DE862845C - Antriebsvorrichtung fuer Flugzeuge - Google Patents

Antriebsvorrichtung fuer Flugzeuge

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DE862845C
DE862845C DES17239D DES0017239D DE862845C DE 862845 C DE862845 C DE 862845C DE S17239 D DES17239 D DE S17239D DE S0017239 D DES0017239 D DE S0017239D DE 862845 C DE862845 C DE 862845C
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DE
Germany
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turbine
exhaust gases
engine
air
gases
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Expired
Application number
DES17239D
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English (en)
Inventor
Rene Anxionnaz
Roger Jean Imbert
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Rateau SA
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Rateau SA
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Description

  • Antriebsvorrichtung für Flugzeuge Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für Flugzeuge, die zur Wiedergewinnung der in den Auspuffgasen einer Gasturbine zurückbleibenden Energie dient, wobei die Gasturbine einen Verdichter des Flugzeugmotors antreibt. Das Neue besteht darin, daß die Auspuffgase der Turbine durch ein Rückstoßrohr der Atmosphäre zugeführt werden, das entgegen dem Flug des Flugzeuges gerichtet ist. Dadurch wird ein Antrieb erzeugt, der sich dem der gewöhnlichen vom Motor angetriebenen Schraube hinzufügt. Bekannt sind Einrichtungen, bei denen alle Teile der Schraube in einer Verkleidung enthalten sind, wobei die Schraube durch die in dieser Verkleidung entstehenden inneren Drücke zur Wirkung kommt. Bei einer anderen Einrichtung dringt die mit den Auspuffgasen der Turbine gemischte Luft in ein sich erweiterndes Rohr ein, so daß die Gase, die aus diesem Rohr in die Atmosphäre eintreten, keine große Geschwindigkeit mehr haaben und daher auch nicht wesentlich zur Wirkung kommen können.
  • Im Gegensatz zu diesen Einrichtungen wind bei der vorliegenden Erfindung ein Gegendruck im Auspuff .der Turbine erzeugt, wodurch eine Vergrößerung der Geschwindigkeit der Gase erzielt wird.
  • Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird dann auch noch der Querschnitt des Rückstoßrohres mittels eines Drehschiebers veränderlich gemacht, @""im die erzeugte Kraft regeln zu können. Auch kann ein Teil der Gase in eine Gleichgewichtsleitung abgeleitet -werden, welche den antritt .der Gase und den Auspuff-.des Motors miteinander verbindet, wobei auch in diese Leitung zweckwäßig :; eine eingeschaltet wird- - -` Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt Abb. r die allgemeine Anordnung eines Flugzeugmotors mit Vorverdichtun@.g nach der Erfindung; die -Abb. a, 3 und 4 zeigen Regelvorrichtungen im Innern des Rückstoßrohres; Abb. 5 zeigt die Unterbringung der Regelvorrichtungen; Abb. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine Umgehungsleitung für den Auspuff der Gasturbine benutzt isst; die Abb. 7 und 8 sind Ausführungsformen mit Verdichtung stufenweise in zwei Absätzen; Ab'b.9 ist eine Ausführungsform mit Spülung Abb. ro stellt eine Abwicklung des Gasturbinenrades mit besonderem Auspuff dar.
  • A#bb: r zeigt den Motor a, - welcher hier als ein normaler Verbrennungsmotor mit Vergaser dargestellt ist, der aber auch in gleicher Weise durch jeden- anderen Explosions- oder Verbrennungs-, motor ersetzt werden kann.
  • Der Verdichter c saugt bei e durch eine zweckmäßig in oder Flugrichtung- gerichtete Öffnung an, um den durch die Relativgeschwindigkeit der Luft geschaffenen Druck zu ;benutzen. Er stößt die Luft aus nach -der Ansaugseite des Motors, über welchem der Vergaser f angeordnet ist.
  • Die Auspuffgase des Motors, die einen Druck haben, der über dem Atmosphärendruck der Höhe, in welchem sich Idas Flugzeug befindet, liegt, werden der Ga#sturbine_d zugeführt, wobei sie sich in den Schaufelkanälen ausdehnen und das Rad oder die Räder h mitnehmen. An der Austrittsseite dieser letzteren dehnen sich die Auspuffgase nochmals in dem Rückstoßrohr g aus, welches entgegengesetzt der Flugrichtung des Flugzeuges gerichtet ist, und erzeugen infolge der verhältnismäßig hohen Ceschwinrdigkeit bei -ihrem Austritt eine Antriebskraft -.auf -das Flugzeug. Diese Antriebskraft ist gleich: der Masse-der in der Sekunde ausgestoßenen Masse der" Gase und ihrer relativen Austrittsgeschwindigkeit.
  • Der Hauptvorteil dieser Anordnung besteht darin, eine. nützliche Arbeit für den Antrieb des 1VIdtors:.zu schaffen, da für die Antriebskraft des Motors- nur ein geringer Verlust durch die Erhöhüng -des -Auspuffdruckes eintritt..
  • :- Da-s, Maß-derAusdehniing in der Gasturbine muß unverändert bleiben, um nicht die Kraft, welche sie an den-Verdichter abgibt, zu ändern. Der Eintrittsdrgciz,'s.teigt also in-gewissem Maße;. der Auspuffdruck des Motors vergrößert sich in demselben Maße, was eine Verminderung der Kraft hervorruft, die gleich dem Produkt dieses Überschusses an Gegendruck und dem Spülvolumen ist.
  • Die Verwendung des Rückstoßrohres stellt einen Gewinn an Kraft dar, der mit Rücksicht auf die bisher benutzten Anordnungen fortschrittlich ist. Außerdem gibt das Vorhandensein des Rohres eine leichte Selbstregelung der Schraube. Es genügt, das Rückstoßrohr g mit einer Vorrichtung zu versehen, welche gestattet, den Austrittsquerschnitt dieser Öffnung zu ändern. Diese Anordnung bietet dieselben Vorteile wie die Anordnung, welche entstehen würde, wenn man den Querschnitt der Schaufeln der Gasturbine verändern würde, aber sie bietet den großen Vorteil, daß sie während des Fluges mittels einer Steuerungsvorrichtung, die dem Flugzeugführer zur Verfügung steht, benutzt werden kann.
  • Man erkennt, daß sich, wenn derFlugzeugführer den Querschnitt des Rohres vergrößert, der so geschaffene Gegendruck vermindert. Infolgedessen strebt die Leistung ,der Gasturbine danach, sich für einen gleichen Druck zu vergrößern, der von dem Verdichter herrührt, und infolgedessen kann die Motorkraft der Turbine den Widerstand des Verdichters übersteigen, wobei der Verdichter die Vorverdichtung des Antriebsmotors a beschleunigt und vermehrt, wodurch die durch diesen erzeugte Kraft vermehrt werden kann, obgleich die Drosselklappe des Vergasers f beispielsweise schon vollständig offen ist. Andererseits kann man durch die umgekehrte Einstellung, d. ,h. durch Verminderung des Querschnittes der Rohre g, die Antriebskraft des Motors a verringern.
  • Diese Regelung der Kraft geschieht in besonders fortschrittlicher Weise, denn wenn die Klappe des Vergasers f vollständig offen bleibt trotz der Verminderung der Kraft, so vermeidet man auf 'diese Weise die Verluste durch Schichtung, welche notwendigerweise eintreten würden, und der Wirkungsgrad des Antriebsmotors bleibt praktisch unverändert.
  • Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn sie mit einer Umgehungsleitung verbunden wird, welche die Zuleitung und den Auspuff des Motors verbindet, wie 'dies punktiert in Abb. z bei b angedeutet ist.
  • Man kann verschiedene Mittel benutzen, um den Austrittsquerschnitt zu verändern. Die Abb. a, 3 und 4 zeigen einige dieser Anordnungen.
  • In Abb. z ist ein Drosselstück in Gestalt eines Tropfens j in der Mitte -des Rohres g angeordnet, und es kann unter .der Wirkung einer Stange k, die von dem Flugzeugführer gesteuert wird, verschoben werden. Beim Verschieben des Drosselstückes j gegen die Öffnung des Rohres ä verkleinert man diese Öffnung, die sich vergrößert, wenn das Stück zurüclegezagen wird.
  • In Abb. 3 ist das Rohr g in eine gewisse Anzahl von Einzle'lröhreiz mittels der Scheidewände l unterteilt. Ein beweglicher Schieber m, der vom Flugzeügführer verschoben wird, kann eine mehr oder weniger große Anzahl Öffnungen rcwischen den Scheidewänden 1 abschließen. Man erhält so je nach der Zahl der offen gelassenen Kanäle eine Regelung des Querschnittes des Rohres g.
  • In Abb. q. ist die Anordnung im wesentlichen dieselbe, aber der Schieber na ist kreisförmig ausgeführt und dreht sich um eine Achse o, die dem Unterschied der auf die beiden Flächen des Schiebers ausgeübten Druckkräfte unterworfen ist, so daß die Verstellung außerordentlich leicht vor sich geht.
  • In jedem Fall wird das Rohr g außen an dem Flugzeugrumpf oder an der Gondel des Motors befestigt und so eingestellt, daß die Auspuffgase entgegen der Flugrichtung des Flugzeuges gerichtet sind.
  • Abb.5 zeigt verschiedene andere Ausführungsformen der Regelung, die zusammen mit der beschriebenen oder für- sich benutzt werden können.
  • Zunächst hat der Flugzeugführer zu seiner Verfügung die Klappep, welche am Eintritt angeordnet ist und welche mit dem Vergaser f verbunden sein kann. Man kann in gleicher Weise eine Klappe q vorsehen, die in der Nebenleitung b angeordnet ist und deren Wirkung darin besteht, einen Druckunterschied zwischen dem Auspuff des Verdichters und der Ansaugseite der Gasturbine zu schaffen, wodurch das Kraftgleichgewicht zwischen den beiden Maschinen gestört und infolgedessen eine Beschleunigung der Maschinengruppe hervorgerufen wird für den Fall, daß die Klappe q offen ist, und eine Verzögerung für den Fall, daß sie geschlossen ist.
  • Außerdem kann man auf der Eintrittsseite der Gasturbine oder an der Austrittsseite 'des Motors a einen Auslaß r in die Atmosphäre vorsehen, -der mit einer Regelklappe s versehen ist. Durch die Öffnung dieser Klappe wird ein Teil der Gase der Turbine entzogen, wodurch die Geschwindigkeit der Maschinengruppe und infolgedessen die Vorverdichtung des Motors vermindert wird.
  • Um einen vollständigen Verlust der Energie der so in die Atmosphäre tretenden Gase für den Fall zu vermeiden, daß dieAuslaßöffnung während einer langen Zeitdauer offen steht, kann man diese Auslaßöffnung mit einem zweiten, wie das erste gestellte Rückstoßrohr versehen und dadurch ähnliche Wirkungen erzielen, oder man kann die Gase dieses Auspuffs an den Schaufelkranz der Turbine zurückführen, jedoch vor dem Durchfließen durch das Rohr g. Sie können sich so in diesem Rohr ausdehnen, indem sie ihre Antriebswirkung an diejenigen Gase abgeben, die schon durch die Turbine gegangen sind. Diese Anordnung ist dargestellt in Abb. 5.
  • Da der Wirkungsgrad des Rückstoßrohres um so höher ist, je mehr sich die Geschwindigkeit der Auspuffgase der Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges nähert, und da die Geschwindigkeit der Gase im allgemeinen viel größer ist als die des Flugzeuges, so ist es zweckmäßig, um den Wirkungsgrad zu vermehren, in dem Rückstoßrohr nur eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung vorzunehmen, welche für die Gase nur eine unbedeutende Temperaturverminderung zur Folge hat.
  • Da die Auspuffgase des Motors heiß sind, so übertragen sie noch in die Atmosphäre eine beträchtliche Wärmemenge, welche somit nicht ausgenutzt wird. Um einen Teil der Energie, die sie darstellt, wiederzugewinnen, kann man den Auspuffgasen nach ihrem Austritt aus der Gasturbine Luft beimischen, die auf denselben Druck verdichtet, aber noch nicht durch den Motor gegangen ist. Diese Luft erwärmt sich durch Mischung mit den Gasen und dehnt sich in dem Rohr mit ihnen aus,- wodurch der Antrieb vergrößert wird. Diese Luft kann am Ausgang des mit Vorverdichtung arbeitenden Verdichters entnommen werden, wie in Abb.6 dargestellt ist. In dieser Abbildung ist ein axial durchströmter Verdichter mit Schaufelrädern t1, t2, t. und mit Leitschaufeln ui, u2 dargestellt. Die Luft tritt bei e ein und wird durch den Verdichter verdichtet, alsdann am Ausgang in den Behälter v aufgespeichert, der sie der Ansaugseite des Motors a zuführt. Der Auspuff des Motors tritt in die Gasturbine d ein, und am Ausgang dieser letzteren werden die Auspuffgase mit kalter Luft gemischt, die unmittelbar von dem Verdichter durch die Leitung w gelangt. Das Gemisch aus Luft und Gas dehnt sich alsdann in dem Rohr g aus und erzeugt somit den Antrieb.
  • Es kann zweckmäßig sein, zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades die Luft zu nehmen, welche nicht den Motor durchströmen muß, mit einem Druck, der weniger hoch ist, als er für die Vorverdichtung erforderlich ist. Wie schon oben auseinandergesetzt wurde, ist der in dem Rohr g ausnutzbäre Druck verhältnismäßig gering, und infolgedessen ist es in dem Fall, in dem der Verdichter mehrere Stufen hat, zweckmäßig, die Luft einer Zwischenstufe zu entnehmen. Diese Anordnung :ist in Abb. 7 dargestellt, wo der Verdichter in zwei Teile geteilt ist, von denen der erste, x, von der ganzen angesaugten Luft durchströmt wird. Diese Luft teilt sich dann in zwei Ströme, von denen der eine den zweiten Teil y des Verdichters durchfließt und ;zur Vorverdichtung des Motors a dient. Die Auspuffgase dieses Motors wirken auf die Turbine lt und mischen sich bei ihrem Ausgang mit der vom Verdichter x kommenden kalten Luft, die .durch die Kanäle w geströmt ist. Das Gemisch dehnt sich in dem Rohr g aus und gibt hier den Antrieb.
  • Wenn der Verdichter ein Fliehkraftverdichter mit einem oder mehreren Schaufelrädern ist, wird es besonders vorteilhaft sein, die Luft der Nebenleitung zwischen oder hinter den Schaufelrädern zu entnehmen, wenn der Druck genügt, um das Rohr g zu speisen. , Infolge des Unterschiedes der Leitung und des notwendigen Druckes für die beiden Stufen a-und y der Verdichtung kann es vorteilhaft sein, sie durch Maschinen zu bilden, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufen. Abb. ä zeigt eine Anordnung dieser Art, bei welcher der Verdichter y unmittelbar durch die Gasturbine I2 ., beispielsweise mittels einer gemeinsamen Welle, angetrieben wird, während der Verdichter x mittels eines Zahnradgetriebes z angetrieben wird, welches diesen mit einer Geschwindigkeit umlaufen lä.ßt, die den besonderen Erfordernissen angepaßt ist.
  • Man könnte in gleicher Weise die beiden Teile des Verdichters mittels zweier Gasturbinen antreiben, die hintereinandergeschaltet sind und die z. B. durch konzentrisch angeordnete Wellen angetrieben werden, wobei die Drehung entweder in gleichem oder in entgegengesetztem Sinne erfolgen kann.
  • Angenommen, daß der benutzte Druckabfall in dem Rüekstoßrohr verhältnismäßig gering ist, so kann man auch zusätzliche Luft durch die Bewegung des Flugzeuges selbst erzielen, ohne hierfür einen. Verdichter zu benutzen. Die atmosphärische Luft dringt infolge ihrer Relativgeschwindigkeit durch eine Einlaßöffnung e' (Abb. 9) ein, wobei sich ein Teil ihrer lebendigen Energie in Druck umsetzt; sie -mischt -sich mit den heißen Gasen, die .aus dem Auspuff der Maschine kommen, wodurch sich ihre Temperatur erhöht, und sie dehnt sich dann mit diesen in dem Rohr g aus.
  • Es ergibt sich daraus eine positive Arbeit, obwohl die Ausdehnung hier nur gleich der aus der Relativgeschwindigkeit der Luft bei ihrem Eintritt sich ergebenden Verdichtung ist, denn in der Zwischenzeit ist die Luft wieder erwärmt worden, und die Geschwindigkeit, die sie in dem Rohr g für dieselbe Ausdehnung erlangt hat, ist um so höher, als ihre Temperatur höher ist. Diese Anordnung könnte, streng ,genommen, in einem Motor ohne Vorverdichtung 'benutzt werden, in welchem die Erwärmung der Luft unmittelbar durch die Mischung mit den Auspuffgasen des Motors erfolgt.
  • Es versteht sich von selbst, daß die verschiedenen oben beschriebenen Anordnungen, die eine Nebenleitung besitzen, die am Anfang der Turbine mündet, benutzt werden können in Verbindung mit einem Wärmemotor, dessen Vorverdichtung selbst eine .die Zuführung und den Auspuff verbindende Nebenleitung erfordert, wie beispielsweise punktiert in Ab'b. z dargestellt ist, denn, wie schon oben auseinandergesetzt wurde, diese beiden Nebenleitungen haben verschiedene Aufgaben, die sich gegenseitig ergänzen.
  • In den verschiedenen Abbildungen sind die Verdichter als axial durchströmte Verdichter oder als Fliehkraftverdiichter dargestellt; jedoch kann irgendeine der 'beschriebenen Anordnungen mit Verdichtern irgendeiner beliebigen Art, sei es axial oder radial durchströmt, gemischt oder selbst volumetrisch benutzt werden.
  • Aus Gründen der Einfachheit sind die Auspuffleitungen der Motorzylinder als eine einzige Leitung dargestellt. Wenn aber die Anzahl der Motorzylinder derart ist, daß die Auspuffe einander stören, wird man den Auspuff in mehrere Teile teilen, von denen ,ein jeder au einer Gruppe solcher Zylinder gehört, deren Auspuffwechsel sich nicht gegenseitig beeinflussen. In diesem Fall kann der Aufnahmebehälter der Gasturbine in mehrere Teile unterteilt sein, von denen jeder den Auspuff eines dieser Zylindergruppen erhält.
  • Eine zweckmäßige Anordnung besteht darin, in gleicher Weise den Auspuff der Gasturbine und gegebenenfalls auch das Rückstoßrohr zu unterteilen. Da nämlich dieses Rohr einen Gegendruck erzeugt, so wird der Auspuffstoß eines Zylinders, wenn er mit dem Ende des Auspuffs eines anderen Zylinders zusammenfällt, einen Gegendruck in der Gasturbine erzeugen, welcher diese verhindert, die Energie dieses letzten Teils des Auspuffs gut auszunutzen. Man wird also zweckmäßig sowohl die Zuleitung als auch den Auspuff der Gasturbine unterteilen, wie in Abb. ro dargestellt ist, die die Abwicklung eines Teils des Rades darstellt.
  • In dieser Abbildung kommen die Gase durch die Leituren bi und b2, speisen einen entsprechenden Teil der Verteilerrohre d1 und d2, treiben das Rad h an und werden bei ihrem Ausgang in den beiden Kammern w. und w2 gesammelt, von denen jede an ein Rückstoßrohr g1 und g2 angeschlossen ist. Die Unterteilung kann in dem Rückstoßrohr vor der Öffnung aufhören, da .die Gase schon eine solche Geschwindigkeit erhalten haben und eo gerichtet sind, @daß nicht zu befürchten ist, daß sie einen Überdruck in der benachbarten Leitung erzeugen.
  • Die oben beschriebenen und in den Abbildungen dargestellten Anordnungen können lediglich Aus-,führungs!beispiele sein und Abänderungen können getroffen sein, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Vorrichtung zur Wiedergewinnung der in .den Auspuffgasen der Gasturbine izurück bleibenden Energie, die einen Verdichter eines Flugzeugmotors antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffgase der Turbine der Atmosphäre durch ein Rückstoßrohr zugeführt werden, das entgegen dem Flug des Flugzeuges gerichtet ist, um einen Antrieb zu erzeugen, der sich dem der gewöhnlichen, vom Motor angetriebenen Schraube hinzufügt, um die Bewegung des Flugzeuges hervorzubringen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rückstoßrohres mittels eines Drehschiebers veränderlich ist, um die durch die Motorschraube erzeugte Kraft regeln zu können.
  3. 3. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, @daß ein Teil der Gase in eine Gleichgewichtsleitung abgeleitet wird, welche den Eintritt und den Auspuff des Motors verbindet, wobei diese Leitung zweckmäßig mit einer Regelungsvorrichtung versehen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbarer Teil der Auspuffgase des Motors vor der Gasturbine abgeleitet und der Atmosphäre zugeleitet wird, ohne diese Turbine zu durchfließen, wobei die so entnommenen Gase vorzugsweise dem Rückstoßrohr zugeführt werden.
  5. 5. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffgase der Turbine vor ihrem Eintritt in das Rückstoßrohr mit kalter, vorher verdichteter Luft gemischt werden, worauf das Gemisch von Gas und Luft in das Rückstoßrohr geführt wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte, den Auspuffgasen zugeführte Luft aus dem Verdichter selbst kommt, .der von der Turbine angetrieben wird, wobei diese Luft entweder beim Austritt aus dem Verdichter (Fig. 6) oder vorzugsweise auf einer Zwischenstufe der Verdichtung entnommen wird (Fig. 7 und 8).
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, :daß den Auspuffgasen der Turbine vor ihrem Durchgang durch das Rückstoßrohr Luft zugeführt wird, die durch die Bewegung des Flugzeuges selbst in einem Rohr verdichtet wird. B. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei welcher die Auspuffe derjenigen Zylinder des Motors, die einander stören könnten, getrennt der Turbine zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Auspuffgase gleichfalls am Ausgang der Turbine voneinander getrennt und den verschiedenen Rückstoßrohren oder einem unterteilten Rückstoßrohr zugeführt werden. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 741 858; USA.-Patentschrift Nr. 1 382 535.
DES17239D 1939-12-19 1940-11-29 Antriebsvorrichtung fuer Flugzeuge Expired DE862845C (de)

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DES17239D Expired DE862845C (de) 1939-12-19 1940-11-29 Antriebsvorrichtung fuer Flugzeuge

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DE (1) DE862845C (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1382535A (en) * 1921-06-21 offen
FR741858A (de) * 1932-07-30 1933-02-22

Patent Citations (2)

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