DE2232942A1 - Hydraulische anlage mit drehmomentwandler, insbesondere fuer den antrieb von verhol- und haltewinden auf massengutschiffen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE MEISSNER & BOLTE DIPL.-ING. HANS MEISSNER DIPL.-ING. ERICH BOLTE O O O O Q / J

D 2β Bremen. 26o Juni 1972

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•und«ir«publll: D.uüdilind

Anmelder: Friedrich Kocks GmbH

29 Bremen Richard-Dunkel-Straße 55

Telefon 0421-342019 Telegramme: PATMEIS BREMEN

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Hydraulische Anlage mit Drehmomentwandler, insbesondere für den Antrieb von Verhol- und Haltewinden auf Massengutschiffene

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Anlage für den Antrieb eines Aggregats, insbesondere einer Verhol- und Haltewinde auf Massengutschiffen, für flüssige oder trockene Ladung wie auch Containerschiffe, über einen Drehmomen-fewandler mit Turbinenrad»

Die Erfindung befaßt sich in erster -.Linie mit einem Fernantrieb für hydrodynamische Winden, insbesondere Verholwinden, die im explosionsgefährdeten Bereich, z. B, auf Tankschiffen, zum Einsatz kommen. Gemäß einem älteren Vorschlag werden hydrodynamische Verholwinden durch einen aus einem Hydrauliknetz gespeisten regelbaren hydrostatischen Motor (Regelmotor) angetrieben, wobei zwischen dem Eegelmotor und der Winde ein Drehmomentwandler angeordnet ist. Im Hydraulienetz wird ein konstanter Netzdruck durch eine druckabhängig gesteuerte, von der Winde entfernt,

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ζ. B. unter Deck, angeordnete Regelpumpe erzeugt.

Der "bei dieser bekannten hydraulischen Anlage eingesetzte Drehmomentwandler iat in herkömmlicher Weise aufgebaut, besteht demnach aus einer Kreiselpumpe, die bei dem voranstehenden älteren Vorschlag durch den Regelmotor angetrieben wird, einem Turbinenrad und einem feststehenden Leitrad. Das Ausgangsdrehmoment des Drehmomentwandlers dient mittelbar oder unmittelbar zum Antrieb der Windentrommel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige hydraulische Anlage durch Veränderung des Drehmomentwandlers zu vereinfachen, derart, daß weniger bzw. einfachere Antriebe erforderlich sind. Dabei soll auch die Erfindung in erster Linie Anwendung finden bei fernangetriebenen hydraulischen Anlagen im explosionsgefährdeten Bereich, also bei Antrieben für Verholwinden auf Tankschiffen. Es sind aber auch andere Einsatzgebiete denkbar.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch eine vom Drehmomentwandler separate Energiequelle, insbesondere Pumpe, geliefertes Drucköl in den ohne Kreiselpumpe ausgebildeten Drehmomentwandler förderbar und nach Durchtritt durch die Turbinenschaufeln des Turbinenrades aus dem Drehmomentwandler herausleitbar ist.

Während bei herkömmlichen Drehmomentwandlern zur Erzeugung eines ständigen, geschlossenen Ölumlaufs im Wandler eine Kreiselpumpe vorgesehen ist, die durch einen außerhalb des Wandlers btfindlichen Motor, z. B. E-Motor, angetrieben wird, kann bti dtr Erfindung auf diese Kreiselpumpe verzichtet werden, da das für die Beaufschlagung des Turbinenrades

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•erforderliche Drucköl von außerhalb des Drehmomentwandlers ständig in dem erforderlichen Umfange zugeführt und nach Durchtritt durch die Turbinenschaufein wieder aus dem Drehmomentwandler abgeleitet wird. Es fehlt demnach gegenüber herkömmlichen Drehmomentwandlern auch der geschlossene Ölumlauf im Wandler.

Die so ausgebildete Anlage ist in ihrem Aufbau bereits dadurch erheblich vereinfacht, daß der Drehmomentwandler nicht mit einer Kreiselpumpe ausgerüstet sein muß. Darüber hinaus kann das erforderliche Drucköl für den Drehmomentwandler einem Hydrauliknetz entnommen werden, in dem das Drucköl durch eine Hydraulikpumpe, insbesondere eine druckabhängig, nämlich vom Netzdruck, gesteuerte Regelpumpe erzeugt bzw. gefördert wird. Diese Regelpumpe kann dabei von dem angetriebenen Aggregat und vom Drehmomentwandler entfernt montiert sein, z. B. unter Deck, da es nicht schwierig ist, Drucköl über eine größere Entfernung dem Drehmomentwandler zuzuführen.

Eine hinsichtlich der Verbraucherstellen umfangreiche Anlage kann darüber hinaus dadurch vereinfacht werden, daß gemäß einem Vorschlag der Erfindung mehrere Verbraucher an ein durch eine Regelpumpe betriebenes Hydrauliknetz angeschlossen werden. Diese Verbraucher, die jeweils einen Drehmomentwandler mit den Merkmalen der Erfindung sowie ein angetriebenes Aggregat, z. B. eine Winde, umfassen, sind dabei in Parallelschaltung an das Hydrauliknetz angeschlossen.

Ein weiterer wesentlicher Erfindungsgedanke liegt darin, daß das Hydrauliknetz" einen Leitungsquerschnitt aufweist, der

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größer ist als der Strömungsquerschnitt für das Drucköl im Drehmomentwandler, und zwar wenigstens im Bereich der Turbinenschaufeln des Turbinenrades. Hierbei kommt ein Düseneffekt zur Wirkung. In dem Hydrauliknetz wird das Öl bei hohem Druck, jedoch verhältnismäßig -geringer Geschwindigkeit gefördert. Durch die Querschnittsverringerung im bzw. am Drehmomentwandler wird eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und damit eine Erhöhung der Strömungsenergie für die Beaufschlagung der Türbinenschaufeln erreicht. Der Strömungsquerscnnitt ist dabei zweckmäßig zur Erzeugung von unterschiedlichen Strömungsenergien veränderbar.

Nachfolgend werden weitere Einzelheiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 eine hydraulische Anlage gemäß der Erfindung mit mehreren Verbrauchern in schematischer Dar-stellung,

Fig. 2 einen Teil der hydraulischen Anlage mit einer Einzelheit, nämlich einem Drehmomentwandler, im Längsschnitt und im vergrößerten Maßstab.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft als Fernantrieb für gegebenenfalls mehrere Winden, insbesondere Verholwinden, auf Schiffen zum Einsatz kommen. Bei besonderen Schiffen, z. B. Tankern, ist vorgeschrieben, daß im explosionsgefährdeten Bereich keine Explosionen verursachenden Aggregate, z. B. übliche Elektromotoren, installiert sind. Zu diesem Zweck ist ein hydraulischer Fernantrieb vorgesehen. An ein Hydrauliknetz mit Vorlaufleitung 10 und Rücklaufleitung 11 sind

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mehrere angetriebene Aggregate 12a, 12t>, 12c. in Parallelschaltung angeschlossen. Bei diesen Aggregaten handelt es sich beispielsweise um Yerholwinden (nicht dargestellt). In dem Hydrauliknetz bzw. in der Vorlaufleitung 10 wird ein konstanter Druck, nämlich Hochdruck von etwa 150 bis 180 at erzeugt, und zwar durch eine gemeinsame Regelpumpe 13. Diese wird durch einen Motor, z. B. E-Motor 14 angetrieben. Die Regelpumpe 13 fördert in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Vorlaufleitung 10, so daß der konstante Druck unabhängig von der Belastung des Netzes in diesem aufrechterhalten wird.

Jedem angetriebenen Aggregat, insbesondere einer Verholwinde, ist ein Drehmomentwandler 15 zugeordnet. Durch die Drehmomentwandler 15 wird die kinetische Energie des Hydrauliknetzes, in Wellenenergie, also in ein ausgangsseitiges Drehmoment für den Antrieb des Aggregates, insbesondere der Winde, umgewandelt,

Der Drehmomentwandler 15 ist in besonderer Weise ausgebildet. Die Sekundärseite entspricht zwar mit der Anordnung eines Turbinenrades 16 mit in Radialrichtung durchströmten Turbinenschaufeln 17 und einer Ausgangswelle 18 zur Übertragung des Drehmoments auf das angetriebene Aggregat dem herkömmlichen Aufbau eines Drehmomentwandlers. Auf der Primärseite fehlt jedoch der im Drehmomentwandler geschlossene, ständige ölumlauf, der durch eine von außen angetriebene Kreiselpumpe erzeugt wird. Bei dem Drehmomentwandler 15 wird vielmehr das Drucköl aus dem Hydrauliknetz, nämlich aus der Vorlaufleitung 10 unmittelbar zur Beaufschlagung des Turbinenrades 16 bzw. der Turbinenschaufeln 17 entnommen. Zu diesem Zweck ist in einem feststehenden Gehäuse 19 des Drehmomentwandlera eine im Querschnitt des Gehaust· 19 kreisförmig· Umlauflcaaaer 20 für das Drucköl gebildet. Diese Umlaufkammer 20, deren Gestalt

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im Längsschnitt des Drehmomentwandlers 15 aus Pig» 2 ersichtlich ist, besteht eingangsseitig aus einem sich in der Längsmittelachse des Drehmomentwandlers 15 in Axialrichtung erstreckenden Strömungsbereich 21. Hieran schließt ein bogenförmiger Strömungsbereich 22 und sodann ein radialer Strömungsbereich 23 an. In den radialen Strömungsbereich 23 tritt das Turbinenrad 16 mit dem Satz Turbinenschaufeln 17 ein, so daß diese in herkömmlicher Weise in Radialrichtung durchströmt werden. Danach folgt ein zur Axialrichtung bogenförmig zurückkehrender weiterer Strömungsbereich 24, der zugleich im Querschnitt gegenüber den voranstehenden Strömungsbereichen, insbesondere gegenüber dem radialen Strömungsbereich 23» erweitert ist. Der bogenförmige Strömungsbereich 22 ist mit Stegen 25 versehen, die ein zentrisches Innenstück 26 des Wandlers mit dem Gehäuse 19 verbinden.

Die Vorlaufleitung 10 bzw. eine Abzweigung 10a derselben schließt an den zentrischen, axial verlaufenden Strömungsbereich 21 an. Die Rücklaufleitung 11 bzw_o eine Abzweigung 11a derselben ist in einem radial außenliegenden Bereich mit dem äußeren Strömungsbereich 24 der Umlaufkammer 20 über eine Austrittsbohrung 27 verbunden, und zwar achsparallel verlaufend.

Der Erfindung liegt weiterhin der Gedanke zugrunde, die das Turbinenrad 16 bzw, die Turbinenschaufeln beaufschlagende Strömungsenergie dadurch zu erhöhen, daß der Strömungsquer-r schnitt zumindest im bogenförmigen Strömungsbereich 22 gegenüber dem Strömungsciuerschnitt der Vorlaufleitung 10 bzw. der Abzweigung 10» verringert ist. Eine Beeinflussung der Strömungsenergie wird durch Veränderimg des Strömungsquerschnitta In dir Umlaufkammer 20 bzw. an der Sintritiseeite derselben

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ermöglicht. Zu diesem Zweck ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Düsenapparat. 28 der Eingangsseite der Umlaufkammer 20 vorgeordnet. Die Abzweigung 10a schließt seitlich an den Düsenapparat 28 an. In Längsachse des Drehmomentwandlers 15 ist, ein von außen betätigbarer Düsenstift 29 angebracht, der in den Strömungsquerschnitt eintritt und diesen durch Axialverschiebung an der Eingangsseite des Strömungsbereichs 21 verändert. Eine entsprechend ausgebildete, verstellbare Duseneinrichtung kann auch in Strömungs-

richtung unmittelbar vor den Turbinenschaufeln 17 angeordnet sein. Allerdings sind dann mehrere derartiger Einrichtungen längs des Umfangs nebeneinander anzubringen.

•Eine mechanische Einrichtung zur Axialversteilung des Düsenstiftes ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vereinfacht wiedergegeben. Sie besteht aus einer beispielsweise durch ein Handrad 30 zu betätigenden Kurbel 31> die auf das Ende des Düsenstiftes 29 einwirkt.

Zweckmäßigerweise kann bei dem vorliegenden Drehmomentwandler 15 eine weitere Besonderheit verwirklicht werden. Die herkömmlichen Drehmomentwandler sind mit einem auf der axial unverschiebbaren Ausgangswelle 18 festsitzenden Turbinenrad ausgerüstet. Das Turbinenrad 16 bei dem dargestellten Drehmomentwandler 15 ist mit zwei in Axialrichtung nebeneinander liegenden Sätzen von Turbinenschaufeln 17 und 32 ausgerüstet. Die beiden Gruppen von Turbinenschaufeln 17 und 32 sind so ausgestaltet und relativ zueinander angebracht, daß jede Gruppe eine entgegengesetzte Drehrichtung des Turbinenrades 16 bei einer Durchströmung bewirkt. Durch dieses Turbinenrad 16 ist somit die Drehrichtung der Ausgangswelle 18 reversierbar, indem alternativ die eine oder andere Gruppe von Turbinen-

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schaufeln 17 bzw. 32 in den Bereich der Umlaufkammer 20 bewegt wird.

Die Bewegungsumkehr des Turbinenrades 16 erfolgt durch eine Axialverschiebung desselben auf der in Längsrichtung unverschiebbaren Ausgangswelle 18. Die eine Endstellung des Turbinenrades ergibt sich durch Anlage desselben an einem Bund 33 am Ende der Ausgangswelle 18, während die andere Endstellung durch Anlage an einem Anschlag 34 eines Radiallagers 35 bestimmt ist.

Die Axialverstellungen des Turbinenrades 16 zur Bewegungsumkehr werden durch Beaufschlagung des Turbinenrades 16 mit Drucköl in der einen oder anderen Richtung bewirkt. Zu diesem Zweck werden beidseits des Turbinenrades 16 gebildete Kammern

36 und 37 alternativ beaufschlagt. Als Drucköl dient hier im Bereich des Turbinenrades 16 austretendes Lecköl. Dieses Lecköl baut in beiden Kammern 36 und 37 einen bestimmten Druck auf.

An jede Kammer 36 bzw. 37 ist eine Ablaufleitung 38 bzw. 39 angeschlossen. Diese führen zu einem gemeinsamen Schaltventil 40. In der einen Stellung des Schaltventils führt eine der Ablaufleitungen, bei dem Beispiel der Pig. 2 die Ablaufleitung 38, zu einem Tank 41. Das Öl der Kammer 36 kann somit frei abfließen» Dadurch entsteht eine Druckdifferenz gegenüber der Kammer 37» die eine entsprechende Verschiebung des Turbinenrades 16 bewirkt, bei dem gezeigten Beispiel nach links. Wird das Schaltventil 40 in die andere Stellung bewegt, ist die Ablaufleitung 38 abgesperrt, während nunmehr die der Kammer

37 zugeordnete Ablaufleitung 39 zum Tank 41 offen ist. Die Kammer 37 ist damit entlastet, während in der Kammer 36 ein erhöhter Druck aufgebaut wird, der eine Verschiebung des Turbinenrades 16 in die andere Endstellung bewirkt.

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Die Betätigung des Schaltventils 40 wird zweckmäßigerweise mit der Betätigung· des Düsenstiftes 29 synchronisiert. Bei dem gezeigten Beispiel ist eine Nockenscheibe 42 mit einem Schaltnocken 43 auf der Welle der Kurbel 31 gelagert. Die Relativstellung der Nockenscheibe 42 bzw. des Schaltnockens 43 ist so gewählt, daß die Umschaltung des Ventils 40 erfolgt, wenn der Ventilstift 29 den Querschnitt des Umlaufkanals 20 am weitesten verschließt, also den geringsten Durchflußquerschnitt frei läßt. In dieser Stellung des Düsenstiftes 29 ist die das Turbinenrad 16 "beaufschlagende kinetische Energie am geringsten, so daß die Verstellung des Turbinenrades besonders leicht durchgeführt werden kann.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   1oJ Hydraulische Anlage für den Antrieb eines Aggregats, insbesondere einer Verhol- und Haltewinde auf Massengutschiffen für flüssige oder trockene ladung wie auch Containerschiffe, über einen Drehmoriientwandler mit Turbinenrad, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine vom Drehmomentwandler (15) seperate Energiequelle, insbesondere Pumpe,(13) geliefertes Drucköl in den ohne Kreiselpumpe ausgebildeten Drehmomentwandler (15) förderbar und nach Durchtritt durch die Turbinenschaufeln (17) des Turbinenrades (16) aus dem Drehmomentwandler (15) herausleitbar ist„

   2ο Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem feststehenden Gehäuse (19) des Drehmomentwandlers (15) eine in Längsrichtung des Gehäuses (19) von der Längsmittelachse bogenförmig aus der Axialrichtung in die Radialrichtung übergehende Umlaufkammer (20) für das Drucköl angeordnet ist, wobei das Turbinenrad (16) bzw. die Turbinen— schaufeln (17) im radialen Strömungsbereich (23) der Umlaufkammer (20) in den Ölstrom eintreten.

   3. Anlage nach .Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (19) eine Vorlaufleitung (10, 10a) eines Hydrauliknetzes insbesondere in der Längsmittelachse des Gehäuses (19) und eine Rücklaufleitung (11 bzw. 11a) zur Aufnahme des Öls nach Durchtritt durch die Turbinenschaufeln (17) angeschlossen ist.

   4ο Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gkennzeichnet,

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   daß die Umlaufkämmer (20) im Längsschnitt -des Gehäuses (19) mit einem an den axialen Strömungsbereich (21) bogenförmig anschließenden radialen Strömungsbereich (23) versehen ist, an den die in Axialrichtung verlaufende Rücklaufleitung (11, 11a), vorzugsweise im Bereich eines bogenförmig in die Axialrichtung laufenden Strömungsbereichs (24) der Umlaufkammer (20), anschließt.

   5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Umlaufkammer (20) in Strömungsrichtung hinter den Turbinenschaufeln (17), also im Strömungsbereich (24), zunimmt.

   6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Umlaufkammer (20) wenigstens im Bereich der Turbinenschaufeln (17) kleiner ist als der in Strömungsrichtung davorliegende Querschnitt, insbesondere als der Querschnitt der Vorlaufleitung (10, 10a).

   7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt in der Umlaufkammer (20) veränderbar ist, insbesondere durch axial verschiebbare Düsenstifte (29) im Strömungsquerschnitt.

   8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Düsenstift (29) im Bereich des Anschlusses der Vorlaufleitung (10, 10a) an das Gehäuse (19), Vorzugsweise im Bereich eines an das Gehäuse (19) angesetzten Düsenapparates (28), in den Strömungsquerschnitt des axialen Strömungsbereichs (21) verschiebbar eintritt.

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   9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentwandler (15) an ein Hydrauliknetz angeschlossen ist, in dessen Vorlaufleitung (10, 10a) ein konstanter Netzdruck durch eine druckabhängig gesteuerte Regelpumpe (13) erzeugt wird.

   10. Anlage nach Anspruch 9 sowie einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbraucher, insbesondere Winden, in Parallelschaltung mit je einem Drehmomentwandler (15) an das Hydrauliknetz angeschlossen sind.'

   11. Anlage nach Anspruch 9 sowie einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vorlaufleitung (10, 10a) größer ist als der Strömungsquerschnitt der Umlaufkammer (20), wenigstens im Bereich der Turbinenschaufel!! (17).

   12. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelpumpe von den Verbrauchern entfernt, bei Schiffen insbesondere unter Deck angeordnet ist.

   13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad (12) zur Erzeugung unterschiedlicher Drehrichtungen der Ausgangswelle (18) des Drehmomentwandlers (15) mit zwei Sätzen von entsprechend den entgegengesetzten Drehrichtungen unterschiedlich ausgebildeten und/oder angeordneten, feststehenden Turbinenschaufeln (17, 32) ausgestattet ist, die durch Relativverschiebung des Turbinenrades (16) bzw. eines Teils desselben alternativ in den Bereich der Umlaufkammer (20) bewegbar sind.

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   14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das !Turbinenrad (16) zur Axialvers chi e"bung durch Drucköl alternativ auf der einen oder anderen Seite beaufschlagbar ist.

   15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß' als Drucköl zur Beaufschlagung des Turbinenrades (16) in der einen oder anderen Bewegungsrichtung in dem Drehmomentvrandler (15) anfallendes Lecköl dient.

   16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Lecköl alternativ einer von zwei Kammern (36, 37) zu beiden Seiten des Turbinenrades (16) zuführbar ist, während das Öl aus der jeweils anderen Kammer (36, 37) frei abströmen kann, insbesondere über Ablaufleitungen (38, 39).

   17. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ölkreislauf für die Verstellung des Turbinenrades (16) ein Steueraggregat, insbesondere ein Schaltventil (40) angeordnet ist, welches gemeinsam bzw. synchron mit der Einrichtung zur Veränderung des Strömungsquerschnitts in der Umlaufkammer (20) verstellbar ist, derart, daß bei geringstem Strömungsquerschnitt in der Umlaufkammer (20) die Umschaltung des Schaltventils (40) erfolgt.

   18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung eines Düsenstiftes (29) über eine Kurbel (31) eine Nockenscheibe (42) zur Betätigung des Schaltventils (40) auf der Welle der Kurbel (31) angeordnet ist.

   Für den Anmelder:

   Meissner ft Bolte

   Bremen, den 26. 6. 1972 Patentanwälte

   Anmelder: 309884/074$

   Friedrich Kocks GmbH
   28 Bremen
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