man praktisch auf eine einsitufige Ausführung beider
Turbinen angewiesen ist, womit große Wärmegefälle
-■"' doch nicht mit gutem Wirkungsgrad ver?!-beitet werden
können. Wollte man aber zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades bei der Verarbeitung großer Wärmegefälle
die Vorwärtsturbine bei der bekannten Ausbildung mehrstufig ausführen, so wäre dies praktisch nur
« möglich, wenn auch die Rückwärtsturbine mehrstufig
ausgeführt wird, was aber mit sprunghaft ansteigenden Ventilationsverlusten bei der Vorwärtsfahrt und mit
Überströmverlusten zwischen den Strömungskanälen von Vorwärts- und Rückwärlsturbine verbunden wäre.
• Hinzu kommt, daß bei einstufiger Ausbildung die möglichen Durchmesser aufgrund der hohen Fliehkraftbeanspruchungen
begrenzt sind, was zu ziemlich hohen Austrittsgeschwindigkeiten aus der T-jrbine zwingt und
weitere Verluste verursacht. Schließlich muß mit ziemlich hohen Umfangsgeschwindigkeiten gearbeitet
werden, was entsprechend hohe Ventilationsverluste in der schnellaufenden Rückwärtsturbine bedingt.
Schließlich ist, wie bereits erwähnt, die Verwendung des Leitschaufelkr.inzes mit in Sperrstellung verbring-
'' baren Leitschaufeln als Absperreinrichtung der Rückwärtsturbine
mit nicht unerheblichen Leckverlusten verbunden welche eine entgegen der Vorwärtsdrehung
wirkende Arbeitsleistung und dadurch eine Verringerung des Gesamtwirkungsgrades mit sich bringen.
" Dieser Einfluß ist umso fühlbarer, je kleiner die
Turbinenanlage ist. und zwar wegen der mit abnehmenden
Abmessungen prozentual größeren Spalte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Axialumkehrturbine, mit deren Vorwärtsturbine
■ auch hohe Wärmegefälle mit gutem Wirkungsgrad,
insbesondere also mehrstufig verarbeitet werden können, wobei die Ventilationsverluste der Rückwärtsturbine
klein bleiben sollen, so daß insgesamt ein guter Wirkungsgrad erzielt wird.
'''· Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbildung
wird zur Lösung dieser Aufgabe effindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zur Vorwärtsturbine gehörende
Etage die radial innere Etage ist und die Einrichtung zur Absperrung des Arbeitsmittelstromes zur radial äußefen
Rückwärtslurbinc eine koaxial zur Ttirbincnwellc
liegende Zylinderhülse mit Fenstern aufweist, deren Durchmesser etwa dem Durchmesser des Zwischengehäuses
zwischen den Etagen entspricht und die von
einem Deckband umgeben ist, dessen Breite zur Abdeckung der Fenster mindestens gleich deren axialer
Erstreckung ist und das durch eine Vorrichtung zur Radialversteliung in zumindest zwei fixierte Stellungen
bewegbar ist, in deren innerer es unter Sperrung der
Fenster dicht auf der Zylinderhülse aufliegt und in deren äußerer es unter Freigabe der Fenster etwa auf dem
Außendurchmcsber des Strömungsteils der Rückwärtsturbine
liegt.
Bei einer solchen Ausbildung sind die der bekannten Ausbildung anhaftenden Nachteile im wesentlichen
beseitigt Die Absperreinrichtung der Rückwärtsturbine in Form des sich dicht auf die Fenster legenden
Deckbandes schließt praktisch völlig dicht, so daß auch keine Verluste mehr durch die Vorwärtsdrehung
entgegenwirkende Arbeitsleistung auftreten. Der gesamte Arbeitsmediumstrom steht der Vorwärtsturbine
zur Verfügung. Die Vorwärtsturbine ist dicht und kann ohne verlustbehaftete Umlenkungen gerade durchströmt
werden; insbesondere kann sie leicht mehrstufig ausgebildet werden, so daß auch für neuzeitliche
Gasturbinen charakteristischen großen Wärmegefälle mit günstigem Wirkungsgrad verarbeitet v/erden
können.
Es kann zweckmäßig sein, wenn zur Vorwärtsturbine zumindest noch eine vor dem zweietagigen Leitschaufelkranz
angeordnete einetagige Zusatzstufe gehört. Dadurch kann eine Herabsetzung der Turbinendrehzahl
bei vorgegebenem Wärmegefälle erreicht werden, was eine Verringerung der Umfangsgeschwindigkeiten und
damit auch der Ventilationsverluste in der Rückwärtsturbine mit sich bringt. Die Herabsetzung der
Turbinendrehzahl erlaubt auch wegen der geringeren Zentrifugalkräfte eine Vergrößerung der Strömungsquerschnitte
der Vorwärtsturbine, was wiederum zu niedrigeren Austrittsgeschwindigkeiten führt, und eine
bessere Rückgewinnung der kinetischen Energie erlaubt.
Es ist schließlich zweckmäßig, wenn die Vorrichtung zur Radialverstellung des Deckbandes an der Außenseite
des Turbinengehäuses angeordnet ist und zwei Hebel aufweist, deren jeder mit seinem einen Ende mit einem
Deckbandende verbunden ist und deren andere Enden über ein Zahngetriebe gekoppelt sind
Eine solcne Ausbildung der Verstellkinematik erlaubt
einen großen Hub des Deckbandes h Radialrichtung.
Die erfindungsgemäße Axialumkehrturbine kann mit praktisch beliebiger Größe und spezifischer Leistung
ausgeführt werden, wob^i sie sich durch eine hohe Manövrierfähigkeit und Wirkungsgrade von über 90%
auszeichne;.
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen
weiter erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Axialumkehrturbine in teilweise geschnittener
perspektivischer Darstellung;
F ι g. 2 die Vorrichtung zur Radialverstellung des Deckbandes in perspektivischer Darstellung;
F ι g. 3 einen achsnormalen Schnitt in Höhe der Hebel
der Radialverslellvorrichtung des Deckbandes;
F j g. 4 den Schnitt IV-IV der F i g. 3;
F i g. 5 den Schnitt V-V der F i g. 3.
Die Äxialumkehrlurbine besitzt ein Gehäuse 1, in welchem ein Leitschaufelkranz 2 und ein Laufrad 3
untergebracht sind, die zweietagigc Schaufeln besitzen, deren radial innere Eifcgen den Strömungsleil der
Vofwüftsiufbine und deren radial äußere Elagen den
Slrönningsleil der Rückwärtsturbine bilden.
Zum Strömungsteil der Vorwärtsturbine gehören noch zwei einetagige Zusatzstufen 4, die vor dem
Leitschaufelkranz 2 mi', den zweietagigen Schaufeln angeordnet sind.
Im Strömungskanal der Vorwärtsturbine liegt eine Absperreinrichtung in Form von Verstellschaufeln 5, die
zur Sperrung des Zutritts des Strömungsmediums zur Überdeckung angebracht werden können.
Der Leitschaufelkranz der Rückwärtsturbine besteht ίο aus feststehenden Leitschaufeln 6 und der der
Vorwärtsturbine aus feststehenden Leitschaufeln 7. Zur Befestigung der beiden einetagigen Zusatzleitschaufelkränze
8 der Zusatzstufen 4 der Vorwärtsturbine dienen quer durch den Strömungskanal der Rückwärtsturbine
ι Ί ragende Stützen 9 eines strömungsgünstigen Profils, das
keine Strömungslenkung bewirkt
Die Absperreinrichtung der Rückwärtsturbine zur Absperrung des Strömungsmediums in diese besteht aus
einer Zylinderhülse 10 mit Fenstern ''.die koaxial zum
m Laufrad 12 der Rückwärtsturbine angeordnet ist Der
Innendurchmesser der Zylinderhülse 10 entspricht etwa dem Außendurchmesser des Strömungsteils der Vorwärtsturbine.
Über den Umfang der Zylinderhülse 10 erstreckt sich ein Deckband 13 mit einer zur Abdeckung
:i5 der Hülsenfenster 11 ausreichenden Breite, wobei eine
Vorrichtung 14 zur Radialverstellung dieses Deckband in zwei bestimmte Stellungen bewegen kann.
Der Läufer der Turbine besteht aus ^iner Welle 15, dem Laufrad 3 mit den zweietagigen Laufschaufeln und
m den beiden Laufrädern 16 der einetagigen Zusatzstufen 4 mit Laufschaufeln 17 sowie aus einer Kupplung 18 zum
Anflanschen eines nicht abgebildeten Getriebes. Die Laufräder 3 und 16 sind mit der Welle 15 auf geeignete
Weise, z. B. mittels Stiften verbunden,
η Die Laufschaufeln 19 der Vorwärtsturbine sind durch ein umlaufendes und mit dem Zwischengehäuse 31 fluchtenden Deckband von den Laufschaufeln ?fl der Rückwärtsturbine getrennt Zur Verhinderung von Übertströmungen ist zwischen dem Deckband und der •n ang enzenden Stirnfläche des Zwischengehäuses eine Labyrinthdichtung 23 ausgebildet. Eine weitere Labyrinthdichtung 24 befindet sich zwischen dem Laufrad 3 und einem abdichtenden Deckel 25 des hinteren Stützkranzes 26, durch welche die Luftentweichung aus j einem Ausgleichsraum A verhindert wird.
η Die Laufschaufeln 19 der Vorwärtsturbine sind durch ein umlaufendes und mit dem Zwischengehäuse 31 fluchtenden Deckband von den Laufschaufeln ?fl der Rückwärtsturbine getrennt Zur Verhinderung von Übertströmungen ist zwischen dem Deckband und der •n ang enzenden Stirnfläche des Zwischengehäuses eine Labyrinthdichtung 23 ausgebildet. Eine weitere Labyrinthdichtung 24 befindet sich zwischen dem Laufrad 3 und einem abdichtenden Deckel 25 des hinteren Stützkranzes 26, durch welche die Luftentweichung aus j einem Ausgleichsraum A verhindert wird.
Der Läufer der Turbine ist in dem hinteren Stützkranz 26 mittels eines Kugellagers 29 und in einem
vorderen Stützkranz 27 mittels eines Rollenlagers 28 gelagert. Die auftretenden Kräfte werden über Stützen
η 30 beider Stützkränze 26 und 27 auf das Turbinengehäuse 1 übertragen
Der S'römungskanai der Rückwärtsturbine ist durch
das Turbinengehäuse 1 und Zwischengehäuse 31 und 32 begrenzt, in welchen Ausschnitte zum Durchtritt der
·· Stützen 30 ausgespart sind. Der Strömungskanal der Vorwärtsturbine 'St durch die Zwischengehäuse 31 und
32 und Mantel 33 und 34 begrenzt. Hinter den Stützen 30 des vorderen Stützkranzes befinden sich die
Verstellschaufel 5, die mittels in Lagern 36 drehbarer
»'· Zapfen 35 im Turbinengehäuse 1 und dem Mantel 33
befestigt sind.
Die Vorrichtung 14 zur Radialversteliung des Deckbandes 13 besteht aus zwei Hebeln, einem
Treibhebel 37 und einem angetriebenen Hebel 38 (Fig.3), deren eine Enden mittels Zahnrädern 39
gekoppelt sind und deren andere Enden mit Laschnn 40 und 41 der Deckbandenden 13 verbunden sind. Die
Zahnräder 39 sind in einem Kasten 42 an der Außenseite
des Gehäuses 1 untergebracht, worin sie in Lagern 43 (F ig. 4) gelagert sind.
Als Antrieb dient ein Pneumozylinder 44 (Fig.5),
dessen Kolbenstange 45 auf die Achse 46 des Treibhebels 37 wirkt. Die Steuerung des Antriebes
erfolgt durch Druckluft, die den Pneumozylinder über Stutzen 47, 48 beaufschlagt. Der Zylinder 49 des
Pneumozylinders 44 ist am Kasten 42 der Radialverstellvorrichtung 14 befestigt.
Der Pneumozylinder 44 dient gleichzeitig auch zur Drehung der Verstellschaufeln 5. Dazu ist der
angetriebene Hebel 38 mit Hilfe von Hebeln 50 und eines Drehrings 51 mit den Verstellschaufeln 5
verbunden. Das ganze Steuerungssystem ist derart ausgeführt, daß beim öffnen der Fenster 11 der
Zylinderhülse 10, d. h. bei der Verstellung des Deckbandes 13 nach außen die Drehung der Verstellschaufeln 5
im Sinne der Abdeckung des Strömungskanals der Vorwärtsturbine erfolgt und bei Abdeckung der Fenster
11 der Zylinderhülse 10, d.h. bei der Verstellung des Deckbandes 13 nach innen eine Drehung der Verstellschaufeln
5 im Sinne des öffnens des Strömungskanals der Vorwärtsturbine stattfindet
Die Umsteuerung der beschriebenen Axialumkehrturbine verläuft wie folgt:
Zur Vorwärtsfahrt des Schiffes muß die Vorwärtsturbine Leistung abgeben und der Strömungskanal der
Rückwärtsturbine abgedeckt werden. Zu diesem Zweck gelangt Druckluft über den Stutzen 47 in den
Pneumozylinder 44, dessen Kolben 52 sich abwärts bewegt und über die Kolbenstange 45 die Achse 46 des
Treibhebels 37 dreht, die ihrerseits über die Zahnräder 39 die Achse 53 des angetriebenen Hebels 38 dreht. Die
Hebel 37, 39 verstellen das Deckband 13 in Radialrichtung nach innen, so daß dieses sich dicht auf die
Zylinderhülse 10 legt und die Fenster 11 abdeckt. Dabei
bewirkt die Achse 53 des angetriebenen Hebels 38 über das Hebelsystem 50 und den Drehring 51 die
Verstellung der Verstellschaufeln 5 im Sinne des Öffnens des Zustroms des Strömungsmediums in die
Vorwärtsturbine. Diese beginnt Leistung abzugeben und das Schiff beginnt seine Fahrt voraus.
Um das Schiff in Rückwärtsfahrt zu versetzen, muß die Rüekwärtsturbine beaufschlagt werden und die
Vorwärtsturbine mittels der Verstellschäüfeln 5 abgesperrt
werden. Dazu wird der Pneumozylinder 44 über den Stutzen 48 mit Druckluft beaufschlagt, während
ίο über den Stutzen 47 entlüftet wird. Der Kolben 52 des
Pneumozylinders 44 beweg! sich aufwärts und dreht über die Kolbenstange 45 die Achse 46 des Treibhebels
37, der mittels der Zahnräder 39 die Achse 53 des angetriebenen Hebels 38 dreht. Die Hebel 37, 38
verstellen das Deckband 13 radial nach außen, so daß die Fenster 11 der Zylinderhülse 10 geöffnet werden und
das Strömungsmedium in die Rückwärtsturbine eintreten kann. Gleichzeitig verstellt die Achse 53 des
angetriebenen Hebels 38 über das Hebelsystem 50 und den Drehring 51 die Verstellschaufeln 5 im Sinne des
Abdeckens der Vorwärtsturbine. Die Turbine beginnt Leistung abzugeben und die Drehrichtung des Turbinenläufers
und demzufolge auch der Schiffsschraube ändert sich und die Rückwärtsfahrt des Schiffes beginnt.
Es kann beim Manövrieren zweckmäßig sein, bei Aufrechterhaltung des Betriebszustandes des die Turbine
bearfschlagenden Gaserzeugers die Ausgangsleistung zu Null zu machen, um die Schiffsschraube zu
stoppen bzw. leer laufen zu lassen. Hierzu ist es möglich, die beschriebene Kinematik in eine solche Zwischenstellung
zu bringen, daß die von Vorwärts- und Rückwärtsturbine entwickelten Drehmomente einander
gleich sind und sich somit aufheben.
Die Steuerung der Turbine ohne Anhalten der Verstellschaufeln 5 und des Deckbandes 13 in Zwischen.'ätellungen kann recht schnell, nämlich in 1 bis 5 see. durchgeführt werden.
Die Steuerung der Turbine ohne Anhalten der Verstellschaufeln 5 und des Deckbandes 13 in Zwischen.'ätellungen kann recht schnell, nämlich in 1 bis 5 see. durchgeführt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Axialumkehrturbine mit einem zweietagigen Leitschaufelkranz und einem in Strömungsrichtung
des Arbeitsmittels nachfolgenden zweietagigen Laufschaufelkranz, wobei die Leit- und Laufschaufeln
der einen Etage zur Vorwärtsturbine gehören und diesen eine Absperreinrichtung in Form von
Verstellschaufeln vorgelagert ist, und die Leit- und Laufschaufeln der anderen Etage die Rückwärtsturbine
bilden, vor denen stromaufwärts eine weitere Einrichtung zur Absperrung des Arbeitsmittelstroms
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Vorwärtsturbine gehörende Etage die
radial innere Etage ist und die Einrichtung zur Absperrung des Arbeitsmittelstroms zur radial
äußeren Rückwärtsturbine eine koaxial zur Turbinenwelle liegende Zylinderhülse (10) mit Fenstern
(11) aufweist, deren Durchmesser etwa dem Durchmesser aes Zwäschengehäuses (31, 32) zwischen
den Etagen entspricht und die von einem Deckband (13) umgeben ist, dessen Breite zur
Abdeckung der Fenster mindestens gleich deren axialer Erstreckung ist und das durch eine
Vorrichtung (14) zur Radialverstellung in zumindest zwei fixierte Stellungen bewegbar ist in deren
innerer es unter Sperrung der Fenster dicht auf der Zylinderhülse aufliegt und in deren äußerer es unter
Freigabe der Fenster etwa auf dem Außendurchmesser des Strör ungsteils der Rückwärtsturbine liegt.
2. Axialumkehrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwartsturbine zumindest
noch eine vor dem zweietagigen Leitschaufelkranz angeordnete einetagige Zusatzkufe (4) gehört.
3. Axialumkehrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (14) zur
Radialverstellung des Deckbandes (13) an der Außenseite des Turbinengehäuses (1) angeordnet ist
und zwei Hebe1 (37, 38) aufweist, deren jeder mit
seinem einen Ende mit einem Deckbandende (13) verbunden ist und deren andere Enden über ein
Zahngetriebe (39) gekoppelt sind.
Applications Claiming Priority (2)
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SU752190867A SU898781A1 (ru) | 1975-11-18 | 1975-11-18 | Ocebaя дbуxkohtуphaя pebepcиbhaя tуpбиha |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2652536A1 DE2652536A1 (de) | 1977-06-02 |
DE2652536B2 DE2652536B2 (de) | 1979-08-09 |
DE2652536C3 true DE2652536C3 (de) | 1980-04-03 |
Family
ID=26665568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE2652536C3 (de) |
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RU2031228C1 (ru) * | 1992-07-20 | 1995-03-20 | Анатолий Михайлович Рахмаилов | Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель |
US6711887B2 (en) * | 2002-08-19 | 2004-03-30 | General Electric Co. | Aircraft gas turbine engine with tandem non-interdigitated counter rotating low pressure turbines |
CN109505664B (zh) * | 2019-01-25 | 2023-09-08 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种带有双层可转导叶的船用燃气轮机可倒车动力涡轮 |
-
1975
- 1975-11-18 SU SU752190867A patent/SU898781A1/ru active
-
1976
- 1976-11-18 JP JP13786876A patent/JPS5281410A/ja active Granted
- 1976-11-18 DE DE19762652536 patent/DE2652536C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2652536B2 (de) | 1979-08-09 |
SU898781A1 (ru) | 1990-08-23 |
DE2652536A1 (de) | 1977-06-02 |
JPS5439521B2 (de) | 1979-11-28 |
JPS5281410A (en) | 1977-07-07 |
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Legal Events
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