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DE1210257B - Solid rocket engine and method of making the same - Google Patents

Solid rocket engine and method of making the same

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DE1210257B
DE1210257B DEA37874A DEA0037874A DE1210257B DE 1210257 B DE1210257 B DE 1210257B DE A37874 A DEA37874 A DE A37874A DE A0037874 A DEA0037874 A DE A0037874A DE 1210257 B DE1210257 B DE 1210257B
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DE
Germany
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drive set
sleeve
combustion chamber
conical
insulating layer
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Lars Douglas Aaberg
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GOTEX AB
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W¥W PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN W ¥ W PATENT OFFICE Int. CL:Int. CL:

F02kF02k

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag:
Auslegetag: Number: File number: Filing date:
Display day:

Deutsche Kl.: 46 g-1/01 German class: 46 g -1/01

1210257
A 378741 a/46 g
14. Juli 1961
3. Februar 19661210257
A 378741 a / 46 g
July 14, 1961
3rd February 1966

Beim Arbeitsverlauf eines Raketentriebwerks wird oft die Forderung gestellt, daß eine Serie von Operationen in zeitlich bestimmter Folge ausgelöst wird. Als Beispiel kann ein Triebwerk angeführt werden, das eine Rakete bis zu einer gewissen Höhe fördert, worauf ein Leuchtkörper entzündet und ausgeworfen und ein Fallschirm entfaltet wird.The work of a rocket engine often requires that a series of operations is triggered in a specific time sequence. An engine can be cited as an example, that propels a rocket up to a certain height, whereupon a flare is ignited and ejected and a parachute is deployed.

Die einfachste Lösung dieses Problems (z. B. bei den gewöhnlichen Feuerwerksraketen) ist darauf abgestellt, daß sich die Verbrennungszone des in der Brennkammer befindenden Brennstoffes derart verschiebt, daß sie nach einer vorausbestimmten Zeit einen Punkt erreicht, in welchem ein Impuls gegeben wird, der eine neue Operation einleitet. Die pyrotechnische Terminologie bezeichnet einen solchen Vorgang als »Verzögerung«. Die zeitliche Bestimmung ist jedoch mit Hilfe des üblichen Verfahrens ungenau; mögliche Drücke in der Brennkammer sind verhältnismäßig gering (5 bis 10 atü).The simplest solution to this problem (e.g. with the ordinary fireworks rockets) is on it turned off that the combustion zone of the fuel in the combustion chamber shifts in such a way that that after a predetermined time it reaches a point at which an impulse is given initiating a new operation. The pyrotechnic terminology denotes one Process as "delay". The time determination is, however, imprecise with the help of the usual method; possible pressures in the combustion chamber are relatively low (5 to 10 atmospheres).

Triebwerke für qualifizierte Zwecke bestehen demgegenüber meistens aus einer Metallhülse und einem Antriebssatz, der eine energiereichere Zusammenstellung und größere mechanische Festigkeit als die üblichen Preßmaschinen aus Schwarzpulver aufweist.In contrast, engines for qualified purposes usually consist of a metal sleeve and a Drive set that has a more energetic composition and greater mechanical strength than the having conventional pressing machines made of black powder.

Die Laufgeschwindigkeit der Verbrennungszone (lotrecht zur Feuerfiäche) wird durch die FormelThe running speed of the combustion zone (perpendicular to the fire surface) is given by the formula

c = k · poc c = k * poc

charakterisiert, wobei c die Geschwindigkeit, k eine Konstante, ρ der Druck in der Brennkammer und α ein experimentell feststellbarer Faktor ist.characterized, where c is the speed, k is a constant, ρ is the pressure in the combustion chamber and α is a factor that can be determined experimentally.

Für Schwarzpulvermassen beträgt der α-Wert 0,7 bis 0,9; charakteristisch ist jedoch für mehr qualifizierte Antriebssätze, daß der α-Wert teils geringer ist, teils kleineren Schwankungen unterliegt, so daß die Unterschiede zwischen gleichen Antriebssätzen geringer sind.For black powder masses, the α value is 0.7 to 0.9; is characteristic, however, of more skilled Drive sets that the α-value is partly lower, partly subject to smaller fluctuations, so that the differences between the same drive sets are smaller are.

Die Voraussetzungen dafür, einen zeitlich bestimmten Verlauf (Verzögerungen) mit enger Toleranz zu erreichen, wurden somit prinzipiell verbessert.The prerequisites for a time-specific course (delays) with close tolerance to achieve, have thus been improved in principle.

Innerhalb des ganzen Druckgebietes, jedoch mit besonderer Betonung der gewünschten höheren Drücke (10 bis 100 atü), stößt man aber auf eine Schwierigkeit, die als ein Kanteneffekt bezeichnet werden kann.Within the entire pressure range, but with special emphasis on the desired higher pressures (10 to 100 atm), one encounters a difficulty that can be described as an edge effect.

Rein geometrisch betrachtet, kann nämlich behauptet werden, daß der Antriebssatz eine nach vorn gewendete Fläche besitzen muß, zu welcher die Verbrennungszone am Ende der Verzögerungszeit gelangt.From a purely geometrical point of view, it can be said that the propulsion set is a forward must have turned surface to which the combustion zone arrives at the end of the delay time.

Es ist erwünscht, daß die Isolierschicht an dem Antriebssatz gut anhaftet, um zu verhindern, daß die Verbrennungszone schneller an der Grenzfläche als innerhalb dieser verläuft. Die Isolierschicht soll Feststoff-Raketentriebwerk und Verfahren zur
Herstellung desselbenIt is desirable that the insulating layer adhere well to the drive assembly in order to prevent the combustion zone from passing faster at the interface than within it. The insulating layer is intended to solid-fuel rocket engine and process
Making the same

Anmelder:Applicant:

Aktiebolaget Gatex, Göteborg (Schweden)Aktiebolaget Gatex, Gothenburg (Sweden)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. D. Jander, Patentanwalt,Dipl.-Ing. D. Jander, patent attorney,

Berlin 33, Hüttenweg 15Berlin 33, Hüttenweg 15

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Lars Douglas Aberg, Göteborg (Schweden)Lars Douglas Aberg, Gothenburg (Sweden)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweden vom 28. Juli 1960 (7306)Sweden of July 28, 1960 (7306)

weiter gut gegen die Wandung der Verbrennungskammer abdichten, um das Vorbeiströmen brennender Gase und dadurch bedingte verkürzte Verzögerung zu verhindern. Der Abstand zwischen dem Antriebssatz und der genannten Wandung steigt immer zu Beginn des Triebwerkbetriebs auf Grund der Temperaturerhöhung (bis zur Größenordnung 30000C) und Druckerhöhung (bis zur Größenordnung 100 atü). Bei bisher gebräuchlichen Raketentriebwerken verschiedener Gattung wurden als praktisch anwendbare Drücke Variationen der Verzögerungszeit von ±25 % und außerdem auch einzelne Abweichungen von diesen Werten als normal angesehen.continue to seal well against the wall of the combustion chamber in order to prevent burning gases from flowing past and the resulting shortened delay. The distance between the drive set and the mentioned wall always increases at the beginning of the engine operation due to the temperature increase (up to the order of 3000 ° C.) and pressure increase (up to the order of 100 atmospheres). In the case of rocket engines of various types in use up to now, variations in the delay time of ± 25% and also individual deviations from these values were regarded as normal as practically applicable pressures.

Vorliegende Erfindung bezweckt unter anderem, in genannter Hinsicht die Raketentriebwerke wesentlich zu verbessern. Als Beispiel kann erwähnt werden, daß bei einer Prüfungsserie die Raketentriebwerke gemäß der Erfindung bei einer Verzögerungszeit von 5,5 Sekunden eine Toleranz von nur ± 0,1 Sekunde aufwiesen.The present invention aims, inter alia, in the above-mentioned respect, essentially with rocket engines to improve. As an example it can be mentioned that in a series of tests the rocket engines according to the invention with a delay time of 5.5 seconds a tolerance of only ± 0.1 second exhibited.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf Raketentriebwerke mit einer Brennkammer und einem in dieser angebrachten Antriebssatz, welcher durch eine kegelige Ausbildung des Antriebssatzes und einer als Sitz dafür dienenden, dazu kongruent kegeligen Brennkammerwand festgehalten wird und welcher mit einer vorderen Partie, die den Verzögerungsteil des Antriebssatzes ausmacht, durch eine den Verzögerungsteil peripher umgebende Isolierschicht an die Wand der Brennkammer angeschlossen ist. Der Erfindungsgedanke ist dabei im wesentlichen durch die Kombination gekennzeichnet, daß nur der Ver-The invention accordingly relates to rocket engines with a combustion chamber and an in this attached drive set, which by a conical design of the drive set and a Seat serving for this purpose, congruently tapered combustion chamber wall is held and which one with a front part, which makes up the deceleration part of the drive set, through one the deceleration part peripherally surrounding insulating layer is connected to the wall of the combustion chamber. Of the The idea of the invention is essentially characterized by the combination that only the

609 503/109609 503/109

Claims (1)

3 < 43 <4 zögerungsteil des Antriebssatzes sowie die Isolier- Brennkammerhülse 2 mit einer zweckmäßig längeren schicht sich an den in Richtung vorwärts dazu kon- zylindrischen Partie und einer kürzeren konischen gruent kegelig verjüngenden Teil der Brennkammer- Endpartie 2' ausgegangen, welche Partien unter einem wand anschließen und daß zwischen dem hinteren zweckmäßigen Winkel ineinander übergehen. Zum restlichen Teil des Antriebssatzes und der genannten 5 Einführen des Antriebssatzes in die. Hülse 2 wird ein Wand ein Zwischenraum vorgesehen ist. Werkzeug 7, das .die Form eines -Kolbens mit un-delay part of the drive set and the insulating combustion chamber sleeve 2 with a suitably longer one stratifies itself on the part which is con-cylindrical in the forward direction and a shorter conical part Green conical tapering part of the combustion chamber end part 2 'assumed which parts under a wall connect and that merge into each other between the rear appropriate angle. To the remaining part of the drive set and the mentioned 5 inserting the drive set into the. Sleeve 2 becomes a Wall a gap is provided. Tool 7, which has the shape of a piston with un- Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß diese Aus- bedeutend Ideinerem Außendurchmesser als der bildung außerordentlich einfach ist. Außerdem erhält Innendurchmesser der Hülse 2 besitzt, verwendet, man auf diese Weise einen gleichmäßigen Abbrand Dieser Kolben hat an dem einen Ende eine zylindrische des Antriebssatzes und verhältnismäßig geringe io Ausnehmung 8, in welche der gemäß obiger BeToleranzen der Verzögerungszeit. Schreibung ausgebildete Antriebssatz 1 mit seinemIt is readily apparent that this dimension should have an outside diameter than the education is extremely easy. In addition, the inner diameter of the sleeve 2 is obtained, used in this way a uniform burn-off. This piston has a cylindrical one at one end of the drive set and a relatively small recess 8, in which the above tolerances the delay time. Spelling trained drive set 1 with his Ein älteres bekanntes Raketentriebwerk ist wesent- zylindrischen Teil eingeschoben ist. Der Antriebssatz lieh komplizierter ausgebildet. Hier sind zwei Antriebs- ragt aus der Öffnung der Ausnehmung 8 mit seinem sätze, ein hinterer und ein vorderer, vorgesehen. Der konischen Teill' hervor, auf welchen di& Hülse 3, hintere Antriebssatz ist durch zwei Zentrierfüße 15 die als Isolierschicht dient, aufgeschoben ist. Diese gehalten, deren Befestigung in der Brennkammer und Hülse 3 kann eine den Teilen Γ bzw. 2' passende Ausbildung wegen der extremen Wärmeentwicklung Konizität aufweisen, kann aber auch, wie F i g. 2 und der auftretenden Kräfte Schwierigkeiten bereiten. zeigt, zylindrisch sein. Mit einer Preßkraft, die die bei Keiner dieser Antriebssätze hat einen konischen End- der Verbrennung in der Brennkammer erzeugte axiale teil mit daran angeschlossener Isoherschicht, um die 20 Kraft übersteigt, wird nun das Werkzeug 7 in die Anschließung des Antriebssatzes an die Brennkammer- Hülse 2 so eingeschoben, daß die Isolierhülse bei diesem wand nur an den konischen vorderen Teil durch Keil- Einschieben in den konischen Teil 2' der Hülse 2 wirkung zu erzielen. die Form eines Kegels mit entsprechender KonizitätAn older, well-known rocket engine is essentially pushed in with its cylindrical part. The drive set borrowed more complicated trained. Here are two drive protruding from the opening of the recess 8 with his sets, a back and a front, provided. The conical part on which di & sleeve 3, rear drive set is pushed on by two centering feet 15 which serves as an insulating layer. These held, their attachment in the combustion chamber and sleeve 3 can be a part Γ and 2 'matching Training have conicity because of the extreme heat development, but can also, as FIG. 2 and the forces involved cause difficulties. shows to be cylindrical. With a pressing force that the Neither of these drive sets has a conical end - the combustion generated in the combustion chamber is axial part with an attached insulating layer, which exceeds 20 force, the tool 7 is now in the Connection of the drive set to the combustion chamber sleeve 2 inserted so that the insulating sleeve in this walled only to the conical front part by wedge insertion into the conical part 2 'of the sleeve 2 to achieve an effect. the shape of a cone with a corresponding conicity Die Erfindung gestattet ein sehr einfaches Verfahren erhält (wenn die Isolierhülse anfangs zylindrische zur Herstellung von Raketentriebwerken, das dadurch 25 Form besaß) und der Antriebssatz mitsamt der gekennzeichnet ist, daß der Antriebssatz mit der den Isoherhülse mit genügender Kraft in dem konischen Verzögerungsteil des Antriebssatzes peripher um- Teil der Brennkammer unter dichtem Anschließen an gebenden Isoherschicht in den konischen Teil der dieser festgekeilt wird. Darauf wird das Werkzeug 7 Brennkammer mit einer Kraft eingedrückt wird, die aus der Hülse 2 entfernt. Nachdem die Düse 5 mit die bei der Verbrennung des Antriebssatzes ent- 30 dem zylindrischen Ende der Hülse 2 z. B. durch stehende axiale Kraft übersteigt. Umbördeln der benachbarten Kantenpartie 6 derThe invention allows a very simple method to be obtained (if the insulating sleeve is initially cylindrical for the manufacture of rocket engines, which thus had a shape) and the drive set together with the is characterized in that the drive set with the Isoherhülse with sufficient force in the conical Delay part of the drive set peripherally around part of the combustion chamber under tight connection giving Isoherschicht in the conical part of this is wedged. The tool 7 Combustion chamber is depressed with a force that is removed from the sleeve 2. After the nozzle 5 with which during the combustion of the drive set ent- 30 30 the cylindrical end of the sleeve 2 z. B. by Exceeds standing axial force. Flanging the adjacent edge portion 6 of the Die Erfindung soll unter Hinweis auf eine in der Hülse 2 verbunden ist, ist die Herstellung des Raketen-Zeichnung als Beispiel dargestellte Ausführungsform triebwerke beendet (F i g. 1).
näher verdeutlicht werden. Es zeigt Die Konizität des Verzögerungsteils Γ bzw. Hülsen-The invention is intended with reference to a connected in the sleeve 2, the production of the rocket drawing as an example embodiment shown thrusters is ended (Fig. 1).
be clarified in more detail. It shows the conicity of the delay part Γ or the sleeve F i g. 1 das neue Raketentriebwerk axial im Schnitt 35 teiles 2" soll so gewählt sein, daß der Antriebssatz und mit der Isoherschicht 3 hinreichend festsitzt, um z. B.F i g. 1 the new rocket engine axially in section 35 part 2 "should be chosen so that the drive set and with the Isoherschicht 3 is sufficiently stuck to z. B. F i g. 2 und 3 axiale Schnitte, die verschiedene zum Zurückpressen des Antriebssatzes mit der Isolier-Stufen der Herstellung des Raketentriebwerks ver- hülse etwa die Hälfte der Kraft zu benötigen, die das anschaulichen. Einpressen in diese erfordert. Mit einer Hülse 2 ausF i g. 2 and 3 axial sections, the different ones for pressing back the drive set with the isolation steps the manufacture of the rocket engine would require about half the power that the illustrative. Pressing into this requires. With a sleeve 2 from In der Zeichnung ist mit 1 der Antriebssatz, z. B. 40 Metall und einem Antriebssatz 1 sowie Isolierschicht ein Kunststoffpulverkörper mit hoher mechanischer aus oben beispielsweise angegebenenen Material wird Festigkeit, bezeichnet. Dieser Körper ist zum Teil dies mit einer. Konizität von zwischen etwa 4 und 6° längs seiner axialen Länge beispielsweise zylindrisch erzielt. Mit anderen Materialien kann die Konizität ausgebildet und geht an einer Endpartie Γ in einen zwischen etwa 3 und 30° variieren. Eventuell kann Kegelstumpf über. Die die Brennkammer 4 bildende 45 die Innenseite des Hülsenteiles 2' aufgerauht sein, Hülse 2 besitzt eine vordere konische Partie 2' mit um die Reibung zwischen der Isolierschicht und gleicher Konizität wie die Partie 1' des Antriebssatzes, genanntem Hülsenteil zu erhöhen,
■die die Verzögerung ausmacht und von einer Isolier- Die mit dem neuen Raketentriebwerk erreichtenIn the drawing, 1 is the drive set, z. B. 40 metal and a drive set 1 and insulating layer, a plastic powder body with high mechanical strength from the material specified above, for example, is referred to. This body is in part that with a. A conicity of between about 4 and 6 ° along its axial length, for example cylindrical. The conicity can be formed with other materials and at one end section Γ varies between approximately 3 and 30 °. Eventually, truncated cone can be over. The inside of the sleeve part 2 'forming the combustion chamber 4 45 must be roughened, sleeve 2 has a front conical part 2' with to increase the friction between the insulating layer and the same conicity as the part 1 'of the drive set, called sleeve part,
■ that makes up the delay and reached by an isolating die with the new rocket engine schicht 3 umgeben ist, durch deren Vermittlung die guten Ergebnisse können dem Umstand zugeschrieben Antriebssatzpartie 1' dicht an die Innenwand der 50 werden, daß die durch die Arbeit des Triebwerks konischen Hülsenpartie 2' angeschlossen ist. Das entstandene axiale Kraft dazu beiträgt, die Dichtungs-Material der Isoherschicht oder der Isoherhülse 3 flächen anzupressen, daß ferner eventuelle Verkann aus einer Anzahl gelehnter Papierwicklungen Schiebungen nur in der Grenzfläche zwischen Brennbestehen oder aus einem anderen zweckmäßigen, kammerhülse und Isoherschicht auftreten und daß brennbaren Material sein, das langsamer abbrennt 55 die Kräfte, die die Tendenz haben, die Brennkammerais der Antriebssatz. Die Isolierung könnte auch aus hülse zu erweitern, gleichzeitig auch das ganze Material einer Schicht eines zweckmäßigen, auf streichbaren der konischen Partie deformieren müssen.
Mittels hergestellt sein. Der Antriebssatz 1 weistlayer 3 is surrounded, through the mediation of which the good results can be ascribed to the fact that the drive set part 1 'is closely connected to the inner wall of the 50 that the sleeve part 2' which is conical due to the work of the engine is connected. The resulting axial force contributes to pressing the sealing material of the insulating layer or the insulating sleeve 3 surfaces, furthermore that any shifts from a number of leaned paper wraps only occur in the interface between the burning or from another suitable chamber sleeve and insulating layer and that combustible material the slower burns 55 the forces that tend to burn the combustion chamber as the drive set. The insulation could also expand from the sleeve, at the same time also need to deform the entire material of a layer of an appropriate, paintable on the conical part.
Be made by means of. The drive set 1 has kleineren Durchmesser auf als der Durchmesser der' Patentansprüche:smaller diameter than the diameter of the patent claims: Durchmesser der Brennkammer 4, so daß zwischen 60Diameter of the combustion chamber 4, so that between 60 den zylindrischen Teilen des Antriebssatzes 1 und der 1. Raketentriebwerk mit einer Brennkammerthe cylindrical parts of the drive set 1 and the 1st rocket engine with a combustion chamber Wand der Brennkammer ein ringförmiger Zwischen- und einem in dieser angebrachten Antriebssatz,Wall of the combustion chamber an annular intermediate and a drive set attached in this, Taum 4' entsteht. Der konische Teil 2' der Hülse 2 welcher durch eine kegelige Ausbildung desDream 4 'arises. The conical part 2 'of the sleeve 2 which by a conical design of the erstreckt sich mit einer Partie 2" bis vor das schmalere Antriebssatzes und einer als Sitz dafür dienenden,extends with a part 2 "in front of the narrower drive set and one serving as a seat for it, Ende des konischen Teiles Γ. Mit 5 ist die Aus- 65 dazu kongruent kegeligen Brennkammerwand festströmungsdüse der Brennkammer bezeichnet. gehalten wird und welcher mit einer vorderenEnd of the conical part Γ. With 5 the congruent congruent congruent conical combustion chamber wall is a fixed flow nozzle the combustion chamber. is held and which with a front Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Raketen- Partie, die den Verzögerungsteil des Antriebstriebwerks wird, wie F i g. 2 und 3 andeuten, von einer satzes ausmacht, durch eine den Verzögerungsteil In the manufacture of the rocket part according to the invention, which is the deceleration part of the propulsion engine, as shown in FIG. 2 and 3 indicate one sentence, by one the delay part peripher umgebende Isolierschicht an die Wand der Brennkammer angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Kombination, daß nur der Verzögerungsteil (1') des Antriebssatzes (1) sowie die Isolierschicht (3) sich an den in Richtung vorwärts dazu kongruent kegelig verjüngenden Teil (2') der Brennkammerwand (2) anschließen und daß zwischen dem hinteren restlichen Teil des Antriebssatzes und der genannten Wand ein Zwischenraum (4') vorgesehen ist.peripherally surrounding insulating layer is connected to the wall of the combustion chamber, characterized by the combination that only the delay part (1 ') of the drive set (1) and the insulating layer (3) are attached to the in the direction Forwards, connect the congruent, conically tapering part (2 ') of the combustion chamber wall (2) and that between the rear remainder of the drive set and said wall Space (4 ') is provided. 2. Raketentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Brennkammer mit einem Wandten" (2") ein im Verhältnis zur Länge dieser Kammer kleines Stück bis vor das vordere Ende des Verzögerungsteiles (1') erstreckt.2. rocket engine according to claim 1, characterized in that the combustion chamber with a walled "(2") a small piece in relation to the length of this chamber up to the front one Extends the end of the delay part (1 '). 3. Verfahren zur Herstellung eines Raketentriebwerks nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebssatz (1) mit der den Verzögerungsteil (1') des Antriebssatzes peripher umgebenden Isolierschicht (3) in den konischen Teil (2)' der Brennkammer mit einer Preßkraft eingedrückt wird, welche die bei der Verbrennung des Antriebssatzes entstehende axiale Kraft übersteigt.3. A method for producing a rocket engine according to claim 1 or 2, characterized in that that the drive set (1) with the delay part (1 ') of the drive set is peripheral surrounding insulating layer (3) in the conical part (2) 'of the combustion chamber with a Pressing force is pressed in, which is the axial Force exceeds. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 003 516.Considered publications:
German interpretation document No. 1 003 516. In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 093 621.Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 093 621. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 609 503/109 1.66 © Bundesdruckerei Berlin609 503/109 1.66 © Bundesdruckerei Berlin
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