EP1564373A1 - Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise - Google Patents

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EP1564373A1
EP1564373A1 EP05002838A EP05002838A EP1564373A1 EP 1564373 A1 EP1564373 A1 EP 1564373A1 EP 05002838 A EP05002838 A EP 05002838A EP 05002838 A EP05002838 A EP 05002838A EP 1564373 A1 EP1564373 A1 EP 1564373A1
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secondary air
radially
compressor
rectifier according
securing element
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the invention relates to a vortex rectifier in Tubular construction according to the features of the preamble of the main claim.
  • the invention relates to a vortex rectifier for cooling air flow in a compressor of a Gas turbine with radially extending, in a morinnhunt arranged secondary air tubes, which at their radially outer end portion attached to a compressor disk are.
  • Embodiments are known from the prior art, in which the secondary air tubes with appropriate brackets the discs are pressed, riveted, screwed, snapped or are forged.
  • This proves to be disadvantageous that a sufficiently large working space is required, to assemble the secondary air tubes by means of suitable tools perform.
  • This requires a relative large cross section of the secondary air chamber, through which the Secondary air flows into the secondary air tubes. hereby in turn, high production costs result.
  • the risk that the compressor disk during assembly the secondary trachea is damaged. This results a very significant cost risk.
  • the special tools lead to a not inconsiderable cost increase.
  • the invention is based on the object, a vortex rectifier to create a tubular construction of the type mentioned, which with a simple structure and simpler, more reliable Usability inexpensive and safe to produce is.
  • the radially inner Area of the secondary air tube fitting and radially to directed outside in a recess of a bearing flange of a Compressor is mounted.
  • the secondary trachea thus becomes at its radially inner end region or foot region fitting, namely free of play, held in the recess.
  • the radially outer region of Secondary air tube in a recess of a bearing leg of a Compressor disk guided radially displaceable and by means of a securing element against a radially inwardly directed Shift is secured.
  • the radially outer area is thus stored so that changes in length due to temperature differences be compensated by the sliding storage can. Furthermore, in this way a double fit prevented.
  • the fuse element is in the inventive Design prevents the secondary trachea at standstill of the compressor disk or the gas turbine directed radially inwards.
  • the security element only at standstill of the compressor disk in effect, while it is not in with a rotation of the compressor disk Function is. It follows that the accuracy of fit and mounting accuracy of the fuse element larger tolerances can have.
  • the secondary air tubes at their radially inner Area are provided with a torus, which radially from the inside abut against the respective bearing flange. hereby results in a good force application at the same time Ensuring exact positioning.
  • the securing element according to the invention is in each case by means of a attached the two compressor discs connecting bolt. Thus accounts for additional fasteners for the Fuse element.
  • the securing element preferably comprises a holding leg for engagement with the retaining bead of the secondary air tube. Furthermore, it is advantageous if the fuse element a comprises deformable securing leg for holding the bolt, so that the bolt can be pre-assembled or in the Repair state can not solve the fuse element.
  • the contact surfaces between the secondary trachea and the compressor disk can be either spherical or flat be.
  • a flat or planar configuration may have a corresponding recessed contact surface be formed on the compressor disk.
  • Another advantage is the simpler installation and dismantling both in the manufacture of the gas turbine as also during maintenance work. By reducing the items as well as by reducing the work steps a significant cost reduction. Furthermore allowed the embodiment of the invention, the dimensioning of Intermediate disc chamber to optimize, in this way the Improve air flow while increasing the overall strength.
  • Another advantage is that the secondary air tubes for balancing or balancing the compressor easily are interchangeable.
  • Fig. 7 shows a partial sectional view of an inventive Gas turbine.
  • Reference numeral 1 shows a compressor, which rotor blades 11 and stator blades 12 includes.
  • the Rotor blades 11 are attached to compressor disks 3 and 4, respectively. These form an intermediate disc chamber 5, in which arranged a plurality of radially arranged secondary air tubes 2 are.
  • the reference numeral 13 indicates a combustion chamber,
  • Reference numeral 14 schematically shows a turbine. The arrows result in the schematic course of the secondary air duct.
  • Figs. 1 and 2 show embodiments of the prior Technology. It can be seen that the end portions of the secondary air tubes riveted, as this is by the Reference 15 gives.
  • the reference numeral 16 is an additional Carrier disk shown which an additional volume Component forms and in the intermediate disc chamber. 5 is mounted.
  • FIG. 2 shows a similar embodiment, in which the reference numeral 15 again shows a riveted connection. It can be seen in particular that a very large secondary air chamber 17 is required to introduce the riveting tool.
  • Fig. 3 shows in the sectional view of an inventive Embodiment in the assembled state. It can be seen from this that the secondary air tube 2 at its radially inner, the axis of rotation of the gas turbine facing area with an annular bead 37 is provided which with a detail not designated, radially outwardly facing contact surface is provided. This contact surface lies against a bearing flange 32, which is integral with the compressor disk 3rd is trained. The secondary air tube 2 is accordingly through a recess 31 of the bearing flange 32 feasible.
  • the secondary air tube 2 provided with a holding bead 38.
  • the retaining bead 38 has a Outer diameter, which is smaller than the inner diameter the recess 31, so that the secondary air tube from the inside, as shown in Fig. 4, is pushed through.
  • the retaining bead 38 is in the mounted state with a game against a bearing leg 35 of the compressor disk 3, so that no double match results.
  • the inner diameter of a recess 34 of the bearing leg 35 is preferably chosen so that the end portion of the secondary air tube 2 longitudinally displaceable is, but is kept vibration-free.
  • a threaded bolt is provided, which also serves for fixing a securing element 36.
  • a radially outer portion 33 of the secondary air tube 2 prevented from sliding radially inward, when the compressor 1 is at a standstill.
  • the radial outward force during operation of the compressor 1 is in the manner described at a radially inner Area 30 of the secondary trachea 2 was added.
  • the securing element 36 comprises an extended holding leg 39 (see Fig. 5 and 6), which against the retaining bead 38 is present or to this a certain game. additionally is the securing element 36 with a securing leg 40 provided (see FIGS. 5 and 6), which after assembly deformable to hold the head of the threaded bolt 18.
  • Figs. 4 to 6 show the progress of assembly.
  • the secondary air tube 2 from the inside out is first performed by the bearing flange 32.
  • the radially outer portion 33 is in the recess 34th introduced while the radially inner region 30 due is inserted into the recess 31, wherein the Ring bead 37 fits against the contact surface of the bearing flange 32 applies.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftführung in einem Verdichter 1 einer Gasturbine, mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer 5 angeordneten Sekundärluftröhren 2, welche an ihrem radial äußeren Endbereich 33 an einer Verdichterscheibe 3 gelagert sind, wobei der radial innenliegende Bereich 30 der Sekundärluftröhren 2 passend und radial nach außen gesichert in einer Ausnehmung 31 eines Lagerflansches 32 einer Verdichterscheibe 2 gelagert ist und dass der radial äußere Bereich 33 der Sekundärluftröhre 2 in einer Ausnehmung 34 eines Lagerschenkels 35 einer Verdichterscheibe 3 radial verschiebbar geführt und mittels eines Sicherungselements 36 gegen eine radial nach innen gerichtete Verschiebung gesichert ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise gemäß den Merkmalen des Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen Wirbelgleichrichter zur Kühlluftführung in einem Verdichter einer Gasturbine mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer angeordneten Sekundärluftröhren, welche an ihrem radial äußeren Endbereich an einer Verdichterscheibe befestigt sind.
Aus dem Stand der Technik sind Ausgestaltungen bekannt, bei welchen die Sekundärluftröhren mit entsprechenden Halterungen der Scheiben verpresst, vernietet, verschraubt, verschnappt oder verschmiedet sind. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass ein ausreichend großer Arbeitsraum erforderlich ist, um die Montage der Sekundärluftröhren mittels geeigneter Werkzeuge durchzuführen. Dies wiederum erfordert einen relativ großen Querschnitt der Sekundärluftkammer, durch welche die Sekundärluft in die Sekundärluftröhren einströmt. Hierdurch wiederum ergeben sich hohe Fertigungskosten. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass die Verdichterscheibe bei der Montage der Sekundärluftröhren beschädigt wird. Hierdurch ergibt sich ein ganz erhebliches Kostenrisiko. Auch die Spezialwerkzeuge führen zu einer nicht unbeachtlichen Kostensteigerung.
Aus der EP 0 541 250 A1 ist eine Anordnung vorbekannt, bei welcher die Sekundärluftröhren nur an ihrem radial innenliegenden Endbereich gelagert sind. Diese Konstruktion ist aufwendig in der Herstellung und erfordert eine Vielzahl zusätzlicher Bauelemente, die das Gesamtgewicht erhöhen. Weiterhin können sich Schwingungsprobleme durch die freistehenden radial äußeren Endbereiche der Sekundärluftröhren ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Einsetzbarkeit kostengünstig und sicher herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der radial innenliegende Bereich der Sekundärluftröhre passend und radial nach außen gerichtet in einer Ausnehmung eines Lagerflansches einer Verdichterscheibe gelagert ist. Die Sekundärluftröhre wird somit an ihrem radial innenliegenden Endbereich oder Fußbereich passend, nämlich spielfrei, in der Ausnehmung gehalten. Zugleich wird eine bei der Drehung der Verdichterscheibe auftretende, nach außen wirkende Kraft durch diese Lagerung aufgefangen, sodass die Sekundärluftröhre sicher gelagert ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der radial äußere Bereich der Sekundärluftröhre in einer Ausnehmung eines Lagerschenkels einer Verdichterscheibe radial verschiebbar geführt und mittels eines Sicherungselements gegen eine radial nach innen gerichtete Verschiebung gesichert ist. Der radial äußere Bereich ist somit so gelagert, dass Längenänderungen durch Temperaturunterschiede durch die verschiebbare Lagerung ausgeglichen werden können. Weiterhin wird auf diese Weise eine Doppelpassung verhindert. Mittels des Sicherungselements wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung verhindert, dass die Sekundärluftröhre im Stillstand der Verdichterscheibe bzw. der Gasturbine radial nach innen geleitet. Somit ist das Sicherungselement lediglich beim Stillstand der Verdichterscheibe in Wirkung, während es bei einer Drehung der Verdichterscheibe nicht in Funktion ist. Hieraus ergibt sich, dass die Passgenauigkeit und Montagegenauigkeit des Sicherungselementes größere Toleranzen aufweisen kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sekundärluftröhren an ihrem radial innenliegenden Bereich mit einer Ringwulst versehen sind, welche radial von innen gegen den jeweiligen Lagerflansch anliegen. Hierdurch ergibt sich eine gute Krafteinleitung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer exakten Positionierung.
Um das Sicherungselement in Einwirkung mit der Sekundärluftröhre bringen zu können, ist vorgesehen, dass diese an ihrem radial außenliegenden Bereich mit einem ringförmigen Haltewulst versehen ist.
Das Sicherungselement ist erfindungsgemäß jeweils mittels eines die beiden Verdichterscheiben verbindenden Bolzens befestigt. Somit entfallen zusätzliche Befestigungsmittel für das Sicherungselement.
Das Sicherungselement umfasst bevorzugter Weise einen Halteschenkel zur Anlage an den Haltewulst der Sekundärluftröhre. Weiterhin ist es günstig, wenn das Sicherungselement einen verformbaren Sicherungsschenkel zur Halterung des Bolzens umfasst, sodass der Bolzen vormontiert werden kann bzw. sich im Reparaturzustand nicht von dem Sicherungselement lösen kann.
Die Kontaktflächen zwischen der Sekundärluftröhre und der Verdichterscheibe kann entweder sphärisch oder flach ausgebildet sein. Bei einer sphärischen Ausgestaltung kann die Kontaktfläche der Verdichterscheibe durch einen einfachen und kostengünstigen Drehvorgang erzeugt werden. Bei einer flachen oder ebenen Ausgestaltung kann eine entsprechende vertiefte Kontaktfläche an der Verdichterscheibe ausgebildet werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, die Größe der Zwischenscheibenkammer zu reduzieren und den Zusammenbau bzw. die Demontage zu erleichtern. Insgesamt ergibt sich eine größere Festigkeit des Rotors. Auch die Schwingungs- oder Vibrationseigenschaften sind erheblich verbessert.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die einfachere Montage und Demontage sowohl bei der Herstellung der Gasturbine als auch bei Wartungsarbeiten. Durch die Verringerung der Einzelteile sowie durch eine Reduzierung der Arbeitsschritte ergibt sich eine erhebliche Kostenreduzierung. Weiterhin gestattet die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Dimensionierung der Zwischenscheibenkammer zu optimieren, um auf diese Weise die Luftführung bei Erhöhung der Gesamtfestigkeit zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Sekundärluftröhren zur Ausbalancierung oder Auswuchtung des Verdichters leicht austauschbar sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1
eine schematische Teilansicht eines Ausgestaltungsbeispiels gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2
eine Ansicht, analog Fig. 1, eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3
eine vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
Fig. 4-6
den Montageablauf der in Fig. 3 gezeigten Ausführung, und
Fig. 7
eine vereinfachte Schnittansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Gasturbine unter Verwendung der Erfindung.
Die Fig. 7 zeigt eine Teil-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gasturbine. Das Bezugszeichen 1 zeigt einen Verdichter, welcher Rotorschaufeln 11 und Statorschaufeln 12 umfasst. Die Rotorschaufeln 11 sind an Verdichterscheiben 3 bzw. 4 befestigt. Diese bilden eine Zwischenscheibenkammer 5, in welcher mehrere radial angeordnete Sekundärluftröhren 2 angeordnet sind. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Brennkammer angedeutet, das Bezugszeichen 14 zeigt schematisch eine Turbine. Durch die Pfeile ergibt sich der schematische Verlauf der Sekundärluftführung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele aus dem Stand der Technik. Dabei ist ersichtlich, dass die Endbereiche der Sekundärluftröhren vernietet sind, so wie sich dies durch das Bezugszeichen 15 ergibt. Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine zusätzliche Trägerscheibe gezeigt, welche ein zusätzliches volumenmäßiges Bauteil bildet und in der Zwischenscheibenkammer 5 montiert ist.
Die Fig. 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel, bei welchem das Bezugszeichen 15 wiederum eine Nietverbindung zeigt. Dabei ist insbesondere ersichtlich, dass eine sehr große Sekundärluftkammer 17 erforderlich ist, um das Nietwerkzeug einzuführen.
Die Fig. 3 zeigt in der Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im montierten Zustand. Daraus ist ersichtlich, dass die Sekundärluftröhre 2 an ihrem radial innenliegenden, der Drehachse der Gasturbine zugewandten Bereich mit einer Ringwulst 37 versehen ist, welche mit einer im Einzelnen nicht bezeichneten, radial nach außen weisenden Anlagefläche versehen ist. Diese Anlagefläche liegt gegen einen Lagerflansch 32 an, welcher einstückig mit der Verdichterscheibe 3 ausgebildet ist. Die Sekundärluftröhre 2 ist dementsprechend durch eine Ausnehmung 31 des Lagerflansches 32 durchführbar.
An dem radial äußeren Endbereich ist die Sekundärluftröhre 2 mit einer Haltewulst 38 versehen. Die Haltewulst 38 weist einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist, als der Innnendurchmesser der Ausnehmung 31, sodass die Sekundärluftröhre von innen, wie in Fig. 4 gezeigt, durchschiebbar ist. Der Haltewulst 38 liegt im montierten Zustand mit einem Spiel gegen einen Lagerschenkel 35 der Verdichterscheibe 3 an, sodass sich keine Doppelpassung ergibt. Der Innendurchmesser einer Ausnehmung 34 des Lagerschenkels 35 ist bevorzugter Weise so gewählt, dass der Endbereich der Sekundärluftröhre 2 längs verschiebbar ist, jedoch schwingungsfrei gehalten wird.
Zur Verbindung des Lagerschenkels 35 der Verdichterscheibe 3 mit der Verdichterscheibe 4 ist ein Gewindebolzen vorgesehen, der zugleich zur Fixierung eines Sicherungselements 36 dient. Durch diesen wird ein radial äußerer Bereich 33 der Sekundärluftröhre 2 daran gehindert, radial nach innen zu gleiten, wenn sich der Verdichter 1 im Stillstand befindet. Die radial nach außen gerichtete Kraft während des Betriebs des Verdichters 1 wird in der beschriebenen Weise an einem radial innenliegenden Bereich 30 der Sekundärluftröhre 2 aufgenommen.
Das Sicherungselement 36 umfasst einen verlängerten Halteschenkel 39 (siehe Fig. 5 und 6), welcher gegen den Haltewulst 38 anliegt oder zu diesem ein gewisses Spiel aufweist. Zusätzlich ist das Sicherungselement 36 mit einem Sicherungsschenkel 40 versehen (siehe Fig. 5 und 6), welcher nach der Montage verformbar ist, um den Kopf des Gewindebolzens 18 zu halten.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen den Montagefortschritt. In Fig. 4 ist dargestellt, dass die Sekundärluftröhre 2 von innen nach außen zunächst durch den Lagerflansch 32 durchgeführt wird. Daraufhin wird der radial äußere Bereich 33 in die Ausnehmung 34 eingeführt, während der radial innenliegende Bereich 30 passend in die Ausnehmung 31 eingesetzt wird, wobei sich die Ringwulst 37 passend gegen die Anlagefläche des Lagerflansches 32 anlegt.
In der in Fig. 5 gezeigten nächsten Montagestufe wird das Sicherungselement 36 vormontiert. Es versteht sich, dass eine Ausnehmung 41 des Lagerschenkels 35 in Umfangsrichtung versetzt zur Sekundärluftröhre 2 vorgesehen ist, um den Bolzen 18 einführen zu können. Dieser Versatz in Umfangsrichtung ist in den Fig. 5 und 6 der Einfachheit halber nicht im Einzelnen dargestellt. Das Sicherungselement 36 wird vormontiert und ist mittels einer Klammer 42, die einstückig an dem Sicherungselement 36 ausgebildet ist, an dem Lagerschenkel 35 gehaltert. Nachfolgend wird der Bolzen 18 eingeschoben (Fig. 6). Der Sicherungsschenkel 40 wird verformt, um den Kopf des Bolzens 18 zu haltern. Nachfolgend kann eine Verschraubung mit der benachbarten Verdichterscheibe 4 erfolgen. Bezugszeichenliste
1
Verdichter
2
Sekundärluftröhre
3, 4
Verdichterscheibe
5
Zwischenscheibenkammer
11
Rotorschaufel
12
Statorschaufel
13
Brennkammer
14
Turbine
15
Nietverbindung
16
Trägerscheibe
17
Sekundärluftkammer
18
Bolzen
30
radial innenliegender Bereich
31
Ausnehmung
32
Lagerflansch
33
radial äußerer Bereich
34
Ausnehmung
35
Lagerschenkel
36
Sicherungselement
37
Ringwulst
38
Haltewulst
39
Halteschenkel
40
Sicherungsschenkel
41
Ausnehmung
42
Klammer

Claims (8)

  1. Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftführung in einem Verdichter (1) einer Gasturbine, mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer (5) angeordneten Sekundärluftröhren (2), welche an ihrem radial äußeren Endbereich (33) an einer Verdichterscheibe (3) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innenliegende Bereich (30) der Sekundärluftröhren (2) passend und radial nach außen gesichert in einer Ausnehmung (31) eines Lagerflansches (32) einer Verdichterscheibe (3) gelagert ist und dass der radial äußere Bereich (33) der Sekundärluftröhre (2) in einer Ausnehmung (34) eines Lagerschenkels (35) einer Verdichterscheibe (3) radial verschiebbar geführt und mittels eines Sicherungselements (36) gegen eine radial nach innen gerichtete Verschiebung gesichert ist.
  2. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftröhre (2) an ihrem radial innenliegenden Bereich (30) mit einer Ringwulst (37) versehen ist, welche radial von innen gegen den Lagerflansch (32) anliegt.
  3. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftröhre (2) an ihrem radial außenliegenden Bereich (33) mit einer ringförmigen Haltewulst (38) versehen ist, gegen welche das Sicherungselement (36) in Anlage bringbar ist.
  4. Wirbelgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (36) jeweils mittels eines die beiden Verdichterscheiben (3, 4) verbindenden Bolzens (18) befestigt ist.
  5. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (36) einen Halteschenkel (39) zur Anlage an dem Haltewulst (38) umfasst.
  6. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (36) einen verformbaren Sicherungsschenkel (40) zur Halterung des Bolzens (18) umfasst.
  7. Wirbelgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen der Sekundärluftröhre (2) und der Verdichterscheibe (3) sphärisch ausgebildet sind.
  8. Wirbelgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen der Sekundärluftröhre (2) und der Verdichterscheibe (3) eben ausgebildet sind.
EP05002838A 2004-02-11 2005-02-10 Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise Ceased EP1564373B1 (de)

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