DE3108288C2 - Aufgeladene Brennkraftmaschine - Google Patents
Aufgeladene BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine sind zwei baugleiche, je einen Radialverdichter und eine Radialturbine aufweisende sowie axial fluchtende Abgasturbolader über ein gemeinsames Turbinenabströmgehäuse miteinander sowie über Stützelemente in fliegender Anordnung mit Motorkonsolen verbunden. An jedem Austritt einer Radialturbine ist ein Diffusorrohr angeschlossen. Das Turbinenabströmgehäuse ist mehrteilig ausgebildet und besteht aus einem Gehäusemittelteil und zwei Gehäuseseitenteilen, die sowohl mit den Turbinengehäusen als auch den Seitenwänden des Gehäusemittelteiles verbunden sind. Ferner ist eine Leitwand vorgesehen, die innerhalb des Turbinenabströmgehäuses dieses in zwei getrennte Abströmräume unterteilt und aus einer Meridianwand sowie daran angeordneten Leitrohren besteht, welch letztere bis an den Turbinenaustritt heranreichend sich auf dessen Innendurchmesser zunehmend verjüngen. Das Turbinenabströmgehäuse ist mittels steifer Stützen auf eine Motorkonsole, die beiden Abgasturbolader dagegen fliegend mittels Pendelstützen an motorseitigen Auflageflächen abgestützt. Hierdurch ist einerseits eine wärmeelastische Abstützung der beiden Abgasturbolader und andererseits eine vorteilhafte Beeinflussung der aus diesen austretenden Gasströme mit dem Erfolg eines Druckrückgewinnes gegeben.
Description
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der zwei baugieiche, jeweils einen Radialverdichter
und eine Radialturbine aufweisende Abgasturbolader in Strömungsrichtung gegeneinander, ferner
axial fluchtend mittels Stützelementen an der Maschine befestigt sind und beide Radialturbinen austretendes
Abgas in ei» gemeinsames TsjrbSnenabströmgehäuse
einleiten, das, zwischen den beiden Abgastu-boladern angeordnet, gleichzeitig auch als gemeinsames Verbindungselement
für diese dient.
Eine derartige aufgeladene Brennkraftmaschine ist aus dem DE-GM 70 04 611 bekannt; es ist dort ein Turbinenabströmgehäuse
offenbart, das offensichtlich nur aus zwei ineinander übergehenden gekrümmten Rohren
besteht und eine Abströmöffnung mit rundem Abströmquerschnitt aufweist. Darüber hinaus ist zur Befestigung
und Abstützung der Abgasturbolader ein relativ aufwendiges Traggerüst vorgesehen.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der eingangs genannten
Art auf kurzem Raum eine günstige Abströmung der Abgase mit einem möglichst hohen Rückgewinn
der Abgasaustrittsenergie und außerdem eine einfache sowie wärmeelastische Befestigung der Abgasturbolader
an der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine
der eingangs genannt Art durch folgende Merkmale gelöst, nämlich
— das Turbinenabströmgehäuse ist mittels Stützelementen an einer Motorkonsole befestigt,
— jeder der beiden Abgasturbolader ist in fliegender Anordnung im Bereich seines Verdichterspiralgehäuses
mittels einer Pendelstütze an einer motorseitigen Auflagefläche abgestützt,
— das Turbinenabströirgehäuse besteht aus mehreren,
miteinander verbundenen Einzelteilen, nämlich einem kastenförmigen Gehäusemittelteil mit einer
von zwei durchbrochenen Seitenwänden begrenzten Außenwand und einem sich austrittsseitig daran
anschließenden Abströmtrichter, ferner zwei Gehäuseseitenteilen, von denen sich jedes einerseits
an das Gehäusemittelteil und andererseits an ein Turbinengehäuse anschließt,
— innerhalb des Turbinenabströmgehäuses ist mittig eine mit diesem verbundene, strömungsgünstig
ausgebildete Leitwand zur getrennten Führung jedes aus einer Radialturbine austretenden Gasstromes
angeordnet,
— an den Austritt jeder Radialturbine ist ein in Strömungsrichtung
zunehmenden Querschnitt aufweisendes Diffusorrohr zur Rückgewinnung der Abströmenergie
angeschlossen.
Nachstehend sind die Erfindung sowie deren Vorteile anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
näher beschrieben. Es zeig!
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Laderanordnung
nach der Erfindung,
Fig.2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Turbinenabströmgehäuse entlang der Linie H-II von Fig. 1,
Fig.3 eine teilweise dargestellte Draufsicht auf ein
Fig.3 eine teilweise dargestellte Draufsicht auf ein
ίο Turbinenabströmgehäuse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die dargestellte Laderanordnung besteht aus zwei baugleichen Abgasturboladern 1 und 2, von denen jeder
einen Radialverdichter 3 bzw. 4 mit Verdichterrad 5 bzw. 6 und Verdichterspiralgehäuse 7 bzw. 8, ferner eine
Radialturbine 9 bzw. 10 mit Turbinenrad 11 bzw. 12 und
Turbinengehäuse 13 bzw. 14 sowie jeweils ein zwischen dem Radialverdichter und der Radialturbine angeordnetes
Lagergehäuse 15 bzw. 16 aufweist. Die beiden Abgasturbolader 1 und 2 sind in Strömungsrichtung gegeneinander,
ferner mit ihren Achsen 17 bzw. 18 axial fluchtend zueinander angeordnet. Mn 1.9 ist ein beiden
Radialturbinen 9 bzw. 10 gemeinsames Turbinenabströmgehäuse bezeichnet, in das beide Radialturbinen 9
bzw. 10 das aus ihnen austretende Abgas einleiten. Das Turbinenabströmgehäuse 19 ist zwischen den beiden
Abgasturboladern 1 bzw. 2 angeordnet und dient gleichzeitig auch als gemeinsamem Verbindungselement für
diese.
M Erfindungsgemäß besteht das Turbinenabströmgehäuse
19 aus mehreren miteinander verbundenen Einzelteilen, nämlich einem kastenförmigen Gehäusemittelteil
20 mit einer von zwei durchbrochenen Seitenwänden 21, 22 begrenzten Außenwand 23 und einem
sich austrittsseitig daran anschließenden Abströmtrichter 24, dessen Austrittsöffnung 25 einen runden, gegebenenfalls
auch rechteckigen Austrittsquerschnitt besitzt; ferner besteht das Turbinenabströmgehäuse 19 aus zwei
Gehäuseseitenteilen 26 und 27, von denen sich jedes einerseits an das Gehäusemittelteil 20 und andererseits
an ein Turbinengehäuse 13 bzw. 14 anschließt.
Desweiteren ist erfindungsgemäß innerhalb des Turbinenabströmgehäuses
19 mitlig eine strömungsgünstig ausgebildete Leitwand 28 angeordnet, die zur getrennten
Führung jedes aus einer Radialturbine ■> bzw. 10
austretenden Gasstromes dient.
Außerdem ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung an den Austritt 29 bzw. 30 jeder Radialturbine
9 bzw. 10 ein in Strömungsrichtung zunehmenden Querschnitt aufweisendes Diffusorrohr 31 bzw. 32
zwecks Rückgewinnung der Abströmenergie angeschlossen.
Die Leitwand 28 weist gemäß F i g. 1 und 2 eine senk
recht und quer zur Laderachse stehende ebene Meridianwand 33 auf, an der beiderseits, ebenfalls koaxial
zur Laderachse jeweils ein trichterartiges Leitrohr 34 bzw 35 angesetzt ist. Jedes dieser Leitrohre 34 bzw. 35
verjüngt sich ausgehend von einem größten Durchmesser an der Meridianwand 33 zunehmend bis hin zum
Innendurchmesser jedes Austrittes 29 bzw. 30 einer Radialturbine 9 bzw. 10 und durchdringt dabei den Innenraum
des zugehörigen, an die jeweilige Radialturbine 9 bzw. 10 angeschlossenen Diffusorrohres31 bzw. 32. Die
Wandungen der Diffusorrohre 31 bzw. 32 und der Leitrohre 34 bzw. 35 weisen jeweils eine hyperbolisch, einfachstenfalls
eine gei üdlinig verlaufende Kontur und zumindest im Überdeckungsbereich gleichen oder nahezu
gleichen Abstand voneinander auf. Jedes Diffusorrohr
31 bzw. 32 besitzt einen Befestigungsfiansch 36 bzw. 37,
über den es am Turbinengehäuse 13 bzw. 14 der zugehörigen Radialturbine 9 bzw. 10 mittels durch strichpunktierte
Linien dargestellte Schrauben befestigt ist; außerdem besitzt jedes Diffusorrohr 31 bzw. 32 eine
axiale Baulänge, die etwa bei zwei Dritteln des Abstandes zwischen dem jeweiligen Turbinengehäuse 13 bzw.
14 und der Meridianwand 33 liegt. Die Meridianwand 33 unterteilt das Gehäusemittelteil 20 in zwei Abströmräume
38 und 39 und reicht bis etwa zum Anfangsbereich des Abströmtrichters 24. Am unteren Bereich der Meridianwand
33 sind beiderseits derselben abzweigende, gekrümmte Leitwandteile 40 und 41 angeordnet, die mil
den Seitenwänden 21, 22 des Gehäusemittelteilcs 20 verbunden sind und eine strömlingsgünstige Unilenkung
der aus den beiden Diffusorrohren 31 bzw. 32 austretenden Gasströme gewährleisten. Die Meridianwand
33 ist gemäß dem in den F i g. I und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als durchgehend glatte Wand ausgebildet.
Sie kann alternativ hierzu — wie im /weiten 2η
Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 gezeigt — an ihrem oberen Bereich auch strömungsgünstig geformte, gekrümmte
Wandteile 42 bzw. 43 aufweisen, die derart gestaltet sind, daß in beiden Abströmräumen 38, 39 ein
in Drallrichtung zunehmend größer werdender Ab-Strömquerschnitt gegeben ist.
Die Teile 33, 34, 35, 40 und 41 der Leitwand 28 werden einzeln vorgefertigt und anschließend miteinander
verschweißt. Die Leitwand 23 kann alternativ hierzu jedoch auch insgesamt einstückig ausgebildet und aus jo
Stahlguß oder Sphäroguß hergestellt sein.
Die beiden Gehäuseseitenteile 26 und 27 sind durch topfartige Elemente gebildet, deren senkrecht sowie
quer zur Laderachse stehende Böden und konische Wandungen teilweise ausgeschnitten sowie sich außen
am jeweiligen Turbinengehäuse 13 bzw. 14 anschließend mit diesem verbunden sind. Ferner weist jedes der
beiden Gehäuseseitenteüe 26 und 27 einen außen umlaufenden und parallel zur Seitenwand 21 bzw. 22 des
Gehäusemittelteiles verlaufenden Befestigungsflansch 44 bzw. 45 auf. über den das jeweilige Gehäuseseitenteil
26 bzw. 27 am Gehäusemittelteil 20 mittels durch strichpunktierte Linien dargestellte Schrauben befestigt ist.
Die Durchbrechungen in den Seitenwänden 21, 22 des Gehäusemittelteiles sind dabei formseitig an den Querschnitt
der beiden Gehäuseseitenteüe 26, 27, wie er in der Verbindungsebene mit dem Gehäusemittelteil 20
gegeben ist. angepaßt. Die beiden Gehäuseseitenteüe 26 und 27 sind gleich ausgebildet: Me können aus Stahlblech
vorgefertigt und anschließend an das jeweilige Turbinengehäuse 13 bzw. 14 angeschweißt sein; alternativ
hierzu können die beiden Gehäuseseitenteüe 26 bzw.
27 jedoch auch einstückig mit dem jeweiligen, aus Guß bestehenden Turbinengehäuse 13 bzw. 14 ausgebildet
sein.
Das Turbinenabströmgehäuse 19 ist entsprechend der Erfindung mittels Stützelementen an einer an der
Brennkraftmaschine vorhandenen Motcrkonsole 46 befestigt
Als Stützelemente können — wie in F i g. 1 gezeigt — zwei stark dimensionierte, mitteis Rippen ver- μ
steifte Winkelträger 47 und 48 vorgesehen sein, an denen das Turbinenabströmgehäuse 19 festgeschraubt, damit
in bestimmtem Abstand zur Motorkonsole 46 und auch zu den weiteren Teilen der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine gehalten ist Die Winkelträger 47 und 48 sind an der Motorkonsoie 46 festgeschraubt und
liegen außen an den Befestigungsflanschen 44 und 45 der beiden Gehäuseseitenteüe 26 und 27 an, in welchem
Bereich das Turbinenabströmgehäuse 19 mittels Schrauben, die durch strichpunktierte Linien dargestellt
sind, an den Winkelträgern 47 bzw. 48 festgeschraubt ist. Alternativ hierzu können die zur Befestigung des Turbinenabströmgehäuses
19 an der Motorkonsoie 46 dienenden Stutzelemenie auch direkt an den Gehäuseseitenteilen
26 bzw. 27 oder am Gehäusemittelteil 20 angeformt bzw. stoffschlüssig damit verbunden sein. Die
Stützelemente können dann eine ähnliche Form aufweisen wie die Winkelträger 47 und 48. Desweiteren können
die Stützelemente 47,48 alternativ zu vorgenannten Möglichkeiten auch stoffschlüssig an der Motorkonsole
46 befestigt oder direkt an dieser angeformt bzw. mit dieser ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jeder der beiden Abgasturbolader I und 2 in fliegender
Anordnung im Bereich seines Vcrdichterspiralgehäuses 7 bzw. 8 mittels einer Pendelstütze 49 bzw. 50 an einer
motorseitigen Auflagefläche abgestützt. Diese Auflageflächen können direkt am Motor oder — wie in F i g. 1
gezeigt — an eigenen, motorseitig befestigten Konsolen 51 bzw. 52 angeordnet sein. Alternativ hierzu ist es jedoch
auch möglich, die Motorkonsole 46 so breit auszubilden,
daß auch die Pendelstützen 49 bzw. 50 auf ihr abgestützt sein können.
Wie in F i g. 1 gezeigt, ist jede Pendelsützte 49 bzw. 50 außev) am Übergangs- bzw. Verbindungsbereich zwischen
r'em jeweiligen Verdichterspiralgehäuse 7 bzw. 8
und Lagergehäuse 15 bzw. 16 eines Abgasturboladers 1 bzw. 2 angelenkt und entsprechend dem Zweck einer
wärmeelastischen Halterung ausgebildet. Im einfachsten Falle können hierzu entsprechend dimensionierte
T- oder Winkel-Träger verwendet werden, die am Verdichterspiralgehäuse
7 bzw. 8 oder Lagergehäuse 15 bzw. 16 einerseits und an der jeweiligen Motorkonsole
51 bzw. 52 andererseits mittels durch strichpunktierte Linien dargestellte Schrauben festgelegt sind.
Nachstehend sind die wesentlichen Vorteile der Erfindung
dargelegt. Bei einer Laderanordnung nach der Erfindung wird innerhalb des Turbinenabströmgehäuses
19 in jedem der beiden durch die Meridianwand 33 getrennten Abströmräume infolge des Zusammenwirkens
der Diffusorrchre 31, 32, der Meridianwand 33 und der Leitrohre 34, 35 unter Vermeidung von Strömungsverlusten
ein Teil der Geschwindigkeitsenergie des aus der jeweiligen Radialturbine 9 bzw. 10 austretenden Gasstromes
auf kurzem Wege in statischen Druck umgewandelt und auf seinem weiteren Verlauf mit gleichmäßiger
Geschwindigkeitsverteilung dem sich an den Abströmtrichter 24 anschließenden Abgaskanal zugeführt.
Es ergibt sich mithin durch die erfindungsgemä'*; Anordnung
ein Druckrückgewinn, der erheblich zum Betrieb jedes Abgasturboladers 1, 2 mit optimalem Wirkungsgrad
beiträgt. Andererseits ermöglicht die Verbindung der beiden Abgasturbolader 1, 2 durch das erfindungsgemäße
Turbinenabströmgehäuse 19 eine fliegende Anordnung und Abstützung derselben an einer
Brennkraftmaschine mit axial kurz bauenden, relativ einfachen und damit auch billigen Mitteln.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Aufgeladene Brennkraftmaschine, bei der zwei baugleiche, jeweils einen Radialverdichter und eine
Radialturbine aufweisende Abgasturbolader in Strömungsrichtung gegeneinander, ferner axial fluchtend
mittels Stützelementen an der Maschine befestigt sind und beide Radialturbinen austretendes Abgas
in ein gemeinsames Turbinenabströmgehäuse einleiten, das, zwischen den beiden Abgasturboladern
angeordnet, gleichzeitig auch als gemeinsames Verbindungselement für diese dient, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,
15
— das Turbinenabströmgehäuse (19) ist mittels Stützelementen (47,48) an einer Motorkonsole
(46) befestigt,
— jeder der beiden Abgasturbolader (1, 2) ist in fliegender Anordnung im Bereich seines Verdichrerspiralgehäuses
(7,·8) mittels einer Pendelstütze (49,50) an einer motorseitigen Auflagefläche
(47,48) abgestützt,
— das Turbinenabströmgehäuse (19) besteht aus mehreren, miteinander verbundenen Einzeltei-Ien,
nämlich einem kastenförmigen Gehäusemittelteil (20) mit einer von zwei durchbrochenen
Seitenwänden (21, 22) begrenzten Außenwand (23) und einem sich austrittsseitig daran
anschließenden Abströmtrichter (24), ferner 3c zwei Gehäuseseiienteiien (26, 27), von denen
sich j^des einerseits an das Gehäusemittelteil
(20) und andererseits trt ein Turbinengehäuse
(13,14) anschließf
— innerhalb des Turbinenarftrömgehäuses (19) jst
mittig eine mit diesem verbundene, strömungsgünstig ausgebildete Leitwand (28, 33, 34, 35,
40,41,42,43) zur getrennten Führung jedes aus
einer Radialturbine austretenden Gasstromes angeordnet,
— an den Austritt (29, 30) jeder Radialturbine (9, 10) ist ein in Strömungsrichtung zunehmenden
Querschnitt aufweisendes Diffusorrohr (31, 32) zur Rückgewinnung der Abströmenergie angeschlossen.
2. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand (18) eine senkrecht zur Laderachse stehende, das
Gehäusemittelteil (20) in zwei Abströmräurne (38, 39) unterteilende sowie etwa bis an den Abströmtrichter
(24) heranreichende Meridianwand (33) aufweist, an der sich beiderseits koaxial zur Laderachse
jeweils ein trichterartiges Leitrohr (34, 35) anschließt, das sich mit größtem Durchmesser von der
Meridianwand (33) ausgehend bis hin zum Innendurchmesser jedes Ai trittes (29, 30) einer Radialturbine
(9,10) erstreckend sowie den Inrienraum des
an letztere angeschlossenen Diffusorrohres (31, 32) durchdringend zunehmend verjüngt.
3, Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meridianwand
(33) an ihrem oberen Bereich strömungsgünstig geformte, gekrümmte Wandteile (42,43) aufweist,
die derart gestaltet sind, daß in beiden Abströmräumen (38, 39) ein in Drallrichtung zunehmend
größer werdender Abströmquerschnitt gegeben ist.
4. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wandungen der Diffusorrohre (31, 32) und der Leitrohre (34,35) jeweils eine hyperbolisch oder geradlinig
verlaufende Kontur und zumindest im Überdeckungsbereich gleichen oder nahezu gleichen
Abstand voneinander aufweisen.
5. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Diffusorrohr (31, 32) einen Befestigungsflansch (36, 37), über den es
am Turbinengehäuse (13, 14) der zugehörigen Radialturbine (9, 10) mittels Schrauben befestigt ist,
sowie eine axiale Baulänge besitzt, die etwa bei zwei Dritteln des Abstandes zwischen einem Turbinengehäuse
(13,14) und der Meridianwand (33) liegt
6. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leitwand (28) insgesamt einstückig ausgebildet und aus Stahlguß oder
Sphäroguß hergestellt ist.
7. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet
daß die Teile (33, 34, 35, 40, 41) der Leitwand (28) einzeln vorgefertigt und miteinander
verschweißt sind.
8. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet daß die Gehäuseseitenteiie (26,27) durch topfartige Elemente gebildet sind, deren
Böden und Wandungen teilweise ausgeschnitten sowie sich außen am jeweiligen Turbinengehäuse
(13,14) anschließend mit diesem verbunden sind, ferner jeweils einen parallel zur Seitenwand (21,22) des
Gehäusemittelteiles (20) verlaufenden Befestigungsflansch (44, 45) aufweisen, über den das jeweilige
Seitenteil (26, 27) am Gehäuserniiteltei! (20) mitteis
Schrauben festgelegt ist.
9. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gehäuseseitenteile (26,27) aus Stahlblech vorgefertigt und an das jeweilige
Turbinengehäuse (13,14) angeschweißt sind.
10. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Gehäuseseitenteile (26, 27) gleich ausgebildet sind.
!1. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der beiden Gehäuseseitenteile (26, 27) einstückig mit dem aus Guß bestehenden
Turbinengehäuse (13,14) ausgebildet ist.
12. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Turbinenabströmgehäuse (19) an zwei stark dimensionierten, mittels
Rippen versteiften Winkelträgern (47, 48) festgeschraubt und über diese in bestimmtem Abstand zur
Motorkonsole (46) gehalten ist.
13. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Befestigung des Turbinenabströmgehäuses (19) an der Motorkonsole (46) dienenden
Stützelemente an den Gehäuseseitenteilen (26, 27) oder dem Gehäusemittelteil (20) oder der
Motorkonsole (42) angeformt bzw. stoffschlüssig damit verbunden sind.
14. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Pendelstütze (49,50) entweder direkt an einer am Motor vorhandenen Auflagefläche
oder an einer eigenen, motorseitig befestigten Konsole (51, 52) oder der entsprechend verbreiterten
Motorkonsole (46) abgestützt, ferner außen am Übergangs-Verbindungsb^reich zwischen dem Verdichterspiralgehäuse
(7, 8) und Lagergehäuse (15, 16) eines Abgasturboladers (1,2) angelenkt und entsprechend
dem Zweck einer wärmeelastiscben Halterung
ausgebildet ist.
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