DE2517259A1 - Vorrichtung zur erzeugung einer drehbewegung unter ausgang von einer translationsbewegung, insbesondere fuer drehbare ventile - Google Patents

Vorrichtung zur erzeugung einer drehbewegung unter ausgang von einer translationsbewegung, insbesondere fuer drehbare ventile

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DE2517259A1 DE19752517259 DE2517259A DE2517259A1 DE 2517259 A1 DE2517259 A1 DE 2517259A1 DE 19752517259 DE19752517259 DE 19752517259 DE 2517259 A DE2517259 A DE 2517259A DE 2517259 A1 DE2517259 A1 DE 2517259A1
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Description

RSXROTE-I-SIGIiA
91, Boulevard Irene Joliot-Curie
69 231 - VENISSIEUX / Frankreich
0130 75 'Β
Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung unter Ausgang von einer Translationsbewegung, insbesondere für drehbare Ventile.
Die Erfindung betrifft die Vorrichtungen zur Erzeugung einer Drehbewegung unter Ausgang von einer Translationsbewegung, welche einen Arbeitszylinder mit einem gleitenden Kolben zum Antrieb einer Zahnstange und eine drehbare V/eile mit einem Zahnrad aufweisen, welches mit der Zahnstange so zusammenwirken kann, daß eine Translationsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Welle umgewandelt wird.
Die Erfindung betrifft im besonderen, wenn auch nicht ausschließlich, eine derartige Vorrichtung zur Betätigung von drehbaren Ventilen mit einer Drehklappe oder mit einen zylindrischen oder sphärischen Küken.
Die Erfindung bezweckt, derartige Betätigungsvorrichtungen so auszubilden, daß sie besser als bisher den verschiedenen Erfordernissen der Praxis entsprechen und insbesondere in einfacher und v/irksamer Weise eine Verstärkung des Drehmoments der Welle für wenigstens eine Grenzstellung des Arbeits-
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.» 2 - 0130 75 B Zylinders "bewirken. ^ ^ ' ' ^ ^ "
Hierfür ist eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung der obigen Art dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange wenigstens an einem Ende einen Zahn aufweist, welcher an seinem Scheitel eine in Bezug auf die Achse der Zahnstange schräge Ranpe besitzt, wobei der Winkel der Schräglage dieser Hampe kleiner als der Winkel der Schräglage der Seitenflächen der anderen Zähne der Zahnstange ist, wobei diese Rampe so angeordnet ist, daß sie am Hubende dor Zahnstange an einer Seitenfläche eines Zahns des Zahnrades gleiten kann, wodurch eine Verstärkung des Drehmoments am Hubende der Zahnstange beim Zusammenwirken der schrägen Rampe mit einem Zahn des Zahnrades erhalten wird.
Vorzugsweise hat der die Rampe aufweisende Zahn der Zahnstange eine größere Breite als die mit den Zähnen des Zahnrades in Eingriff kommenden Zähne, wobei ein genügender Winkelabstand zwischen den beiden Zähnen des Zahnrades vorgesehen ist, zv/ischen welche der Zahn grösserer Breite der Zahnstange eintreten soll·
Ferner weist die Zahnstange vorzugsweise an jedem j Ende einen derartigen Zahn grösserer Breite auf, wobei die I schrägen Rampen dieser Zähne gegensinnig gerichtet und einander/ zugewandt sind.
Die Schräglage einer jeden Rampe ist zweckmäßig so gewählt, daß die Betätigungsvorrichtung se Ib st sperr end ist, wenn der Arbeitszylinder keine Kraft mehr überträgt, und daß das Zahnrad nicht die Zahnstange antreiben kann, so daß die Einstellung der Winkelst ellung des Stillstands des Zahnrades vorgenommen werden kann, wenn die Vorrichtung die Stellung der Selbstsperrung und der Drehmomentverstärkung einnimmt, während die Entriegelung automatisch durch Umkehrung der Verschiebungsrichtung des Kolbens des Arbeitszylinders erfolgt.
Der Scheitel eines öeden an der Zahnstange vorgesehenen Zahns grösserer Breite weist vorzugsweise einen zu der Achse der Zahnstange parallelen Abschnitt auf.
Im allgemeinen ist der Arbeitszylinder doppeltwirkend und weist zwei an den beiden Enden des Zylinders vorgesehene, beiderseits des Kolbens liegende Kammern aufi Die Zahnstange liegt dann zweckmässig zwischen den Enden des Kolbens
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und ist; in diesen eingebaut. ^^ '
Der Kolben weist, zweckmässig einen ausgehöhlten Zwischenabschnitt mit halbkreisförmigem Querschnitt auf, während die Enden des Kolbens verbreitert sind und eine zylindrische Form mit einem Durchmesser haben, welcher gleich dem der Bohrung des Zylinders ist, wobei die Zahnstange in dem Zwi schenab schnitt des Kolbens angeordnet ist, so daß das drehfest auf der Welle befestigte Zahnrad in das Innere des Zylinders vorspringt.
Der Kolben kann an jedem Ende eine Verlängerung aufweisen, deren Durchmesser kleiner als der der Bohrung ist, wobei an dieser Verlängerung eine Schale und eine Lochscheibe zur Bildung einer ringförmigen Ausnehmung zur Aufnahme einer Dichtung angebracht sind.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. I
Fig. 1 ist ein Schnitt einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung in der Achse des Arbeitszylinders, wobei gewisse Teile schematisch dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab die Einzelheit eines am Enfl° der Zahnstange liegenden Zahns großer Breite.
Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Drehbewegung unter Ausgang von einer Translationsbewegung·! Eine derartige Vorrichtung kann zahlreiche Anwendungen finden, | insbesondere die Betätigung von drehbaren Ventilen, wie dies in j der unter der nummer 213324-9 veröffentlichten französischen Pa-; tentanmeldung ITr. 71 13 199 der Anmelderin vom 14. April 1971 j erläutert ist. ;
Die Betätigungsvorrichtung 1 enthält einen Arbeits- j zylinder 2 mit einem Kolben 3, v/elcher auf der Achse des Zy- ' linders 4 des Arbeitszylinders gleiten kann. Der Kolben 3 I treibt eine Zahnstange .5 an, welche mit einem drehfest auf einer drehbaren Welle 7 befestigten Zahnrad 6 zusammenwirkt. Diese · Welle kann z.B. die der Drehklappe eines an einer Strömungsmittelleitung angeordneten (nicht dargestellten) drehbaren Ven-j
tils sein. j
Die Zahnstange 5 besitzt wenigstens an einem Ende und vorzugsweise an ihren beiden Enden einen Zahn 8a, 8b, des- j sen Breite L (Fig. 2) grosser als die Breite 1 (Fig. 1) der | mit den Zähnen 10 des Zahnrades in Eingriff kommenden Zähne 9 j
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ist. Dieser Zahn 8a, 8b grösserer Breite v/eist an seinem Scheitel eine Rampe 11a, 11b auf, welche zu der Achse der Zahnstange 5 um einen Winkel <£ schräg liegt, welcher kleiner als der Winkel ff der Schräglage der Seitenflächen 12 der anderen Zähne 9 der Zahnstange ist." Diese Rampe 11a, 11b_ ist so angeordnet, daß sie am Hubende der Zahnstange an einem Zahn 10a des Zahnrades 6 gleitet. Zwischen den Zähnen 10a, 1O£ des Zahnrades, zwischen welche der Zahn 8a der Zahnstange tritt, ist ein so großer Winkelraum A (Pig. 2) vorgesehen, daß dieser Zahn in den Zwischenraum zwischen den Zähnen 10a, 10£ des Zahnrades eintreten kann. Es ist nämlich zu bemerken, daß der Zahn 8,a nicht zwischen zwei mit den Zähnen 9 der Zahnstange 3 zusammenwirkende; Zähne 10 des Zahnrades 6 treten könnte. Hieraus ergibt sich, daß die durch die Zahnstange 5 erzeugte Drehbewegung des Zahnrades 6 kleiner als eine vollständige Umdrehung ist.
Die schrägen Rampen 11a, 11b der an den beiden Enden der Zahnstange 5 liegenden Zähne 8a, 8b sind gegensinnig gerichtet und einander zugewandt. Die Schräglage dieser Rampen ist so gewählt, daß sie.sich der Achse der Zahnstange nähern und sich dabei gleichzeitig in der Längsrichtung dem mittleren Abschnitt der Zahnstange nähern. Der Scheitel eines jeden Zahns 8a, 8b grösserer Breite weist einen zu der Achse der Zahnstange ! parallelen Abschnitt 13 auf, wobei diese Achse ihrerseits zu '. der Achse des Zylinders 4 parallel ist.
Die Schräglage einer jeden Rampe 11a, 11b ist so gewählt, daß die Betätigungsvorrichtung selbst sperrend ist, wenn der Arbeitszylinder keine Kraft mehr überträgt, und daß das Zahnrad 6 nicht den Kolben 3 antreiben kann.
Bekanntlich muß zur Erzielung dieser Selbstsperrung die Normale auf die dem Zahn 10a und der Rampe 11a an der Berührungserzeugenden gemeinsame Tangentialebene mit der Richtung der von dem Zahnrad 6 auf die Zahnstange 5 ausgeübten Kraft einen Winkel bilden, welcher kleiner als der Reibungswinkel zwischen den Materialien der Zahnstange und des Zahnrades ist. Der Winkel cü ist so gewählt, daß diese Bedingung erfüllt wird. Es ist ferner zu bemerken, daß die Rampe 11a, 11b nicht unbedingt eben ist und eine gebogene Oberfläche haben kann. Es genügt, daß die den aufeinanderfolgenden Zonen der Rampe 11a, 11b entsprechenden Winkel oC der obigen Bedingung genügen. ··
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λ r λ Τ O C Λ
___ ^-—- ---25+7259 j.
Der Arbeitszylinder 2 ist vorzugsweise doppeltwirkend und weist zwei beiderseits des Kolbens 3 liegende Kammern 14, 15 auf. Diese Kammern 14, 15 können z.B. entweder mit einem Druckmitteleinlaß oder mit einem Auslaß verbunden"werden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt die Zahnstange 5 zweckmäßig zwischen den Enden des Kolbens 3 und ist in diesen eingebaut. Die Zahnstange 5 ist insbesondere lösbar, z.B. durch Schrauben, . in einer in dem Kolben 3 vorgesehenen Ausnehmung 16 befestigt. Der Kolben weist vorzugsweise einen ausgehöhlten Zwischenabschnitt 17 auf, dessen Querschnitt etwa halbkreisförmig und praktisch gleich der Hälfte des Querschnitts der Bohrung des Zylinders 4 ist. Die Zahnstange 5 ist in diesen Abschnitt 17 des Kolbens eingesetzt. Die Enden 18, 19 des Kolbens haben einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser, welcher gleich dem der Bohrung des Zylinders 4 ist, und schließen sich stetig durch eine gebogene Zone 20 an den Zwischenabschnitt 17 an. Das Zahnrad 6 springt in das Innere des Zylinders 4 in dem freien Raum 21 zwischen dem Abschnitt 17 und dem Zylinder 4 vor·
Der Kolben 3 v/eist an jedem Ende eine Verlängerung 22 auf, deren Durchmesser kleiner als der der Bohrung ist. An dieser Verlängerung 22 ist eine Schale 23 so angebracht daß sie zusammen mit einer Lochscheibe 24 einen ringförmigen Aufnahmeraum für eine Dichtung 25 bildet. Die Lochscheibe 24 wird an der Schale 23 durch eine auf das Gewindeende der Ver- I
längerung 22 aufgeschraubte Mutter 26 festgezogen. In der Rich-i tung der Achse des Zylinders 4 sind regelbare Anschläge 27 in ; den beiden die Böden des Zylinders bildenden Abschlußwänden I vorgesehen. Diese Anschläge 27 werden zweckmäßig durch von j
außen betätigbare Schrauben gebildet, deren inneres Ende mit der Endfläche der Verlängerung 22 zusammenwirkt, wenn der KoI- ■: ben 3 anschlägt. I
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet fol- j
gendermaßen. j
Wenn das Druckmittel in eine der Kammern des Ar--
beitszylinders 1 eingelassen wird, ist die andere Kammer auf ) Auslaß geschaltet, und der Kolben 3 verschiebt sich unter der
Wirkung einer zu dem Druck des zugeführten Druckmittels pro- ;
portionalen Kraft. Diese Kraft ist daher konstant, wenn der j
Druckmitteldruck konstant ist. j
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Die Zähne 9 der Zahnstange wirken mit den Zähnen 10 des Zahnrades so zusammen, daß die geradlinige CDranslationsbewegung des Kolbens 3 in eine Drehbewegung umgewandelt ,; wird. Das auf die Welle 7 ausgeübte Drehmoment ist während der j Phase des Zusammenwirkens der Zähne 9 der Zahnstange mit den Zähnen 10 des Zahnrades konstant.
Wenn die Zahnstange 3 in die ITähe einer ihrer Grenz Stellungen kommt, ζ·Β· in die in Fig. 1 dargestellte Stellung, wirkt der Zahn 8a größerer Breite mit dem Zahn 10a des Zahnrades zusammen. Genauer ausgedrückt, die Rampe 11a gleitet an einer Seitenfläche des Zahns 10a (Fig. 2). Während dieser Phase des Gleitens der Rampe 11a (oder 11b) an einem Zahn des Zahnrades wird das durch den Antrieb des Zahnrades 6 durch den Kolben 3 an der Welle 7 erzeugte Drehmoment gegenüber dem vergrößert, welches bei dem Zusammenwirken der Zähne 9 axt den Zähnen 10 erhalten wird.
Diese Verstärkung des Moments am Hubende der
Zahnstange 3 und somit am Ende der Drehbewegung des Zahnrades 6 und der Welle 7 ermöglicht insbesondere in dem Fall eines VentilsjL wine größere Stabilität des Ventils in der Schließungsstellung zu erhalten.
Da außerdem die Schräglage der Rampe so gewählt ist, daß das System se Ib st sperrend ist, wird das Zahnrad 6 in seiner Stillstandswinkelstellung blockiert, wenn der Ar- j beitsaylinder keine Kraft mehr überträgt. Der Kolben 3 kann ! nicht durch das Zahnrad 6 angetrieben v/erden, da ein Klemmen | des Zahns 10a an der Rampe 11a auftritt. . J
Die Rampe 11a. oder 11b bietet auch die Möglich-j· keit einer Einstellung der Stillstandswinkelstellung des Zahn- j rades 6. Es ist nämlich möglich, die Längsstellung des Anschlag*=} 27 unter Beibehaltung der Berührung zwischen der Rampe 11a und ? dem Zahn 10a einzustellen. Die Winkelstellung der grössten ! Drehung des Zahnrades 6 entspricht der in Fig. 2 strichpunk- j tiert dargestellten Stellung des Zahns 10a, in welcher der Zahn! mit dem zu der Achse der Zahnstange parallelen Abschnitt 13 \ des Scheitels des Zahns 8a der Zahnstange in Berührung kommen : würde. Wenn man als Ursprung der Winke lab stände die in Fig. 2 ; strichpunktiert dargestellte Stellung der Achse des Zahns 10a .: annimmt, kann offenbar der Winkel fi zwischen dieser Achse und
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der des'Zahns 10a in der vollausgezogen dargestellten Stellung auf diese Weise eingestellt werden.
Diese Einstellung der Stillstandswinkelstellung j des Zahnrades 6 und somit der Welle 7 erfolgt, wenn sich die Betätigungsvorrichtung -in einer Stellung der Selbstsperrung (Unmöglichkeit des Antriebs der Zahnstange 5 und des Kolbens 3 durch das Zahnrad 6) und der Verstärkung des Drehmoments befindet. . .
Die durch das Vorhandensein der Eampen 11 a., 11b •gegebenen Möglichkeiten der Einstellung der Stillstandswinkelstellung des Zahnrades 6 gestatten außerdem den Ausgleich der Abnutzung der verschiedenen Teile, insbesondere des Empfängers. Ih dem Fall eines durch die Vorrichtung betätigten Ventils ist es nämlich wichtig, die Abnutzung oder die,Zusammendrückung der Dichtungen des Ventils ausgleichen zu können.
Die Vorrichtung entriegelt sich automatisch ohm andere Wirkung als den zur gegensinnigen Verschiebung des Kolbens 3 erforderlichen Betriebsdruck. Das umgekehrte, diese Entj riegelung ermöglichende Manöver erfolgt durch Wechsel der ge- \ speisten Seite des Arbeitszylinders. Die Fläche f (Fi4· 2) des j Zahns 8a der Zahnstange kommt dann mit der gegenüberliegenden ! Fläche des Zahns 10c des Zahnrades 6 in Berührung. Die Ent-, riegelung erfordert also keinen Hilfsdruck.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, in einfacher und wirksamer Weise die Verstärkung des Betätigungsmoments am Hubende der Zahnstange sowie die Verriegelung zu erzielen. Es ist möglich, an den Kolben" die gesamte Zahnstange mit den aktiven Zähnen und den Rampen zur Verstärkung und zur Verriegelung anzusetzen.
Der eigentliche Kolben kann aus einem Material mit verhältnismäßig geringen mechanischen Eigenschaften hergestellt werden, während die an den Kolben angesetzte Zahnstange 5 aus einem Material mit besseren mechanischen Eigenschaften hergestellt wird.
Bei einer Abnutzung kann die Zahnstange 5 "bequem ersetzt werden.
Bei geeigneter Wahl der Zähnezahl der Zahnstange 5 und des Zahnrades 6 kann unter Beibehaltung aller an- _deren_Bestandteile der Vorrichtung ein sehr ausgedehnter Dreh-
509 84 4/ 08 Tf"
winke !"bereich erhalten ?/erden.
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Claims (1)

  1. PATE N TA IT SPRÜCHE
    1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung
    unter Ausgang von einer Translationsbewegung mit einem Arbeitει zylinder mit einem gleitenden Kolben zum Antrieb einer Zahnstange und einer drehbaren Welle mit einem Zahnrad, v/elches mit der Zahnstange so zusammenwirken kann, daß eine Translationsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Welle umgewandelt
    wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange wenigstens an
    einem Ende einen Zahn (8a, 8b) besitzt, welcher an seinem Schei-j tel eine zu der Achse der Zahnstange (5) schrägliegende Hampe
    (11a, 11b) aufweist, wobei der Winkel (PC) der Schräglage dieser Rampe kleiner als der Winkel (^) der Schräglage der Seitenflächen (12) der anderen Zähne (9) der Zahnstange ist, wobei S diese Rampe (11a, 11b) so angeordnet ist, daß sie am Hübende der! Zahnstange (5) an einer Seitenfläche eines Zahns (10a, 10b) des j Zahnrades(6) gleitet, derart, daß eine Verstärkung des Drehmo- j nents am Hübende der Zahnstange (5) beim Zusammenwirken der i
    schrägen Rampe (11a, 11b) mit einem ZaIm (10a, 10b) des Zahn- j rades erzielt wird. j
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- j zeichnet, daß der die Rampe (11a, 11b) auf v/eisende Zehn (8a, 8b) der Zahnstange (5) eine Breite hat. welche größer als die der
    mit den Zähnen (10) des Zahnrades (6) in Eingriff kommenden Zähne (9) ist, wobei ein genügender Winkelabstand (A) zwischen den
    beiden Zähnen (10a, 10c) des Zahnrades vorgesehen ist, zwischen; welche der Zahn (8a) größerer Breite der Zahnstange eintreten ■
    soll. ;
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ; gekennzeichnet, daß die Zahnstange (5) an jedem Ende einen Zahn (8a, 8b) größerer Breite aufweist, wobei die schrägen Rompen · (11a, 11b) dieser Zähne gegensinnig gerichtet sind.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräglage (06) der Rampe (11a,; 11b) gegen die Achse der Zahnstange so bemessen ist, daß die
    Vorrichtung seIbstsperrend ist, wenn der Arbeitszylinder (2) ' keine Kraft mehr überträgt, und daß das Zahnrad (6) nicht die . Zahnstange (5) antreiben kann, so daß die Einstellung der Stillstandswinkel stellung des Zahnrades 6 vorgenoionen werden kann,
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    ; wenn sich die Betätigungsvorrichtung in dem Zustand der Selbstsperrung und der Verstärkung des Drehmoments befindet, wobei
    ! die Entriegelung automatisch durch Umkehrung der Verschiebungsrichtung des Kolbens (3) des Arbe its Zylinders erfolgt.
    5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel eines jeden eine schrä-· ge Rampe (11a, 11b) auf v/eisenden Zahns (8a, 8b) der Zahnstange auch einen zu der Achse der Zahnstange (5 j parallelen Abschnitt (13) besitzt.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5} bei welcher der Arbeitszylinder doppelt/wirkend ist und zwei an den Enden des Zylinders beiderseits des Kolbens vorgesehene Kammern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (5) zwischen den Enden des Kolbens (3) liegt und diesen eingebaut ist. ; 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- j zeichnet, daß der Kolben (3) einen ausgehöhlten Zwischenab- · ι schnitt (17) mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, wan- [ rend die Enden (18, 19) des Kolbens (3) verbreitert sind und j eine zylindrische Form mit einem Durchmesser haben, welcher j gleich dem der Bohrung des Zylinders (4-) ist, wobei die Zahn- j stange (5) in dem Zwischenabschnitt des Kolbens angeordnet ist, \ so daß das drehfest an der Welle befestigte Zahnrad (6) in das Innere des Zylinders vorspringt.
    8. ""Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (5) ausbaubar an dem Kolben (3) befestigt ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (5) aus einem Material mit besseren mechanischen Eigenschaften als das Material des Kolbens (3) hergestellt ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) an jedem Ende eine Verlängerung (22) auf v/eist, deren Durchmesser kleiner als der der Bohrung ist, wobei an dieser Verlängerung eine Schale (23) angebracht ist, welche zusammen mit einer Lochscheibe (24·) einen ringförmigen Aufnahmeraum für eine Dichtung bildet.
    509844/0817
DE19752517259 1974-04-29 1975-04-18 Vorrichtung zum umwandeln einer translationsbewegung eines in einem arbeitszylinder gleitenden kolbens mit daran befestigter zahnstange in eine drehbewegung eines mit einer welle festverbundenen zahnrades Expired DE2517259C3 (de)

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