DE1601565A1

DE1601565A1 - Stuetzkonstruktion zum Befestigen von Turbinen-Laufschaufeln an einem Laeufer

Info

Publication number: DE1601565A1
Application number: DE19671601565
Authority: DE
Inventors: Campbell William Bowles
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-12-07
Filing date: 1967-08-23
Publication date: 1971-01-21
Also published as: BE702758A; GB1179098A; US3404831A

Description

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PATENTANWALT DIPL-ING. R. MOLLER-BÖRNER- PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY

1 BERLI N-DAHLEM 33 · PO DBIELS KIALLEE 68 8 MÖNCHEN 22- Wl D E NMAYE RSTRASS E 49

TEL 0311 · 762907 · TELEGR. PROPINDUS - TELEX 0184057 TEL. 0811 · 225585 · TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244

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General Electric Company Scheneetady, liew York (USA)

Stützkonstruktion zum Befestigen von Turbinen-Lauf schaufeln an einem Läufer

Die Erfindung "betrifft allgemein mit Spitzenturbinen vers&ene Gebläseläufer und "bezweckt die Schaffung einer auseinandernehmbaren Anordnung, die es ermöglicht, Turbinen-Laufschaufelpakete bzw. einzelne Laufschaufeln im Fall ihrer Beschädigung leicht und schnell auszuwechseln, ohne daß eine Reparatur oder Nachbearbeitung der Tragkonstruktion erforderlich ist.

Bei Turbotriebwerken von Plugzeugen 1st es erwünscht, das Gewicht herabzusetzen und die Instandhaltung zu erleichtern. Zur Herabsetzung des Gewichts' werden die Teile hohl ausgebildet, um überflüssige Massen zu entfernen, während die äußeren Abmessungen und das Flügelprofil der Teile erhalten bleiben. Bei der Instandhaltung ist es erwüneoht, einzelne Turbinen- Lauf iohaufein auswechseln zu können, ohne daß die ganze Trag-

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konstruktion unter hohem Kostenaufwand repariert zu werden "braucht,und ohne daß es notwendig ist, die Tragkonstruktion abzubauen, um den für den Austausch erforderlichen Zugang zu eröffnen. Daher ist es üblich, die großen Bestandteile aus Segmenten oder kleineren Teilen aufzubauen, die leicht ausgewechselt bzw. instandgehalten werden können. Diejenigen Konstruktionsteile, die auswechselbar bzw. von geringem Gewicht sind, dürfen aber die Festigkeit der Bestandteile nicht beeinträchtigen.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Tragkonstruktion für Turbinen-Lauf schaufeln zu schaffen, die zum Ersatz von beschädigten Teilen leicht auseinandergenommen werden kann.

Hierbei soll eine Konstruktion geschaffen werden, welche das Auswechseln oder Instandsetzen von einzelnen Turbinen-rLaufschaufelpaketen ermöglicht, ohne daß dadurch die übrigen Konstruktion des Läufers beeinträchtigt wird.

Ferner soll die Tragkonstruktion eine Herstellung der einzelnen Turbinen-Laufschaufelpakete mit einfachen, üblichen Werkzeugen ermöglichen.

Durch die Erfindung wird eine Tragkonstruktion zur Befestigung von Turbinen-Laufeohaufeln an einem Läufer vorgeschlagen, die mehrere allgemein radial angeordnete Laufeohaufeln umfaßt,

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eine Fußkonstruktion und einen Mantelring, welche die laufschaufeln an ihrem inneren bzw. äußeren Ende in Umfangsrichtung umgeben, wobei die Fußkonstruktion miteinander verbundene, parallele Seitenteile besitzt, ferner in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnete, vorstehende Teile, welche j.Ie Seitenteile sichernd durchsetzen und von diesen aus vorstehen, so daß sich ein in Umfangsrichtung erstreckendes Turbinen-laufschaufelpaket mit einer kastenprofilförmigen Fußkonstruktion ergibt. Diese Tragkonstruktion ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei aus Segmenten aufgebaute, im Ab-• stand voneinander angeordnete Seiten- bzw. Führungsschienen, die sich längs des Umfanges der Fußkonstruktion erstrecken und Ausnehmungen aufweisen, welche die vorstehenden Teile aufnehmen, ferner in Umfangsrichtung im Abstand voneinander auf den einander zugekehrten Flächen der Seiten- bzw. Führungsschienen angeordnete Ansätze, ein Umfangsband, das mit den inneren Enden der Seiten- bzw. Führungsschienen verbunden ist, deren Zwischenräume überbrückt und mit Öffnungen für die Aufnahme von radialen Fortsätzen des Läufers versehen ist, die Seitenschienen und die Fortsätze durchsetzende Verbindungsmittel, welche die Schienen gegen den läufer klemmen und bewirken, daß benachbarte Turblnen-laufschaufelpakBbe durch die Vorsprünge festgehalten werden, sowie durch Verbindungsmittel zum Verbinden der in Umfangsrichtung liegenden Enden von einander benachbarten Schienensegmenten, und zwar derart, daß sie auf den läufer ein Drehmoment übertragen.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachstehenden Beschreibung näher erläutert, in der auf ein in den figuren 1 bis 5 der Zeichnungen dargestelltes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird. Es zeigen:

. Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Beispiel einer Kraftanlage mit der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion für die Turbinen-Laufschaufeln;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines vorgefertigten Laufschaufelpakets mit zwei Laufschaufeln, ebenfalls in perspektivischer Darstellung;

Eig. 3 teilweise im Querschnitt das äußere Ende einer Gebläse-Laufs chaufel mit Einzelheiten der Tragkonstruktion;

Pig. 4 teilweise aufgeschnitten die Anordnung nach Fig. 3 in der Richtung der Pfeile 4-4 gesehen und

Fig. 5 teilweise im Querschnitt in Abständen voneinander angeordnete Querstreben.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Antriebsanlage, in welcher die erfindungsgemäße Konstruktion Anwendung finden kann. Es ist ein Gebläsetriebwerk 10, das einen großen Durchmesser hat und als Vortriebstriebwerk oder als Hub- und Vortriebstriebwerk ausgebildet sein kann. Es besitzt einen Läufer mit Gebläse-

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laufschaufeln 12 _r die Spitzenturbinen-laufschaufeln 14 tragen. Die Antriebsenergie wird dem läufer von einer Gaserzeugungseinrichtung zugeführt. Diese "besteht beispielsweise aus Strahltriebwerken 16, deren Abgase die laufschaufeln 14 antreiben, so daß das Gebläse gedreht wird und einen Schub erzeugt, indem es große luftmassen mit relativ niedriger Geschwindigkeit durch das Triebwerk 10 bewegt. Diese Antriebsanlage kann auf jede geeignete Weise vom flugzeug getragen werden, beispielsweise von einem Flügel 18 oder einem Außenlastträger 20. Derartige Antriebsanlagen sind in der USA-Patentschrift 3 229 933 der Anmelderin dargestellt.

Antriebsanlagen dieser Art können einen Durchmesser bis zu etwa 240 - 300 cm (8 - 10 Fuß) und am Umfang des Gebläses Hunderte von Turbinen-laufschaufeln besitzen, so daß sie im Falle einer Beschädigung, z.B. durch Fremdkörper (FOD), nur mit hohen Kosten instandgesetzt oder instandgehalten werden können. Bei großen Antriebsanlagen ist es bekannt, bestimmte Bauteile aus einzeln auswechselbaren Segmenten oder Teilen herzustellen, so daß es nicht notwendig ist, die Tragkonstruktion, beispielsweise den ganzen läufer zusammen mit den Gebläseschaufeln 12, wegzuwerfen, instandzusetzen oder auseinanderzunehmen. Die Turbinen-laufschaufeln sollen leicht auswechselbar sein, so daß zusammengesetzte oder einstückig ausgebildete Sohaufelpakete Im Bedarfefall leicht ausgetaueoht werden können. Die Erfindung bezweokt die Schaffung einer derartigen Konstruktion.

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Fig. 2 zeigt ein einzelnes Turbinen-Laufechaufelpaket, das im Bedarfsfall leicht als Paket entfernt und durch ein gleiches Paket ersetzt werden kann. Man kann in einem Paket natürlich jede geeignete Anzahl von laufschaufeln 14 vorsehen. Hier wird beispielsweise angenommen, daß jedes Paket aus zwei Laufschaufeln besteht. Zu diesem Zweck sind zwei einander benachbarte, hohle Turbinen-Laufschaufein 14 aus Blech an ihrem inneren Ende mit einem Fußteil 22 und am äußeren Ende mit einem Deckband 24 versehen. Durch diesen Fußteil und das Deckband sind die im wesentlichen radial angeordneten Laufschaufeln 14 in Umfangsrichtung verbunden. Man kann Fortsätze 23 in Form von Dichtflanschen vorsehen. Zur Erzielung der erforderlichen Festigkeit und Tragkraft für die Turbinen-Laufschaufeln ist der Fußteil mit zwei miteinander verbundenen, im Abstand voneinander angeordneten Seitenteilen 26 versehen, die sich radial erstrecken. Um die Festigkeit der Abstützung der inneren Enden der Laufschaufeln noch zu erhöhen, kann man radial einwärts von dem Fußteil 22 einen zweiten Fußteil 28 vorsehen. Der zweite Fußteil kann U-profilförmig oder parallel zu dem Fußteil 22 ausgebildet sein. Die Fußteile 22 und 28 sind mit den Seitenteilen 26 in geeigneter Weise verbunden, vorzugsweise durch Hartlöten, Schweißen ader dergleichen Bearbeitungsverfahren. Um die Festigkeit »u erhöhen und zu dem nachstehend beschriebenen Zweck sind an den SeitentedLen 26 diese durcheetuende Rohretüoke 30 befestigt, die in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnet sind und von den Seitenteilen in Form von Vor Sprüngen 32 vorstehen. Wie naoh-

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stehend erläutert wird, dienen diese als Scherzapfen. Die aus den Teilen 22, 26, 28 und 30 "bestehende Konstruktion bildet am inneren Ende der Laufschaufeln eine Fußkonstruktion mit Kastenprofil als Teil des einstückigen Turbinen- «aufschaufelpakets, wie aus der 3?ig. 2 hervorgeht.

Dieses Turbinen-Laufschaufelpaket kann aus geraden Blechstücken hergestellt werden, wenn es in Triebwerken der "beschriebenen Art mit großem Uaben-Radius-Verhältnis verwendet wird.

Das Naben-Radius-Verhältnis ist das Verhältnis des Radius der inneren Enden der Laufschaufeln zu dem Radius der äußeren Enden der Laufschaufeln. In großem Kraftanlagen nähert sich dieses Verhältnis dem W_ftrt 1, so daß die beschriebenen geraden Teile verwendet werden können. Die Verwendung von nicht gekrümmten Teilen oder geraden Umfangsteilen in dem Turbinen-Laufschaufelpaket ermöglicht eine leichte und billige Herstellung des Pakets, da komplizierte Werkzeuge nicht erforderlüi sind und das Metall nicht aufwendig verformt zu werden braucht. Es genügt, wenn die Blechteile in einfacher Weise gebogen werden. Bei Verwendung von geraden Teilen können die Abstände zwischen den Turbinen-Laufschaufeln in den Eußteilen 22 und mit denselben Werkzeugen hergestellt werden wie die entsprechenden Abstände in dem Spitzendeckband 24, d.h., daß die Laufschaufeln 14 von ihrem Fuß zur Spitze parallel und von konstantem Ausfüllungsgrad sind. Bei einem Radiusverhältnis über 0,5

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kommt diese Konstruktion aus parallelen Laufschaufeln in Frage; 'sie ist daher in großen Antriebs- bzw. -kraftanlagen zweckmäßig. Die Laufschaufeln sind in diesem Pail allgemein radial angeordnet, aber parallel zu einem Radius von dem Mittelpunkt des Läufers aus und rechtwinklig zu ihren !Fußteilen und dem Spitzendeckband. Zwischen einander benachbarten Laufschaufeln verschiedener Pakete ist eine geringe Divergenz vorhanden, weil die Laufschaufeln jedes Pakets zueinander parallel sind. Diese Divergenz ist jedoch in Maschinen mit " großem Radiusverhältnis nidbfc nachteilig. Das aus den beschriebenen Turbinen-Laufschaufelpaketen gebildete Laufrad ist geometrisch ein Kreis, der aus kurzen, geraden Teilen besteht, gegenüberliegend einer gekrümmten oder runden Konstruktion.

Die Befestigung und Abstützung des Turbinen-Laufschaufelpakets nach Pig. 2 ist anhand der Pig. 3 erläutert. Diese zeigt ausführlich die Tragkonstruktion. Es sind zwei im Abstand voneinander angeordnete, radiale Seiten oder Führungsschienen 34 und 36 vorgesehen, die gekrümmt sein können und zum Tragen von mehreren Turbinen-Laufschaufelpaketen der in Fig. 2 gezeigten Art dienen. Die Seitenschienen sind aus Segmenten aufgebaut und erstreiken sich in der Umfangsrichtung über den Fußteil 22 des Turbinen-Laufschaufelpakets hinaus (Fig. 4). Gemäß Fig. 3 sind die Seitenschienen radial einwärts von dem Paket angeordnet. Damit jedes Schienensegment mehrere Turbinen-Laufs chaufelpake te tragen kann, haben die Seitenschienen 34 und 36 Ausnehmungen 38, in denen die Vorspränge '52 ] öse oder

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BAD ORIGfNAL

drelibar sitzen. Durch diese Scherverbindung wird das Turbinen-Lauf schaufelpaket in den Seitenschienen festgehalten. Die Seitenschienen sind auf ihren einander zugekehrten Flächen mit in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Ansätzen 40 versehen und zwischen den Ansätzen bis zu dem gestrichelt angedeuteten Innenprofil 42 weggeschnitten. Die Seitenechienen und die Turbinen-Laufschaufelpakete bilden somit drei Seiten eines Kastenprofils. Die vierte Seite wird durch ein in Umfangsrichtung angeordnetes Dichtband 44 geschlossen, das den Zwischenraum zwischen den inneren Enden der Seitenschienen überbrückt und vorzugsweise dieselbe Ausdehnung hat wie diese. Die Seitenschienen sind vorzugsweise mit geeigneten, vorspringenden Rändern 46 oder dergleichen versehen, die mit einer Halteschiene 48 so zusammenwirken, daß das Dichtband 44 abnehmbar gegen die Seitenschienen 54 und 36 geklemmt werden kann. Es genügt jede geeignete Verbindung der beschriebenen Art.

Zum Verbinden der vorstehend beschriebenen Konstruktion mit dem Läufer, der durch die Gebläse-Laufschaufein 12 dargestellt ist, haben diese Gebläse-Laufschaufeln radiale Fortsätze 50. Im Bereich der Ansätze 40 ist das Band 44 mit Öffnungen 52 zur Aufnahme der Portsätze 50 versehen. Die Fortsätze 50 des Gebläses sind daher gemäß Fig. 5 zwischen den Ansätzen 40 angeordnet. Die ganze Anordnung wird mit Hilfe eines BefestigungsraittelB, beispielsweise der Schrauben 54, zusammengespannt. Man

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erkennt, daß die Berührungsfläche zwischen den Fortsätzen 50 und den Ansätzen 40 wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eben oder gezahnt sein oder jede andere geeignete Form "besitzen kann. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Fortsätze und Ansätze so "bemessen sind, daß "beim Festziehen der Schraube 54 zum Befestigen der Schienen und Fortsätze die Fußkonstruktion des Turbinen-Laufschaufelpakets "bei 26 nicht eingeklemmt, sondern infolge der S_cherwirkung auf die Rohrstücke 30 lose zwischen den Seitenschienen gehalten wird.

Zum Versteifen der Seitenschienen 34 und 36 im Einbauzustand kann die Anordnung von in Abständen voneinander stehenden Querstreben 56 (Fig. 5) notwendig sein. Diese sind zweckmäßig zwischen den Schrauben 54 angeordnet und haben eine solche Länge, daß sie im Zusammenwirken mit den Ansätzen 40 ein Auslenken der S_eitenschienen aus einer Radialebene verhindern.

Zur Übertragung des Drehmoments auf den Läufer zwischen den einander benachbarten Schienenenden der einzelnen Segmente sind Mittel beispielsweise in Form von Laschen 58·vorgesehen, die mit Stehbolzen 60 an den Schienen zusammenwirken und einander benachbarte Schienen in Umfangsrichtung miteinander verbinden. Diese Laschen 58 können erforderlichenfalls mit geeigneten Schlitzen versehen sein, die eine Wärmedehnung zwischen den Teilen aufnehmen. ORIGINAL INSPECTED

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Ein Eintritt der unter hohem Druck stehenden, heißen Gase zwischen den Turbinen-Laufschaufein 14 in den Gebläsestrom soll verhindert werden. Zu diesem Zweck kann man geeignete Dichtungsmittel vorsehen, beispielsweise den Dichtflansch 23 und weitere Dichtmittel 62, die mit Schragen 64 an den Schienen befestigt sind. Die Schrauben können die Querstreben 56 durchsetzen und dienen dann auch zum Festhalten dieser Streben. Die Dichtung 62 wirkt mit einem Ständerteil zusammen, beispielsweise mit einer Wabendichtung 66. Ferner kann sich das Dichtband 44 mit dichten Endteilen 68 beträchtlich über die Seitensehienen und die Gebläse-Laufschaufeln hinaus erstreeke'n, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist.

Zum Auswechseln eines Turbinen-Laufschaufelpakets braucht man nur die Schrauben 54 zu lösen, die Laschen 58 von den Stehbolzen 60 zu entfernen und die Anordnung von den Fortsätzen 50 abzuziehen. Man kann dann die Schrauben 64 entfernen und eine der Seitensehienen abheben, so daß eine Reihe von Turbinen-Laufschaufelpaketen der in Fig. 2 gezeigten Art freigelegt wird. Das beschädigte Paket kann abgehoben und ersetzt werden, worauf die Seitensehienen wieder angebracht und die Schrauben festgezogen werden.

Diese auseinandernehmbare Konstruktion ermöglicht eine leichte Auswechselung oder Instandsetzung der einzelnen Turbinen-Laufschaufelpakete und vermeidet eine einstückige Ausbildung, die eine Instandsetzung oder Auswechslung des tragenden Gebläseteils erforderlich machen würde. Ferner können die einzelnen

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lurbinen-laufschaufelpakete aus jeder "beliebigen Anzahl von einzelnen Turbinen-laufschaufeln pro Paket bestehen. An jedem Segment der Seitenschienen sind mehrere Pakete befestigt. Da nur das Turbinen-Laufschaufelpaket einstückig ist, ermöglicht die Erfindung für verschiedene Zwecke eine leichte Auswechslung zwecks Verwendung von verschiedenartigen Werkstoffen mit Vorteilen hinsichtlich .des Gewichts und der Warmfestigkeit.

Vorstehend wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das jedoch im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden kann.

Zur Erfindung gehört alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und bzw. oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was in Abweichung von den konkreten Ausführungsbeispielen für den Fachmann naheliegt.

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Claims

PATENTANWALTe j7&M-j7ß mri PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY 8 MÖNCHEN 22 . WIDE N MAYERSTRASSE TEL. 08Π -225585 .TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244 19 895 General Electric Company Schenectady, Mew Toric (USA) Patentansprüche

1. Tragkonstruktion zur Befestigung von Turbinen-Laufschaufeln an einem Läufer, mit mehreren, im wesentlichen radial angeordneten Laufschaufeln, einer Pußkonstruktion und einem Mantelring, welche die Laufschaufeln an ihrem inneren bzw. äußeren Ende in TJmfangsrichtung umgeben, wobei die Fußkonstruktion miteinander verbundene, parallele Seitenteile besitzt, ferner in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnete, vorstehende Teile, welche die Seitenteile sichernd durchsetzen und von diesen aus vorstehen, so daß sich ein in Umfangsrichtung erstreckendes Turbinen-Laufschaufelpaket mit einer kastenprofilförmigen Pußkonstruktion ergibt, gekennzeichnet durch zwei aus Segmenten aufgebaute, in Abstand voneinander angeordnete

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Seiten- bzw. Führungsschienen (34-, 36), die sich längs des Umfanges der Fußkonstruktion erstrecken und Ausnehmungen (38) aufweisen, welche die vorstehenden Teile (32) aufnehmen, ferner in TJmfangsrichtung in Abstand voneinander auf den einander zugekehrten Flächen der Seiten- bzw. Führungsschienen (34, 36) angeordnete Ansätze (40), ein Umfangsband (44), das mit den inneren Enden der Seitenbzw. Führungsschienen verbunden ist, ihre Zwischenräume überbrückt und mit Öffnungen (52) zur Aufnahme von radialen Fortsätzen (50) des Läufers versehen ist, die Seiten- bzw. Führungsschienen (34, 36) und die Fortsätze (50) durchsetzende Verbindungsmittel (54), welche die Seiten- bzw. Führungsschienen (34, 36) gegen den Läufer klemmen und bewirken, daß benachbarte Turbinen-Laufschaufelpakete durch die Vorsprünge (32) festgehalten werden, und Verbindungmittel (58, 60) zum Verbinden der in Umfangsrichtung liegenden Enden von einander benachbarten Schienensegmenten (34> 36) derart, daß sie auf den Läufer ein Drehmoment übertragen.

2. Tragkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spitzendeckband (24) und die kastenprofilförmige Fußkonstruktion in Umfangsrichtung aus geraden Teilen bestehen und die Turbinen-Laufschaufeln (14) zwischen dem Deckband und der Fußkonstruktion im wesentlichen rechtwinklig zu ihnen und zu einem Radius parallel angeordnet sind.

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3. Tragkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckband (24) und die iußkonstruktion (22,23,26,28,30,32) aus Blech "bestehen und mit den Laufschaufeln (14) und den vorstehenden Teilen zu einem Konstruktionsteil verbunden sind, so daß jedes Turbinen-Laufschaufelpaket ein gesondertes Konstruktionsteil darstellt.

4. Tragkonstruktion nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schienen (34»

36) in Anständen voneinander angeordnete Querstreben (56) vorgesehen sind, dfe sich in Umfangsrichtung zwischen den Yerbindungsmitteln "befinden, welche die Schiene (34, 36) und Fortsätze (50) miteinander verbinden.

5. Tragkonstruktion nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, ansonst wie "beschrieben und bzw. oder dargestellt.

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