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WO1999030032A1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

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WO1999030032A1
WO1999030032A1 PCT/IB1998/001941 IB9801941W WO9930032A1 WO 1999030032 A1 WO1999030032 A1 WO 1999030032A1 IB 9801941 W IB9801941 W IB 9801941W WO 9930032 A1 WO9930032 A1 WO 9930032A1
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sliding
axial piston
hold
sliding material
ring
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Ceased
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PCT/IB1998/001941
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Kleinedler
Emilia Kapitancikova
Lubomir Kanis
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Individual
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Publication date
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Priority to AU12547/99A priority patent/AU1254799A/en
Priority to EP98955834A priority patent/EP1038104A1/de
Priority to SK864-2000A priority patent/SK8642000A3/sk
Priority to KR1020007006360A priority patent/KR20010033008A/ko
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2078—Swash plates
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12—Coating

Definitions

  • the invention relates to an axial piston machine according to the preamble of
  • Axial piston machines of the type mentioned are z. B. known from DE-A1 -2 356 798 and EP-A1 -0 785 359.
  • a helical spring mounted on the cylinder drum presses the shaft ring against the hold-down plate in order to prevent the sliding shoes mounted in recesses of this hold-down plate from lifting off the swash plate during machine operation.
  • Various measures have been taken to counter the large frictional forces that occur on the one hand between the piston ends and the bearing cups and on the other hand between the sliding shoes and the swash plate.
  • the invention has for its object to develop the generic axial piston machine without undue design effort so that the frictional forces are significantly minimized.
  • the invention is implemented in any case when it is an axial piston machine with a regularly annular disk made of hard metal, for. B. made of steel, which has a central circular opening, around which a plurality of circular openings are arranged for the sliding shoes.
  • the inner contour of the central opening is preferably frustoconical and approximately complementary to the outer surface of the shaft ring.
  • At least the central bearing point of the hold-down ring and / or the bearing pans and / or the end faces of the sliding shoes are lined with sliding material, preferably a special sliding material.
  • the hold-down ring is therefore lined with sliding material at these bearing points in a single operation.
  • the sliding surfaces of the drum cylinders and the sliding surface of the cylinder drum end face are lined with sliding material. It is also provided that the sliding material lining of the hold-down ring underside, which has the bearing position with the sliding shoes, is full-surface.
  • a particularly expedient embodiment of the invention provides that the sliding material of the hold-down ring contains 9 to 11% Sn, 8 to 11% Pb, 0.2 to 1.5% Ni, 0.1 to 0.3% Fe, 0, 2 to 0.8% Zn, 0.1 to 0.5% Cd, 0.01 to 0.02% Al. This measure proposes and uses a sliding material that optimally minimizes the friction in hold-down rings.
  • a further expedient embodiment provides that the sliding material for the drum cylinders 0.5 to 0.9% Pb, 1.00 to 1.8% Sn, 0.1 to 0.3% Zn, 1.4 to 1.9 % Ni, 0.1 to 0.6% Fe, 0.005 to 0.002% Al, 0.1 to 0.3% Mn. This measure proposes a sliding material that optimally minimizes the friction in the drum cylinder.
  • a further expedient embodiment of the invention provides that the sliding material for pistons or cylinder drum faces 5 to 15% Sn, 5 to 15% Pb, 0.1 to 1.4% Ni, 0.1 to 0.3% Fe, 0.3 to 0.8% Zn, 0.1 to 0.5% Sb, 0.005 to 0.03% Al.
  • Fig. 2 shows an enlarged cross section through the hold-down ring
  • FIG. 3 shows an enlarged cross section through a sliding block of FIG.
  • Fig. 4 shows a reduced cross section through the cylinder drum
  • FIG. 1 Only the essential internal parts of the axial piston machine according to the invention are shown in FIG. 1. The housing and other control devices have been omitted.
  • a machine shaft 1 is supported by means of a bearing 2 in a control plate 3 and a bearing 4 in the housing (not shown).
  • the bearings 2, 4 are preferably designed as roller bearings.
  • a cylinder drum 5 rests with its one end against the control plate 3. This cylinder drum 5 is axially displaceable on the machine shaft 1 but is held radially immovably.
  • Several, for example nine, cylinders are formed in this cylinder drum, of which in Fig. 1 only the cylinder 6 is shown, a piston, such as the pistons 7, 8, being arranged displaceably in each cylinder.
  • Each piston 7, 8 is supported against a slide shoe 9, 10, which according to FIG. 3 is formed from a slide shoe plate 1 1 and an integrated slide shoe neck 1 2.
  • the bearings 2, 4 are preferably designed as roller bearings.
  • a cylinder drum 5 rests with its one
  • Sliding shoes 9, 10 lie with their end faces against a swash plate 13 which is operatively connected to an adjustable carrier 14.
  • a compression spring 15 pushed onto the machine shaft 1 is supported on the one hand against the cylinder drum 5 and on the other hand against the bottom of an annular recess in a shaft ring 16. This wave ring 1 6 is on the
  • Machine shaft 1 is slidably mounted and has an outwardly curved spherical cap-shaped outer surface 1 7. This outer surface 1 7 engages in a correspondingly shaped inner surface of a hold-down ring 1 8.
  • the hold-down ring 1 8 has a continuous opening 1 9 for each slide shoe 9, 10, as is particularly shown in FIG. 2.
  • the hold-down ring 1 8 is supported on its side facing the carrier 14 on the ring surfaces 11 ′ of the sliding shoe plates 11 facing away from the swash plate 13 and presses the sliding shoes 9, 10 against the swash plate 13.
  • the sliding shoe neck 12 is dimensioned in such a way that that its cylindrical outer surface 1 2 'with the cylindrical inner surface 19' of the opening 1 9 closes positively.
  • the hold-down ring 1 8 (FIG.
  • Elements has: 9.5-10.5% Sn, 8.3-10.5% Pb, 0.32-1.1% Ni, 0.2% Fe, 0.6% Zn, 0.32% Cb and 0.01 5% AI.
  • the sliding material is preferably applied using the powder coating method.
  • the bearing pan 25 is also provided with a sliding material lining 26, the sliding shoe end face 27 with a sliding material lining 28 and according to FIG. 4 the inner sliding surface 29 of the cylinders 6 with a sliding material lining 30 and the sliding surface 31 contacting the control plate 3 with a sliding material lining 32 .
  • the sliding material for the cylinders consists of an alloy that comprises the following elements: 0.8% Pb,
  • the sliding material of the piston or the end of the cylinder drum consists of an alloy that comprises the following elements: 9.5 - 1 1, 5% Sn, 8.6 - 1 1, 5% Pb, 0.3 - 1, 1% Ni, 0 , 2% Fe, 0.5% Zn, 0.32% Sb and 0.01 5% AI.
  • These linings can also be produced using the powder coating process, so that only one operation is required for all linings. The wear of the components involved in the power transmission is thus effectively counteracted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Schiefschiebe (13), Gleitschuhen (9, 10) mit Lagerpfannen (25) sowie einem Niederhaltering (18), sowie einem auf der Maschinenwelle angeordneten Wellenring (16), dessen gewölbte Außenfläche (17) mit der Innenfläche des Niederhalterings (18) in Kontakt steht. Die Lagerstellen (19 - 21) des Niederhalterings (18) sind zumindest im Kontaktbereich mit der Maschinenwelle (1) mit Gleitwerkstoff versehen.

Description

Axialkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 .
Axialkolbenmaschinen der eingangs genannten Art sind z. B. durch die DE-A1 -2 356 798 und EP-A1 -0 785 359 bekannt. Bei solchen Maschinen, die beispiels- weise als Pumpen eingesetzt werden, drückt eine an der Zylindertrommel gegengelagerte Schraubenfeder den Wellenring gegen die Niederhalteplatte, um während des Maschinenbetriebs das Abheben der in Ausnehmungen dieser Niederhalteplatte gelagerten Gleitschuhe von der Schiefscheibe zu vermeiden. Um den großen Reibungskräften, die einerseits zwischen den Kolbenenden und den Lagerpfannen und andererseits zwischen den Gleitschuhen und der Schiefscheibe auftreten, zu begegnen, sind verschiedene Maßnahmen ergriffen worden.
So wird z. B. in der DE-A1 -3 627 652 vorgeschlagen, den Gleitschuh aus gehärtetem Lagerstahl zu fertigen und ihn an der Sohle bzw. Stirnfläche mit einer Gieitschicht aus Keramik zu versehen. Gemäß der EP-A1 -0 785 359 kann der Gleitschuh aus einem Material mit hoher mechanischer Festigkeit bestehen und an der Sohle mit Gleitkörpern versehen sein, die teilweise auch die Lagerpfannen bilden können. Die Lagerpfannen können jedoch auch getrennt von der Sohlen- beschichtung mit einem Gleitwerkstoff ausgekleidet sein. Ferner kann die den Niederhaltering berührende Lagerstelie des Gleitschuhs mit Gleitwerkstoff versehen sein. Als Gleitwerkstoff wird Bronze oder eine Blei-Bronze-Legierung vor- geschlagen. Als Nachteil beim Stand der Technik ist die Tatsache anzusehen, daß die Reibungen ausgesetzten Teile der Axialkolbenmaschine nur partiell mit bestimmtem Gleitwerkstoff ausgekleidet sind, so daß die hierbei entstehenden Reibungen nur partiell und daher nicht optimal minimiert werden.
Ausgehend von dem obigen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Axialkolbenmaschine ohne unangemessenen konstruktiven Aufwand so weiterzubilden, daß die Reibungskräfte merklich minimiert werden.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches
1 gelöst.
Man erkennt, daß die Erfindung jedenfalls dann verwirklicht ist, wenn es sich um eine Axialkolbenmaschine mit einer regelmäßig ringförmigen Scheibe aus Hart- metall, z. B. aus Stahl, handelt, die eine zentrale kreisrunde Öffnung aufweist, um die herum mehrere kreisrunde Öffnungen für die Gleitschuhe angeordnet sind . Der Innenumriß der zentralen Öffnung ist vorzugsweise kegelstumpfförmig und annähernd komplementär zu der Außenfläche des Wellenrings ausgebildet. Zumindest die zentrale Lagerstelle des Niederhalterings und/oder die Lagerpfannen und/oder die Stirnflächen der Gleitschuhe sind mit Gleitwerkstoff, vorzugsweise speziellem Gleitwerkstoff, ausgekleidet.
Anstatt die Lagerstellen zwischen Wellenring und Gleitschuhen an den Gleitschuhen einzeln mit Gleitwerkstoff versehen zu müssen, wird daher an diesen Lagerstellen der Niederhaltering in einem einzigen Arbeitsgang mit Gleitwerkstoff ausgekleidet. Dabei wird gleichzeitig auch die Lagerstelle zwischen Wellenring und
Niederhaltering mit Gleitwerkstoff versehen.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Gleitflächen der Trommeizylinder und die Gleitfläche der Zylindertrommel-Stirnseite mit Gleitwerkstoff ausgekleidet. Ferner ist vorgesehen, daß die Gleitwerk-stoffauskleidung der Niederhaltering-Unterseite, welche die Lagerstellung mit den Gleitschuhen aufweist, vollflächig ist.
Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Gleitwerkstoff des Niederhalterings 9 bis 1 1 % Sn, 8 bis 1 1 % Pb, 0,2 bis 1 ,5% Ni, 0, 1 bis 0,3% Fe, 0,2 bis 0,8% Zn, 0, 1 bis 0,5% Cd, 0,01 bis 0,02% AI aufweist. Durch diese Maßnahme wird ein Gleitwerkstoff vorgeschlagen und eingesetzt, der die Reibungen bei Niederhalteringen optimal minimiert.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß der Gleitwerkstoff für die Trommeizylinder 0,5 bis 0,9%Pb, 1 ,00 bis 1 ,8% Sn, 0, 1 bis 0,3% Zn, 1 ,4 bis 1 ,9% Ni,0, 1 bis 0,6% Fe, 0,005 bis 0,002% AI, 0, 1 bis 0,3% Mn aufweist. Durch diese Maßnahme wird ein Gleitwerkstoff vorgeschlagen, der die Reibung beim Trommeizylinder optimal minimiert.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Gleitwerkstoff für Kolben oder Zylindertrommelstirnseiten 5 bis 1 5% Sn, 5 bis 1 5% Pb,0, 1 bis 1 ,4% Ni, 0, 1 bis 0,3% Fe, 0,3 bis 0,8% Zn, 0, 1 bis 0,5% Sb, 0,005 bis 0,03% AI aufweist.
Schließlich ist erfindungsgemäß von Bedeutung, dass der Gleitwerkstoff im Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht wird. Alle Lagerstellen können dann in einem Arbeitsgang mit dem Werkstoff versehen werden.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den Innenteil einer Axialkolbenma- schine,
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch den Niederhaltering der
Fig. 1 ,
Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Gleitschuh der Fig.
1 und
Fig. 4 einen verkleinerten Querschnitt durch die Zylindertrommel der
Fig. 1 . Von der Axialkolbenmaschine gemäß der Erfindung sind in Fig. 1 nur die wesent- liehen Innenteile dargestellt. Das Gehäuse und sonstige Steuervorrichtungen sind weggelassen worden. Eine Maschinenwelle 1 ist mittels eines Lagers 2 in einer Steuerplatte 3 und eines Lagers 4 im nicht dargestellten Gehäuse gelagert. Die Lager 2, 4 sind vorzugsweise als Wälzlager ausgebildet sein. Eine Zylindertrommel 5 liegt mit ihrer einen Stirnseite gegen die Steuerplatte 3 an. Diese Zylinder- trommel 5 ist auf der Maschinenwelle 1 axial verschiebbar aber radial unverschiebbar gehalten. In dieser Zylindertrommel sind mehrere, beispielsweise neun, Zylinder gebildet, von denen in Fig . 1 nur der Zylinder 6 gezeigt ist, wobei in jedem Zylinder ein Kolben, wie die Kolben 7, 8, verschiebbar angeordnet ist. Jeder Kolben 7, 8 ist gegen einen Gleitschuh 9, 10 abgestützt, der nach Fig. 3 aus einer Gleitschuhplatte 1 1 und einem integrierten Gleitschuhhals 1 2 gebildet ist. Die
Gleitschuhe 9, 10 liegen mit ihren Stirnflächen gegen eine Schiefscheibe 13 an, die mit einem verstellbaren Träger 14 betrieblich verbunden ist. Eine auf die Maschinenwelle 1 aufgeschobene Druckfeder 1 5 stützt sich einerseits gegen die Zylindertrommel 5 und andererseits gegen den Boden einer ringförmigen Aus- nehmung in einem Wellenring 1 6 ab. Dieser Wellenring 1 6 ist auf der
Maschinenwelle 1 verschiebbar gelagert und hat eine nach außen hin gewölbte kugelkappenförmige Außenfläche 1 7. Diese Außenfläche 1 7 greift in eine entsprechend geformte Innenfläche eines Niederhalterings 1 8 ein. Der Niederhaltering 1 8 weist für jeden Gleitschuh 9, 10 eine durchgehende Öffnung 1 9 auf, wie in Fig. 2 besonders dargestellt ist. Der Niederhaltering 1 8 stützt sich über seine dem Träger 14 zugewandte Seite an den von der Schiefscheibe 1 3 abgewandten Ringflächen 1 1 ' der Gleitschuhplatten 1 1 ab und drückt die Gleitschuhe 9, 10 gegen die Schiefscheibe 13. Der Gleitschuhhals 1 2 ist so bemessen, daß seine zylindrische Außenfläche 1 2' mit der zylindrischen Innenfläche 19' der Öffnung 1 9 formschlüssig abschließt. Der Niederhaltering 1 8 (Fig. 2) ist nun an seinen Lagerstellen 1 9, 20 mit den Gleitschuhen 9, 10 und an seiner Lagerstelle 21 mit dem Wellenring 1 8 mit einem Gleitwerkstoff ausgekleidet, wobei diese Auskleidung vorzugsweise auch die ganze Unterseite 23 des Niederhalterings vollflächig bedecken kann, wie an der Steile 24 in Fig. 2 gezeigt ist. Als Werkstoff für den Niederhaltering wird vorzugsweise Stahl verwendet, dessen Lagerstellen 19, 20, 21 mit Gleitwerkstoff ausgekleidet sind, der vorzugsweise aus einer Legierung besteht, die folgende
Elemente aufweist: 9,5 - 10,5% Sn, 8,3 - 10,5% Pb, 0,32 - 1 , 1 % Ni, 0,2% Fe, 0,6% Zn, 0,32% Cb und 0,01 5% AI. Vorzugsweise wird der Gleitwerkstoff im Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht.
Vorteilhafterweise wird gemäß Fig. 3 auch die Lagerpfanne 25 mit einer Gleitwerkstoffauskleidung 26, die Gleitschuhstirnfläche 27 mit einer Gleitwerkstoffauskleidung 28 und gemäß Fig. 4 die Innengleitfläche 29 der Zylinder 6 mit einer Gleitwerkstoffauskleidung 30 und die die Steuerplatte 3 berührende Gleitfläche 31 mit einer Gleitwerkstoffauskleidung 32 versehen. Der Gleitwerkstoff für die Zylinder besteht aus einer Legierung, die folgende Elemente umfasst: 0,8% Pb,
1 ,2 - 1 ,5% Sn, 0,2% Zn, 1 ,6% Ni, 0,3% Fe, 0,01 AI und 0,22% Mn. Der Gleitwerkstoff der Kolben oder der Zylindertrommelstirnseite besteht aus einer Legierung, die folgende Elemente umfasst: 9,5 - 1 1 ,5% Sn, 8,6 - 1 1 ,5% Pb, 0,3 - 1 , 1 % Ni, 0,2% Fe, 0,5% Zn, 0,32% Sb und 0,01 5% AI. Auch diese Ausklei- düngen können im Pulverbeschichtungsverfahren hergestellt werden, so daß für alle Auskleidungen nur ein Arbeitsgang erforderlich ist. Dem Verschleiß der an der Kraftübertragung beteiligten Bauteile wird somit wirksam entgegengetreten.

Claims

A n s p r ü ch e
1. Axialkolbenmaschine mit einer Schiefscheibe (13), Gleitschuhen (9, 10) mit
Lagerpfannen (25), einem Niederhaltering (18) sowie einem auf der Maschinenwelle (1) angeordneten Wellenring (16), dessen gewölbte Außenfläche (17) mit der Innenfläche des Niederhalterings (18) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (19 - 21) des Niederhalterings (18) und/oder die Lagerpfannen (25) und/oder die Stirnflächen (27) der Gleitschuhe (9, 10) mit Gleitwerkstoff (20, 26, 28) ausgekleidet sind.
2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, daß die Gleitfläche (29) der Trommeizylinder (6) und die Gleitfläche (31 ) der Zylindertrommelstirnseite mit Gleitwerkstoff (30, 32) ausgekleidet ist.
3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitwerkstoffauskleidung der Niederhalteringunterseite (23), welche die Lagerstellen mit den Gleitschuhen (9, 10) aufweist, vollflächig ist.
4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitwerkstoff des Niederhaltering (18) 9 - 11 % Sn, 8 - 11% Pb, 0,2- 1,5% Ni, 0,1 -0,3% Fe, 0,2 - 0,8% Zn, 0,1 - 0,5% Cd, 0,01 -0,02% AI aufweist.
5. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitwerkstoff der Trommeizylinder (6) 0,5 - 0,9% Pb, 1 ,00 - 1 ,8%
Sn, 0,1 -0,3%Zn, 1,4- 1,9% Ni, 0,1 -0,6% Fe, 0,005 -0,02% AI, 0,1 -
0,3% Mn aufweist.
6. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitwerkstoff der Kolben (7) oder der Zylmdertrommelstirnseite 5 -
15% Sn, 5 - 15% Pb, 0,1 - 1,4% Ni, 0,1 - 0,3% Fe, 0,3 - 0,8% Zn, 0,1 - 0,5% Sb, 0,005 - 0,03% AI aufweist.
PCT/IB1998/001941 1997-12-10 1998-12-07 Axialkolbenmaschine Ceased WO1999030032A1 (de)

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DE19754593.9 1997-12-10
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