DE3837736A1 - Kombiniertes aussen- und notstromaggregat - Google Patents
Kombiniertes aussen- und notstromaggregatInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat, das z. B. in
Luftfahrzeugen einsetzbar ist und in Kombination Merkmale
eines Außen- und eines Notstromaggregats aufweist, so daß
es die üblicherweise von beiden durchzuführenden Aufgaben
übernehmen kann.
In drahtferngesteuerten Luftfahrzeugen sind die Steuerflä
chen des Luftfahrzeugs nicht mechanisch mit dem Bedienungs
hebel gekoppelt, sondern die Verbindung erfolgt über elek
trische oder hydraulische Kreise. Wenn daher eine elektri
sche oder hydraulische Störung auftritt, kann die aero
dynamische Konfiguration des Luftfahrzeugs erst nach Wie
derherstellung der Stromversorgung unter Steuerung durch
den Piloten geändert werden. Daher benötigen derartige
Luftfahrzeuge ein Notstromaggregat, das bei einem Strom
ausfall anspricht und innerhalb sehr kurzer Zeit eine
beträchtliche Menge elektrischer oder hydraulischer Energie
zur Verfügung stellt, so daß die Steuerung des Luftfahr
zeugs wieder an den Piloten zurückgegeben werden kann.
Ebenso wie andere Luftfahrzeuge, die nicht extrem einfach
aufgebaut sind, benötigen auch drahtferngesteuerte Luft
fahrzeuge ein Außenstromaggregat, das elektrische und
hydraulische Energie und Zusatzluft zur Verfügung stellt,
wenn das Haupttriebwerk bzw. die Haupttriebwerke des Luft
fahrzeugs stillstehen. Typischerweise verwendet ein Not
stromaggregat ebenso wie ein Außenstromaggregat ein Gas
turbinentriebwerk, das mit einem Generator und einer
Hydraulikpumpe gekoppelt ist. Wenn also ein Luftfahrzeug
ein Not- und ein Außenstromaggregat verwendet, sind zwei
Systeme mit hoher Redundanz vorhanden. Dadurch entsteht
natürlich ein bestimmter Platzbedarf im Luftfahrzeug, und
auch Gewichtsprobleme spielen eine Rolle.
Bei manchen Luftfahrzeugen ist es einfach, ein Außenstrom
aggregat so anzupassen, daß es auch als Notstromaggregat
dient, und dadurch den Platzbedarf sowie das Gewicht zu
minimieren; bei Hochleistungs-Luftfahrzeugen, die in ziem
lich großen Höhen operieren, ist diese Anpassung nicht so
einfach. Da eine typische Turbine eines Außenstromaggregats
eine luftatmende Turbine ist, reicht in großen Höhen die
Luftdichte nicht aus, um die Turbine an- und sehr schnell
auf eine Geschwindigkeit hochzufahren, bei der sie in
dieser Höhe im Notfall Notstrom erzeugt.
Zur Lösung dieses Problems und weiterer Probleme ist in der
US-PS 40 92 824 eine Turbine zur Verwendung in Luftfahr
zeugen zum Anfahren sowie zum Antrieb einer Hilfseinrich
tung wie etwa eines Generators vorgeschlagen, wobei die
Turbine sowohl im konventionellen Luftatmungs-Betrieb als
auch in einem Notbetrieb arbeiten kann, in dem das Vorhan
densein von Luft nicht benötigt wird. Insbesondere ist
dabei ein Hydrazinvorrat im Luftfahrzeug vorgesehen. Hydra
zin kann einer exothermen Zersetzungsreaktion unterworfen
werden, und die Reaktionswärme wird zur Verdampfung von
Luftfahrzeug-Treibstoff genützt, um dadurch ein Heißgas
volumen zu erzeugen, das die Turbine in einer Notsituation
antreibt.
Zwar beseitigt diese Lösung einige der vorher angesproche
nen Probleme, schafft andererseits aber auch neue. Ins
besondere können die Zersetzungsprodukte von Hydrazin sich
ähnlich wie Ruß im Inneren der Turbine ansammeln, wodurch
der Turbinen-Wirkungsgrad im konventionellen Betrieb ver
mindert wird. Da die Grundlage eines solchen Systems eine
exotherme Zersetzungsreaktion ist, muß ein in dem System
eingesetzter Treibstoff wie Hydrazin hinreichend instabil
sein, so daß eine sehr schnelle Zersetzung erfolgen kann.
Dies ist wohl ein noch schwererwiegendes Problem, denn die
Anwesenheit eines im konventionellen Sinn instabilen Treib
stoffs an Bord eines Luftfahrzeugs birgt Gefahren in sich.
Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus der Tatsache,
daß Hydrazin und dafür geeignete Lagermöglichkeiten even
tuell nicht an sämtlichen Bodenstützpunkten für das Luft
fahrzeug vorhanden sind. Die Wartung eines Systems, dessen
Hydrazintreibstoffvorrat teilweise oder vollständig ver
braucht ist, wird damit zum Problem, und zwar besonders
auch deshalb, weil Hydrazin giftig und nicht einfach zu
handhaben ist.
Es besteht daher ein Bedarf für ein kombiniertes Außen- und
Notstromaggregat, das in einfacher Weise zu warten ist, um
logistische Schwierigkeiten an Bodenstützpunkten zu mini
mieren, und zwar sowohl im Hinblick auf die für die System
unterhaltung notwendige Ausrüstung als auch im Hinblick auf
einfache Handhabung. Die Erfindung richtet sich auf die
Lösung dieser Probleme.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen
und verbesserten Stromerzeugers, der Funktionen eines
Außenstromaggregats und Funktionen eines Notstromaggregats
miteinander kombiniert. Dabei soll insbesondere ein kombi
niertes Außen- und Notstromaggregat angegeben werden, das
vom Standpunkt der Logistik in einfacher Weise versorgt
werden kann.
Das kombinierte Außen- und Notstromaggregat nach der Erfin
dung ist gekennzeichnet durch ein Getriebe, mit dem Getrie
be mechanisch gekoppelte Energieerzeuger, die antreibbar
sind, wenn das Getriebe drehangetrieben wird, ein erstes
und ein zweites Turbinenrad, eine erste und eine zweite
Kupplung zum jeweiligen Verbinden des ersten bzw. des zwei
ten Turbinenrads mit dem Getriebe, um diesem Antriebslei
stung zuzuführen, einen mit dem ersten Turbinenrad verbun
denen und davon antreibbaren Kreiskolbenverdichter, der als
Druckluftversorgung dient, einen ersten Vergasungsbrenner,
dem Treibstoff und Druckluft vom Verdichter zwecks Verbren
nung zuführbar sind, eine mit dem ersten Vergasungsbrenner
verbundene erste Düse, die Verbrennungsprodukte auf das
erste Turbinenrad zum Antrieb desselben richtet, so daß das
Aggregat bei eingerückter erster Kupplung als Außenstrom
aggregat arbeitet, einen Hochdruckbehälter, in dem ein
komprimiertes Oxidationsmittel auf Luftbasis gespeichert
ist, einen zweiten Vergasungsbrenner, dem Treibstoff und
komprimiertes Oxidationsmittel aus dem Hochdruckbehälter
zwecks Verbrennung zuführbar sind, und eine mit dem zweiten
Vergasungsbrenner verbundene zweite Düse, die Verbrennungs
produkte auf das zweite Turbinenrad zum Antrieb desselben
richtet, so daß bei eingerückter zweiter Kupplung das
Aggregat als Notstromaggregat arbeitet.
Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird die genannte Aufgabe mit einem Stromerzeuger gelöst,
der alternativ als Außen- und als Notstromaggregat einsetz
bar ist und ein Getriebe zum Antrieb eines Generators,
einer Pumpe od. dgl. aufweist. Das System umfaßt zwei Tur
binenräder und zwei Bewegungsübertragungszüge, die jeweils
eine selektiv schaltbare Kupplung aufweisen, mit der die
Turbinenräder dem Getriebe mechanisch parallelgeschaltet
werden. Ein Kreiskolbenverdichter ist mit dem einen Tur
binenrad verbunden und umfaßt einen zugehörigen Vergasungs
brenner, der dem einen Turbinenrad Verbrennungsgas zuführt.
Das System wird von einem Druckbehälter mit zugehörigem
Vergasungsbrenner zur Lieferung von Verbrennungsgas zum
anderen Turbinenrad vervollständigt.
Aufgrund dieser Konstruktion kann das System als konven
tionelles Außenstromaggregat arbeiten, indem das eine Tur
binenrad mit dem Getriebe antriebsmäßig verbunden wird. Das
eine Turbinenrad mit zugehörigem Verdichter arbeitet kon
ventionell im Luftatmungs-Betrieb.
Wenn Bedarf für Notstrombetrieb besteht, wird das nunmehr
ruhende erste Turbinenrad vom Getriebe getrennt, während
das zweite Turbinenrad durch Treibstoff und Verbrennungs
gase, die aus der Oxidation von Treibstoff durch Oxida
tionsmittel aus dem Druckbehälter resultieren, angetrieben
und dann mit dem Getriebe gekoppelt. Da das Oxidationsmit
tel gespeichert ist, ist es auch in extrem großen Höhen
verfügbar, so daß der Notstrombetrieb des Systems unabhän
gig davon ist, ob Luft für den konventionellen Turbinen
betrieb verfügbar ist.
Bevorzugt ist das komprimierte Oxidationsmittel Luft oder
sauerstoffreiche Luft.
Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht
vor, daß der Verdichtereinlaß bewegliche Leitschaufeln
aufweist und Mittel zur Verschiebung der Leitschaufeln
zwischen Offen- und Schließstellungen vorgesehen sind.
Anhand der Zeichnung, die eine schematische Ansicht des
kombinierten Außen- und Notstromaggregats nach der Erfin
dung ist, wird die Erfindung beispielsweise näher
erläutert.
Das kombinierte Außen- und Notstromaggregat hat ein mecha
nisches Getriebe 10. Dieses wird entweder von einer Welle
12 oder einer Welle 14 angetrieben und kann dann eine oder
mehrere Energieerzeugungsmaschinen, z. B. einen elektri
schen Generator 16, eine Hydraulikpumpe 18 oder irgendein
anderes geeignetes Zusatzgerät 20 antreiben.
Das System umfaßt ein erstes und ein zweites Turbinenrad 22
bzw. 24. Das erste Turbinenrad 22 ist über eine Welle 26
mit einem Kreiskolbenverdichter 28 verbunden. Der Verdich
ter 28 hat einen Einlaß 30 mit beweglichen Leitschaufeln
32. Die Leitschaufeln 32 sind in konventioneller Weise mit
einem Motor 34 od. dgl. verbunden, so daß sie in zwei
Richtungen entsprechend einem Pfeil 36 zwischen Stellungen
verdrehbar sind, in denen sie den Einlaß 30 öffnen bzw.
schließen.
Die Welle 26 verläuft durch den Verdichter zu einem Plane
tengetriebe 40, das zur Drehzahlverminderung vorgesehen
ist, und dann zu einer schaltbaren Kupplung 42, die der
Antriebswelle 12 des Getriebes 10 zugeordnet ist.
Wenn die Welle 26 umläuft, verdichtet der Verdichter 28
durch den Einlaß 30 einströmende Luft. Ein bestimmter Teil
dieser Luft kann als Zusatzluft (Pfeil 44) genützt werden.
Der größte Teil der verdichteten Luft wird jedoch einem
schematisch bei 46 angedeuteten Vergasungsbrenner zuge
führt. Der Vergasungsbrenner 46 kann ferner Treibstoff von
Leitung 48 erhalten, wobei der Treibstoffdurchsatz von
einem schematisch bei 50 gezeigten Absperrorgan regelbar
ist. Infolgedessen werden der Treibstoff und die Luft im
Vergasungsbrenner 46 verbrannt, und die heißen Verbren
nungsgase strömen aus dem Vergasungsbrenner durch eine Düse
52, von der sie auf das erste Turbinenrad 22 gerichtet
werden und dieses antreiben, wodurch wiederum die Welle und
sämtliche zugehörigen Teile angetrieben werden. Wenn die
Kupplung 42 eingerückt ist, werden dadurch die Einheiten
16, 18 und 20 angetrieben, und das System arbeitet als
konventionelles Außenstromaggregat.
Abgase vom ersten Turbinenrad 22 treten aus dem System
gemäß einem Pfeil 54 aus.
Die in den Verdichter 28 einströmende Luft kann durch
geeigneten Betrieb des Motors 34 zur gewünschten Verstel
lung der Leitschaufeln 32 geregelt werden. Die Leitschau
feln 32 können außerdem in eine Schließstellung bewegt
werden, wenn verdichtete Luft weder vom Vergasungsbrenner
46 noch als Zusatzluft zur Verminderung von Ventilations
verlusten bei umlaufender Welle 26 benötigt wird. Wenn
z. B. die durch das Turbinenrad und den Verdichter 28 mit
zugehörigen Komponenten definierte Turbine angefahren wird,
ist es häufig erwünscht, den Einlaß 30 durch geeignete
Verstellung der Leitschaufeln 32 zu verschließen, da die
Welle 28 von einem Startermotor od. dgl. auf die Turbinen
anfahrgeschwindigkeit gebracht wird.
Zum Betrieb als Notstromaggregat hat das System ferner
einen Speicherbehälter 56, z. B. eine oder mehrere Hoch
druckspeicherflaschen, die ein komprimiertes Oxidations
mittel aufnehmen können, das unter einem Druck von z. B.
einigen hundert bar (einigen tausend psi) steht. Bevorzugt
ist das Oxidationsmittel Druckluft oder sauerstoffreiche
Luft (also Luft, deren Sauerstoffgehalt über die normalen
21% hinaus erhöht wurde).
Der Behälter 56 ist über ein Absperrorgan 58 mit einem
zweiten Vergasungsbrenner 60 verbunden. Der Vergasungsbren
ner 60 kann über eine Leitung 62 Treibstoff erhalten,
dessen Durchflußmenge von einem Absperrorgan 64 geregelt
wird. Der Treibstoff wird zusammen mit dem gespeicherten
Oxidationsmittel verbrannt, und die Verbrennungsgase werden
dann von einer zweiten Düse 66 auf das zweite Turbinenrad
24 gerichtet und treiben dieses an. Das zweite Turbinenrad
24 kann mit der Welle 14 über eine schaltbare Kupplung 68
verbunden sein, und bei eingerückter Kupplung dient das
zweite Turbinenrad 24 als Drehantrieb für das Getriebe 10,
so daß die Einheiten 16, 18 und 20 angetrieben werden
können.
Im Normalbetrieb ist die Kupplung 42 eingerückt, und das
Absperrorgan 50 ist so geregelt, daß die gewünschte Treib
stoffmenge dem ersten Vergasungsbrenner 46 zugeführt wird.
Die Einheiten 16, 18 und 20 werden von einer Antriebskraft
angetrieben, die vom ersten Turbinenrad 22 auf die Welle 12
übertragen wird.
Bei einem Systemausfall, der den Einsatz von Notstrom
erforderlich macht, werden nicht gezeigte Fühler wirksam
und aktivieren eine entsprechende Steuerung, so daß die
Kupplung 42 ausgerückt wird und die Absperrorgane 58 und 64
so betätigt werden, daß Verbrennungsgase im Vergasungsbren
ner 60 erzeugt werden, das zweite Turbinenrad 24 antreiben
und es durch Einrücken der Kupplung 68 mit dem Getriebe 10
verbinden. Damit werden die Energieerzeuger 16, 18 und 20
angetrieben und liefern Notstrom.
Es ist zu beachten, daß der Notstrombetrieb sehr schnell
eingeleitet werden kann, da keine Abhängigkeit von einem
externen Vorrat an Oxidationsmittel, und zwar Luft, be
steht, da dieses Oxidationsmittel im Behälter 56 mitgeführt
wird.
Ferner ist zu beachten, daß durch Nutzung eines Oxidations
mittels wie Luft oder sauerstoffreicher Luft ein nichttoxi
sches, hochstabiles und leicht verfügbares Material im Not
strombetrieb eingesetzt wird, wodurch logistische Schwie
rigkeiten, die beim Stand der Technik vorhanden sind,
minimiert werden.
Claims (4)
1. Kombiniertes Außen- und Notstromaggregat,
gekennzeichnet durch
ein Getriebe (10);
mit dem Getriebe mechanisch gekoppelte Energieerzeuger (16, 18, 20), die antreibbar sind, wenn das Getriebe drehange trieben wird;
ein erstes und ein zweites Turbinenrad (22, 24);
eine erste und eine zweite Kupplung (42, 68) zum jeweiligen Verbinden des ersten bzw. des zweiten Turbinenrads (22, 24) mit dem Getriebe (10), um diesem Antriebsleistung zuzu führen;
einen mit dem ersten Turbinenrad (22) verbundenen und davon antreibbaren Kreiskolbenverdichter (28), der als Druckluft versorgung dient;
einen ersten Vergasungsbrenner (46), dem Treibstoff und Druckluft vom Verdichter (28) zwecks Verbrennung zuführbar sind;
eine mit dem ersten Vergasungsbrenner (46) verbundene erste Düse (52), die Verbrennungsprodukte auf das erste Turbi nenrad (22) zum Antrieb desselben richtet, so daß das Aggregat bei eingerückter erster Kupplung (42) als Außen stromaggregat arbeitet;
einen Hochdruckbehälter (56), in dem ein komprimiertes Oxidationsmittel auf Luftbasis gespeichert ist;
einen zweiten Vergasungsbrenner (60), dem Treibstoff und komprimiertes Oxidationsmittel aus dem Hochdruckbehälter (56) zwecks Verbrennung zuführbar sind; und
eine mit dem zweiten Vergasungsbrenner (60) verbundene zweite Düse (66), die Verbrennungsprodukte auf das zweite Turbinenrad (24) zum Antrieb desselben richtet, so daß bei eingerückter zweiter Kupplung (68) das Aggregat als Not stromaggregat arbeitet.
ein Getriebe (10);
mit dem Getriebe mechanisch gekoppelte Energieerzeuger (16, 18, 20), die antreibbar sind, wenn das Getriebe drehange trieben wird;
ein erstes und ein zweites Turbinenrad (22, 24);
eine erste und eine zweite Kupplung (42, 68) zum jeweiligen Verbinden des ersten bzw. des zweiten Turbinenrads (22, 24) mit dem Getriebe (10), um diesem Antriebsleistung zuzu führen;
einen mit dem ersten Turbinenrad (22) verbundenen und davon antreibbaren Kreiskolbenverdichter (28), der als Druckluft versorgung dient;
einen ersten Vergasungsbrenner (46), dem Treibstoff und Druckluft vom Verdichter (28) zwecks Verbrennung zuführbar sind;
eine mit dem ersten Vergasungsbrenner (46) verbundene erste Düse (52), die Verbrennungsprodukte auf das erste Turbi nenrad (22) zum Antrieb desselben richtet, so daß das Aggregat bei eingerückter erster Kupplung (42) als Außen stromaggregat arbeitet;
einen Hochdruckbehälter (56), in dem ein komprimiertes Oxidationsmittel auf Luftbasis gespeichert ist;
einen zweiten Vergasungsbrenner (60), dem Treibstoff und komprimiertes Oxidationsmittel aus dem Hochdruckbehälter (56) zwecks Verbrennung zuführbar sind; und
eine mit dem zweiten Vergasungsbrenner (60) verbundene zweite Düse (66), die Verbrennungsprodukte auf das zweite Turbinenrad (24) zum Antrieb desselben richtet, so daß bei eingerückter zweiter Kupplung (68) das Aggregat als Not stromaggregat arbeitet.
2. Kombiniertes Außen- und Notstromaggregat nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdichter (28) einen Verdichtereinlaß (30), in
diesem angeordnete Leitschaufeln (32) und einen Antrieb
(34) zum Verschieben der Leitschaufeln (32) zwischen Offen-
und Schließstellungen umfaßt.
3. Stromversorgung, die alternativ als Außen- und als Not
stromaggregat einsetzbar ist,
gekennzeichnet durch
ein Getriebe (10) zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe od. dgl.;
zwei Turbinenräder (22, 24);
zwei Bewegungsübertragungszüge, deren jeder eine schaltbare Kupplung (42, 68) aufweist, um die Turbinenräder (22, 24) mit dem Getriebe (10) mechanisch parallelzuschalten;
einen mit dem einen Turbinenrad (22) verbundenen Kreiskol benverdichter (28) mit zugehörigem Vergasungsbrenner (46), der das Turbinenrad (22) mit Verbrennungsgas beaufschlagt; und
einen Druckbehälter (56) für komprimiertes Oxidationsmittel mit einem zugehörigen weiteren Vergasungsbrenner (60), der das andere Turbinenrad (24) mit Verbrennungsgas beauf schlagt.
ein Getriebe (10) zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe od. dgl.;
zwei Turbinenräder (22, 24);
zwei Bewegungsübertragungszüge, deren jeder eine schaltbare Kupplung (42, 68) aufweist, um die Turbinenräder (22, 24) mit dem Getriebe (10) mechanisch parallelzuschalten;
einen mit dem einen Turbinenrad (22) verbundenen Kreiskol benverdichter (28) mit zugehörigem Vergasungsbrenner (46), der das Turbinenrad (22) mit Verbrennungsgas beaufschlagt; und
einen Druckbehälter (56) für komprimiertes Oxidationsmittel mit einem zugehörigen weiteren Vergasungsbrenner (60), der das andere Turbinenrad (24) mit Verbrennungsgas beauf schlagt.
4. Kombiniertes Außen- und Notstromaggregat,
gekennzeichnet durch
ein Getriebe (10);
ein erstes und ein zweites Turbinenrad (22, 24);
eine erste und eine zweite Kupplung (42, 68), die jeweils das erste bzw. das zweite Turbinenrad (22 bzw. 24) mit dem Getriebe (10) mechanisch parallelschaltet, um diesem Dreh antriebsleistung zuzuführen;
einen mit dem ersten Turbinenrad (22) verbundenen und davon antreibbaren Kreiskolbenverdichter (28), der als Druckluft versorgung dient;
einen ersten Vergasungsbrenner (46), dem Treibstoff und Druckluft vom Verdichter (28) zwecks Verbrennung zuführbar sind, um das erste Turbinenrad (22) damit anzutreiben, so daß bei eingerückter erster Kupplung (42) das Aggregat als Außenstromaggregat arbeitet;
einen Hochdruckbehälter (56) für ein komprimiertes Oxida tionsmittel; und
einen zweiten Vergasungsbrenner (60), dem Treibstoff und komprimiertes Oxidationsmittel aus dem Hochdruckbehälter (56) zwecks Verbrennung zuführbar sind, um das zweite Tur binenrad (24) damit anzutreiben, so daß bei eingerückter zweiter Kupplung (68) das Aggregat als Notstromaggregat arbeitet.
ein Getriebe (10);
ein erstes und ein zweites Turbinenrad (22, 24);
eine erste und eine zweite Kupplung (42, 68), die jeweils das erste bzw. das zweite Turbinenrad (22 bzw. 24) mit dem Getriebe (10) mechanisch parallelschaltet, um diesem Dreh antriebsleistung zuzuführen;
einen mit dem ersten Turbinenrad (22) verbundenen und davon antreibbaren Kreiskolbenverdichter (28), der als Druckluft versorgung dient;
einen ersten Vergasungsbrenner (46), dem Treibstoff und Druckluft vom Verdichter (28) zwecks Verbrennung zuführbar sind, um das erste Turbinenrad (22) damit anzutreiben, so daß bei eingerückter erster Kupplung (42) das Aggregat als Außenstromaggregat arbeitet;
einen Hochdruckbehälter (56) für ein komprimiertes Oxida tionsmittel; und
einen zweiten Vergasungsbrenner (60), dem Treibstoff und komprimiertes Oxidationsmittel aus dem Hochdruckbehälter (56) zwecks Verbrennung zuführbar sind, um das zweite Tur binenrad (24) damit anzutreiben, so daß bei eingerückter zweiter Kupplung (68) das Aggregat als Notstromaggregat arbeitet.
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ID=22387546
Family Applications (1)
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DE3837736A Withdrawn DE3837736A1 (de) | 1987-11-13 | 1988-11-07 | Kombiniertes aussen- und notstromaggregat |
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US (1) | US4864812A (de) |
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DE (1) | DE3837736A1 (de) |
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