DE1162636B

DE1162636B - Device for emptying the fuel return lines of gas turbine engines

Info

Publication number: DE1162636B
Application number: DED39410A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Jurisch
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1962-07-19
Filing date: 1962-07-19
Publication date: 1964-02-06
Also published as: GB969748A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4fflW^S> PATENTAMT Internat. Kl.: F 02 c FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN 4fflW ^ S> PATENTAMT Internat. Class: F 02 c

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

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Auslegetag:Number:
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Registration date:
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Deutsche Kl.: 46f-14 German class: 46f-14

1162 636
D39410Ia/46f
19. Juli 1962
6. Februar 19641162 636
D39410Ia / 46f
July 19, 1962
February 6, 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entleeren der Brennstoffrücklaufleitungen von Gasturbinentriebwerken mit einer von der Triebwerkswelle angetriebenen Brennstofförderpumpe, einer zu den Einspritzdüsen führenden Düsenzulaufleitung (Pumpendruckleitung), innerhalb deren ein Brennstoffregelventil vorgesehen ist, das die einzuspritzende Brennstoffmenge dosiert sowie beim Abschalten des Triebwerks die Düsenzulaufleitung sperrt, und ferner mit einer von den als Rücklaufdüsen ausgebildeten Einspritzdüsen wegführenden Düsenrücklaufleitung, die in die vor der Brennstoffförderpumpe verlaufende Pumpensaugleitung mündet. The invention relates to a device for emptying the fuel return lines from Gas turbine engines with a fuel feed pump driven by the engine shaft, a nozzle feed line (pump pressure line) leading to the injection nozzles, within which a Fuel control valve is provided, which meters the amount of fuel to be injected and when switching off of the engine blocks the nozzle feed line, and also with one of the return nozzles trained injection nozzles leading away nozzle return line, which in front of the fuel pump running pump suction line opens.

Bei Brennstoff anlagen von Gasturbinentriebwerken ist es bekannt, beim Abstellen des Triebwerks das Brennstoffregelventil so umzuschalten, daß die zu den Einspritzdüsen führenden Versorgungsleitungen mit einer Entleerungsleitung verbunden werden. Der Zweck solcher Einrichtungen zum Entleeren der Brennstoffleitungen besteht darin, zu verhindern, daß die Einspritzdüsen nach dem Abschalten des Triebwerks noch nachtropfen, d. h. daß Restmengen von Brennstoff in die noch heißen Brennkammern laufen, dort verdampfen und dann beim baldigen Wiederanfahren des Triebwerks Übertemperaturen hervorrufen können. Bei bekannten Brennstoffanlagen läuft der in den Versorgungsleitungen befindliche Restbrennstoff entweder ins Freie oder muß durch eine besondere Pumpe in den Brennstoffbehälter zurückgefördert werden.In fuel systems of gas turbine engines, it is known when the engine is turned off Switch the fuel control valve so that the supply lines leading to the injection nozzles be connected to a drainage line. The purpose of such facilities is to drain the Fuel lines consists in preventing the injectors from opening after the engine has been shut down still drip, d. H. that residual amounts of fuel run into the still hot combustion chambers, evaporate there and then cause excess temperatures when the engine is restarted soon can. In known fuel systems, the residual fuel in the supply lines runs either into the open air or must be returned to the fuel tank by a special pump will.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Brennstoffversorgungsanlage der einleitend beschriebenen Art für Gasturbinentriebwerke mit einer von der Maschinenwelle mechanisch angetriebenen Brennstofförderpumpe eine einfache Umschaltvorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, daß nach dem Abstellen des Triebwerks die Brennstoffrücklaufleitungen durch die von den auslaufenden Schwungmassen des Triebwerks noch mechanisch angetriebene Förderpumpe leergesaugt werden, so daß ein Nachtropfen der Einspritzdüsen mit Sicherheit vermieden wird.The invention has set itself the task of the initially described in a fuel supply system Type for gas turbine engines with a mechanically driven by the machine shaft Fuel feed pump to create a simple switching device that makes it possible that after When the engine is switched off, the fuel return lines through the outflowing ones Centrifugal masses of the engine still mechanically driven feed pump are sucked empty, so that dripping of the injection nozzles is avoided with certainty.

Die Lösung der im Rahmen der Erfindung gestellten Aufgabe besteht darin, daß in der Pumpensaugleitung, und zwar zwischen der Mündung der Rücklaufleitung in die Pumpensaugleitung und dem Brennstoffbehälter, ein Sperrventil vorgesehen ist, das während des Betriebes, d. h. bei offenem Regelventil, geöffnet ist, dagegen beim Abschalten des Triebwerks, d. h. bei geschlossenem Regelventil, ebenfalls geschlossen ist, und daß ferner von der Vorrichtung zum Entleeren der Brennstoffrücklaufleitungen von GasturbinentriebwerkenThe solution to the problem set within the scope of the invention is that in the pump suction line, between the mouth of the return line in the pump suction line and the Fuel tank, a shut-off valve is provided which during operation, d. H. with the control valve open, is open, however, when the engine is switched off, d. H. with closed control valve, is also closed, and that also from the device for emptying the fuel return lines of gas turbine engines

Anmelder:Applicant:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,Daimler-Benz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136Stuttgart-Untertürkheim, Mercedesstr. 136

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Wilhelm Jurisch, Nellingen-ParksiedlungWilhelm Jurisch, Nellingen Park Estate

Düsenzulaufleitung — in Strömungsrichtung nach der Förderpumpe — eine zum Brennstoffbehälter zurückführende Entleerungsleitung verläuft, in der ebenfalls ein Sperrventil vorgesehen ist, das während des Betriebs geschlossen ist, dagegen beim Abschalten des Triebwerks Öffnet, wobei die durch die auslaufenden Schwungmassen des Triebwerks noch angetriebene Brennstoffpumpe über die Düsenrücklaufleitung die in den Rücklaufleitungen befindliche Brennstoffmenge absaugt und zum Brennstoffbehälter zurückfördert.Nozzle feed line - in the direction of flow after the feed pump - one to the fuel tank recirculating drainage line runs, in which a shut-off valve is also provided, which during of operation is closed, on the other hand when switching off the engine Opens, whereby the by the expiring The centrifugal mass of the engine is still driven by the fuel pump via the nozzle return line the amount of fuel in the return lines is drawn off and to the fuel tank promotes back.

In der Zeichnung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert. Es ist hier die Brennstoffanlage eines Gasturbinentriebwerks mit Nutzleistungsturbine gezeigt.In the drawing, the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. It is here the fuel system of a gas turbine engine with a power turbine is shown.

Von der Verdichterantriebswelle des Gasturbinentriebwerks G wird der Fliehkraftregler einer Drehzahlwähleinrichtung K und eine Brennstofförderpumpe 42 mechanisch angetrieben, die während des Betriebs des Triebwerks G über die Saugleitung 80 Brennstoff aus dem Brennstoffbehälter 81 ansaugt und diesen über die Zulaufleitung (Pumpendruckleitung) α bzw. a_t zu den Einspritzdüsen 60 drückt. Diese sind als sogenannte Rücklaufdüsen ausgebildet, wobei der überschüssige Brennstoff durch die Rücklaufleitung b bzw. b_t wieder zur Ansaugleitung 80 zurückfließt. Die Mündung der Rücklaufleitung O₁ in die Pumpenleitung 80 ist mit 95 bezeichnet. Die Brennstoffzulaufmenge wird von einem Regelventil 40 dosiert, das von einem mit Drucköl beaufschlagten Kolben 38 betätigt wird. Mit F ist die Regelvorrichtung der Anlage bezeichnet, mit deren Hilfe die Menge des in den Zylinderraum 37 gepumpten Drucköls und damit die Stellung des Brennstoffregelventils 40 über dem Dosierschlitz 46 bestimmt wird. Ein an sich bekannter Differenzdruckregler 45 hat die Aufgabe, das Druckgefälle am Dosierschlitz 46 konstant zu halten. Dies geschieht auf folgendeThe centrifugal governor of a speed selector device K and a fuel feed pump 42 are mechanically driven by the compressor drive shaft of the gas turbine engine G, which during operation of the engine G sucks in fuel from the fuel tank 81 via the suction line 80 and supplies it via the supply line (pump pressure line) α or a _t pushes the injectors 60. These are designed as so-called return nozzles, with the excess fuel flowing back to the suction line 80 through the return line b or b _t. The opening of the return line O ₁ into the pump line 80 is denoted by 95. The amount of fuel supplied is metered by a control valve 40 which is actuated by a piston 38 acted upon by pressurized oil. The control device of the system is designated by F , with the aid of which the amount of pressurized oil pumped into the cylinder chamber 37 and thus the position of the fuel control valve 40 above the metering slot 46 is determined. A known differential pressure regulator 45 has the task of keeping the pressure gradient at the metering slot 46 constant. This happens on the following

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Weise: Im Leitungsteil a_x der Zulaufleitung α fließt die volle Fördermenge der Pumpe 42, während im Leitungsteil a₂ die Düsenzulaufmenge strömt. Der Steuerkolben 61 des Differenzdruckreglers 45 kann aus der Nebenleitung a₃ Brennstoff zur Pumpenrücklaufleitung b₁ abfließen lassen; er wird durch eine Membran 65 verstellt, die eine Trennwand zwischen den vom Pumpendruck beaufschlagten Kammern 62 und 63 und der von dem im Leitungsteil a₂ vorhandenen Druck beaufschlagten Kammer 64 bildet, wobei letzterer durch den Druck einer Feder 66 unterstützt wird. Um das Triebwerk G z. B. zu beschleunigen, wozu eine größere Brennstoffmenge in der Zulaufleitung α erforderlich ist, wird der Steuerkolben 40 durch die Regelanlage F weiter nach rechts verstellt. Auf Grund der Vergrößerung des Durchlaufquerschnittes am Schlitz 46 steigt der Druck im Leitungsteil a₂ und folglich auch in der Kammer 64, wodurch der Steuerkolben 61 des Differenzdruckreglers 45 nach links geht und den Ablauf aus dem Leitungsteil a₃ stärker drosselt, so daß durch den Schlitz 46 und die Leitung a₂ eine erhöhte Brennstoffmenge zu den Einspritzdüsen strömt. Da die von den Einspritzdüsen zurücklaufende Brennstoffmenge von einem an sich bekannten Rücklaufregelventil 47 stets konstant gehalten wird, erhöht sich die eingespritzte Brennstoffmenge, wodurch die Drehzahl des Triebwerks G gesteigert wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, führt zum Rücklaufregelventil 47 die Rücklaufleitung b, deren Durchflußquerschnitt vom Steuerkolben 73 unter dem Einfluß der Membran 72 an der Stelle b₃ verstellt wird. Vor dem Ventil 47 ist in der Rücklaufleitung b eine Blende 67 eingebaut, um eine Druckdifferenz zu schaffen. Der höhere Druck vor der Blende 67 herrscht in den Kammern 68 und 69 und damit auf der einen Seite der Membran 72, während auf ihrer anderen Seite in der Kammer 70 der durch eine Feder 71 unterstützte niedere Druck vorhanden ist. Steigt nun der Druck in der Rücklaufleitung b, so geht der Steuerkolben 73 etwas nach rechts (an der Stelle b₃), und zwar so weit, daß die Rücklaufmenge konstant bleibt.Way: The full delivery rate of the pump 42 flows in the line part a _{x of} the feed line α , while the nozzle feed rate flows in the line part a _2. The control piston 61 of the differential pressure regulator 45 can allow fuel to flow out of the secondary line a ₃ to the pump return line b _1; it is adjusted by a membrane 65 which forms a partition between the chambers 62 and 63 acted upon by the pump pressure and the chamber 64 acted upon by the pressure present in the line part a ₂ , the latter being supported by the pressure of a spring 66. To the engine G z. B. to accelerate, for which a larger amount of fuel in the feed line α is required, the control piston 40 is adjusted by the control system F further to the right. Due to the enlargement of the flow cross-section at the slot 46, the pressure in the line part a ₂ and consequently also in the chamber 64 increases, whereby the control piston 61 of the differential pressure regulator 45 goes to the left and throttles the flow from the line part a ₃ more so that through the slot 46 and the line a ₂ an increased amount of fuel flows to the injection nozzles. Since the amount of fuel flowing back from the injection nozzles is always kept constant by a known return flow control valve 47, the amount of fuel injected increases, whereby the speed of the engine G is increased. As can be seen from the drawing, the return line b leads to the return control valve 47, the flow cross section of which is adjusted by the control piston 73 under the influence of the membrane 72 at the point b _3. An orifice 67 is installed in the return line b upstream of the valve 47 in order to create a pressure difference. The higher pressure in front of the diaphragm 67 prevails in the chambers 68 and 69 and thus on one side of the diaphragm 72, while the lower pressure supported by a spring 71 is present in the chamber 70 on its other side. If the pressure in the return line b now rises, the control piston 73 moves somewhat to the right (at point b ₃ ), namely so far that the return flow remains constant.

Von der Düsenzulaufleitung α zwingt eine Nebenleitung c ab, über die eine Brennstoffteilmenge mit Hilfe eines in Abhängigkeit von einem Drehzahlregler D arbeitenden Steuerkolbens 74 zur Rücklaufleitung b_t abgesteuert wird, sobald die höchstzulässige Drehzahl der Nutzleistungsturbine des Triebwerks G überschritten wird. A secondary line c forces a secondary line c from the nozzle feed line α , via which a partial amount of fuel is diverted to the return line b _t with the aid of a control piston 74, which works as a function of a speed controller D , as soon as the maximum permissible speed of the power turbine of the engine G is exceeded.

Zum Abschalten des Triebwerks G ist ein Stoppventil 53 vorgesehen, das in einer Zweigleitung 54 des mit Drucköl arbeitenden, vom Brennstoffkreislauf getrennten Steuerkreislaufs A liegt. Bei Null-Stellung des Bedienhebels 11 (ausgezogen gezeichnet) der Drehzahlwähleinrichtung K ist das Stoppventil 53 geöffnet, so daß das im Zylinderraum 37 befindliche Steuerdrucköl über die Zweigleitung 54 zum ölbehälter 90 hin auslaufen kann, wodurch das Brennstoffregelventil 40 schließt.To switch off the engine G , a stop valve 53 is provided, which is located in a branch line 54 of the control circuit A , which operates with pressurized oil and is separate from the fuel circuit. When the operating lever 11 (drawn in solid lines) of the speed selector K is in the zero position, the stop valve 53 is open so that the control pressure oil in the cylinder chamber 37 can run out via the branch line 54 to the oil container 90, whereby the fuel control valve 40 closes.

In der Pumpensaugleitung 80 ist ein Sperrventil 82 eingebaut. Von der Düsenzulaufleitung a_x führt eine Entleerungsleitung 83 zur Saugleitung 80 und mündet in diese (bei 96) zwischen dem Brennstoffbehälter 81 und dem Sperrventil 82. Auch in der Entleerungsleitung 83 ist ein Sperrventil 84 angeordnet; außer- dem ein Rückschlagventil 85, das nur in Richtung zum Behälter 81 hin öffnet. Die beiden Sperrventile und 84 sitzen auf einer gemeinsamen Stange 86, so daß sie eine Kolbeneinheit bilden. Auf der Stange 86 ist außerdem ein Führungsstück 87 angeordnet, das die Trennung und gegenseitige Abdichtung der beiden Leitungen 80 und 83 in diesem Bereich übernimmt. Die Ventileinheit 82, 84, 86, 87 wird von einem Relais 88 betätigt, das in einem elektrischen Schaltkreis 89 liegt, der von einem Kontaktarm 53' des Stoppventils 53 ein- und ausgeschaltet wird.A shut-off valve 82 is built into the pump suction line 80. An emptying line 83 leads from the nozzle feed line a _x to the suction line 80 and opens into this (at 96) between the fuel container 81 and the shut-off valve 82. A shut-off valve 84 is also arranged in the emptying line 83; also a check valve 85, which opens only in the direction of the container 81. The two check valves 84 and 84 sit on a common rod 86 so that they form a piston unit. In addition, a guide piece 87 is arranged on the rod 86, which takes over the separation and mutual sealing of the two lines 80 and 83 in this area. The valve unit 82, 84, 86, 87 is actuated by a relay 88 which is located in an electrical circuit 89 which is switched on and off by a contact arm 53 ′ of the stop valve 53.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Um das Triebwerk G abzuschalten, wird der Hebel 11 in Pfeilrichtung Y in die ausgezogene Lage geschwenkt (Null-Stellung). Zugleich mit ihm wird das Stoppventil 53 in die ausgezogene Stellung (Offenstellung) gebracht, so daß das Steuerdrucköl aus dem Zylinderraum 37 durch den unter der Vorspannkraft einer Feder 39 stehenden Kolben 38 verdrängt wird und über die Leitung 54 und durch das Stoppventil 53 in den ölbehälter 90 abfließt. Die Brennstoffzulaufleitung α bzw. «j wird somit durch das nach links gerückte Regelventil 40 gesperrt. Gleichzeitig wird auch der elektrische Schaltkreis 89 durch den nach links geschwenkten Kontaktarm 53' geöffnet; das Relais 88 fällt. Durch eine Druckfeder 91 wird das Sperrventil 82 geschlossen, während das Ventil 84 die Entleerungsleitung 83 freigibt. Durch die noch in Schwung befindlichen rotierenden Massen des Triebwerks G wird die Brennstofförderpumpe 42 noch kurze Zeit (z. B. 70 Sekunden) angetrieben, so daß der in den Brennstoffleitungen b, b_v c befindliche Brennstoff über die Leitung b_l von der Pumpe 42 angesaugt und über die Entleerungsleitung 83 zum Brennstoffbehälter 81 zurückgedrückt wird. Ein Nachtropfen der Düsen 60 wird außerdem schon aus dem Grunde unterbunden, weil auch der noch in der Düsenzulaufleitung α befindliche, durch seine Bewegungsenergie nachströmende Brennstoff vor Austritt aus den Düsen 60 über den Düsenrücklaufring in die Rücklaufleitung b, b_t gesaugt wird. Die Umlaufleitung 97 ist dabei innerhalb des Differenzdruckreglers 45 gesperrt.The mode of operation of the device is as follows: In order to switch off the engine G , the lever 11 is pivoted in the direction of arrow Y into the extended position (zero position). At the same time, the stop valve 53 is brought into the extended position (open position) so that the control pressure oil is displaced from the cylinder chamber 37 by the piston 38 under the biasing force of a spring 39 and via the line 54 and through the stop valve 53 into the oil container 90 drains. The fuel supply line α or «j is thus blocked by the control valve 40 that has been moved to the left. At the same time, the electrical circuit 89 is also opened by the contact arm 53 'pivoted to the left; the relay 88 falls. The shut-off valve 82 is closed by a compression spring 91, while the valve 84 releases the drain line 83. As a result of the rotating masses of the engine G still in motion, the fuel feed pump 42 is driven for a short time (e.g. 70 seconds) so that the fuel in the fuel lines b, b _v c is transferred from the pump 42 via the line b _l is sucked in and pushed back to the fuel tank 81 via the emptying line 83. Dripping from the nozzles 60 is also prevented for the reason that the fuel still in the nozzle feed line α and flowing in due to its kinetic energy is sucked into the return line b, b _t via the nozzle return ring before it exits the nozzles 60. The circulation line 97 is blocked within the differential pressure regulator 45.

Beim Starten des Triebwerks G wird der Hebel 11 in Pfeilrichtung X geschwenkt, gleichzeitig mit diesem das Stoppventil 53 in Sperrstellung (gestrichelte Lage) gebracht. Das in die Steuerleitung A einströmende Drucköl schiebt nun den Kolben 38 und damit das Regelventil 40 nach rechts, so daß Brennstoff zu den Einspritzdüsen 60 gefördert werden kann. In Sperrstellung des Stoppventils 53 schließt sein Kontaktarm 53' den Schaltkreis 89, wodurch das Relais 88 anzieht, so daß das eine Sperrventil 82 gegen den Widerstand der Druckfeder 91 geöffnet wird, während das andere Sperrventil 84 die Entleerungsleitung 83 abschließt. Die Pumpe 42 fördert nun Brennstoff aus dem Vorratsbehälter 81 über die offene Saugleitung 80 und die Zulaufleitung O₁ bzw. a zu den Einspritzdüsen 60.When the engine G is started, the lever 11 is pivoted in the direction of the arrow X , at the same time the stop valve 53 is brought into the blocking position (dashed position). The pressurized oil flowing into the control line A now pushes the piston 38 and thus the control valve 40 to the right, so that fuel can be conveyed to the injection nozzles 60. In the blocking position of the stop valve 53, its contact arm 53 'closes the circuit 89, whereby the relay 88 picks up, so that one blocking valve 82 is opened against the resistance of the compression spring 91, while the other blocking valve 84 closes the drain line 83. The pump 42 now conveys fuel from the storage container 81 via the open suction line 80 and the supply line O ₁ or a to the injection nozzles 60.

Claims

Patent claims:

1. Device for emptying the fuel return lines of gas turbine engines with one fuel pump driven by the engine shaft, one to the injection nozzles leading nozzle feed line (pump pressure line), within which a fuel control valve is provided that doses the amount of fuel to be injected and when switching off of the engine blocks the nozzle feed line,

and furthermore with a return line leading away from the injection nozzles designed as return nozzles, which opens into the pump suction line running upstream of the fuel delivery pump, characterized in that in the pump suction line (80), namely between the mouth (95) of the return line (b, b _t ) A shut-off valve (82) is provided in the pump suction line (80) and the fuel tank (81), which is open during operation, ie when the control valve (40) is open, but when the engine (G) is switched off, ie when the control valve is closed ( 40), is also closed, and that from the nozzle feed line (a _v d) - in the direction of flow after the feed pump (42) - runs an emptying line (83) leading back to the fuel tank (81), in which a shut-off valve (84) is also provided which is closed during operation, but opens when the engine (G) is switched off, whereby the B fuel pump (42) sucks the amount of fuel in the return lines (b, b _v c) via the nozzle return line (b, O ₁ ) and conveys it back to the fuel tank (81).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the in the pump suction line (80) lying shut-off valve (82) and the shut-off valve (84) provided in the emptying line (83) form a valve unit.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the two check valves (82 and 84) are arranged on a rod (86) and a guide body between the two (87) is provided, which separates the pump suction line (80) and the emptying line (83) from one another in the valve area.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the drain line (83) between the shut-off valve (82) and the fuel tank (81) in the pump suction line (80) opens (at 96) and a check valve in the drain line (83) in front of its mouth (96) (85) is arranged, which is only in the direction of the amount of fuel flowing back to the container (81) (Emptying volume) opens.

5. Device according to one or more of the preceding claims, wherein the control system of the engine with a hydraulic control circuit separate from the fuel line system for actuating the fuel control valve is equipped and a stop valve is provided in the control circuit, which when switched off of the engine opens or short-circuits the control circuit to the oil tank, whereby the fuel control valve is closed and the fuel nozzle feed line is blocked, thereby characterized in that an electrical circuit (89) with a valve unit (82, 84, 86, 87) actuating relay (88) is provided from the stop valve (53) or from its contact arm (53 ') is switched off and on.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that during the operation of the Engine (G) with the stop valve (53) closed, the circuit (89) is switched on and that energized relay (88) the valve unit (82, 84, 86, 87) against the resistance of a compression spring (91) in the sense that the valve (82) located in the pump suction line (80) is opened and the valve (84) built into the drain line (83) is closed.

Considered publications:
German patent specifications No. 974 636, 1106119.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings