DE102007039757A1 - Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel in einem in benachbart angeordnete Einlasstank und Auslasstank unterteilten Platten-Rippen-Wärmeübertrager.
- Das R774-Kältemittel von Wärmeübertragern in Klimaanlagen von Fahrzeugen steht unter sehr hohem Druck. Um Einschränkungen infolge einer extremen Rohrwanddicke zu überwinden, die bei Einkanal-Kältemittelrohren erforderlich sind, wird herkömmlich die Technologie stranggepresster Mehrkanalrohrplatten angewendet. Dabei werden dünne Aluminiumplatten mit darin parallel verlaufenden Kanälen geringen Durchmessers für den Kältemittelstrom durch Strangpressen von Aluminium gefertigt. Die Technologie gestattet die Fertigung von Rohren der geforderten Festigkeit mit nicht zu dicken Wänden.
- Ein Problem besteht aber darin, dass die Kanalanordnung durch den Strangpressprozess auf Parallelität eingeschränkt wird, was nicht unbedingt die bestmögliche Anordnung hinsichtlich verbesserter Wärmeübertragung und Strömungsführung darstellt. Außerdem sind stranggepresste Mehrkanalrohrplatten kostenaufwändig.
- Insbesondere diese beiden Probleme sind auch bei den drei nachfolgend beschriebenen plattenbezogenen Wärmeübertragern vorhanden.
- Eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung ist in der Druckschrift
DE 101 10 828 A1 beschrieben, in der die Wärmeübertragung von einem ersten Fluid auf ein vom ersten Fluid getrenntes zweites Fluid mit einem wenigstens zwei Lagen, insbesondere Platten, umfassenden stapelförmigen oder schalenförmigen Aufbau vorgenommen wird, wobei jede Lage an einen Wärmeübertragungsbereich, der zahlreiche Kanäle aufweist, einen in Strömungsrichtung vor dem Wärmeübertragungsbereich angeordneten Einlassbereich sowie einen in Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertragungsbereich angeordneten Auslassbereich umfasst, wobei der Einlassbereich und/oder Auslassbereich wenigstens ein Stützelement umfasst. - Ein Problem besteht darin, dass die Kanäle einer Platte parallel zueinander gerichtet verlaufen und der zugehörige Einlassbereich zu den Kanälen und der Auslassbereich der Kanäle an jeweils einer Platte weitgehend diagonal ausgebildet gegenüberliegen. Die Zuführung vom Einlassbereich zu den Kanälen und der Auslassbereich von den Kanälen aus der Lagen ist mittels Stützelementen verstärkt, um mögliche Materialverspannungen und Materialveränderungen innerhalb der Platte zu vermeiden, was aber zuungunsten des Durchsatzes des Kältemittelstromes erfolgt.
- Ein ähnlicher Wärmeübertrager für eine Kohlendioxid-Fahrzeugklimaanlage ist in der Druckschrift
DE 100 35 939 A1 beschrieben, der mit einem von einem hochdruckseitigen Kältemittelstrom durchströmten Kanal und einem von niederdruckseitigem Kältemittel durchströmten, vom ersten Kanal getrennten zweiten Kanal versehen ist, wobei der erste und der zweite Kanal jeweils eine Vielzahl von in oder auf einzelnen Wärmeübertragungsblechen gebildeten kleinen Kanälen aufweisen, und dass mehrere Lagen der Wärmeübertragungsbleche miteinander verbunden sind. Die Wärmeübertragungsbleche mit ihren parallel gerichteten Kanälen sind derart aufeinander gelegt und verlötet, dass die Kanäle des einen Blechs durch die ebene Fläche des aufgelegten benachbarten Bleches geschlossen sind. Die Kanäle der benachbarten Bleche mit jeweils unterschiedlich druckdurchströmten Kohlendoxid können zueinander versetzt angeordnet sein oder unterschiedliche Dimensionen des Kanalquerschnittes aufweisen. - Ein Problem besteht darin, dass die Verlötung der benachbarten Wärmeübertragungsbleche kompliziert ist.
- Des Weiteren ist ein handgelöteter Plattenwärmeübertrager und ein transkritisches Kühlsystem in der Druckschrift
DE 11 2004 002 637 T5 beschrieben, in denen eine Übertragung von Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid erfolgt, wobei das erste Fluid unter Druck gesetzt wird und wobei der handgelötete Plattenwärmeübertrager folgendes umfasst: - – mehrere Plattenpaare, wobei jedes Plattenpaar mehrere parallel gerichtete Durchflusskanäle umschließt, die sich von einer ersten Einlassöffnung zu einer ersten Auslassöffnung erstrecken, wobei jeder der Durchflusskanäle einen hydraulischen Durchmesser von weniger als einen Millimeter hat, wobei die Plattenpaare als ein Stapel angeordnet sind, wobei die ersten Einlassöffnungen miteinander ausgerichtet sind, um einen ersten Einlassverteiler zum Verteilen des ersten Fluids zu den Durchflusskanälen zu definieren, und die zweiten Öffnungen miteinander ausgerichtet sind, um einen ersten Auslassverteiler zum Sammeln des ersten Fluids aus den Durchflusskanälen zu definieren,
- – mehrere zwischen den Plattenpaaren verzahnte Turbulatorplatten zum Definieren von Durchflussbahnen für das zweite Fluid, wobei jede der Turbulatorplatten zwischen den Plattenpaaren eingeschoben ist, um denselben eine strukturelle Stütze zu verleihen, und
- – Verstärkungen, die sich zwischen jedem der Plattenpaare erstrecken, mit den ersten Einlass- und Auslassöffnungen ausgerichtet sind und den ersten Einlass- und Auslassverteiler zwischen den Plattenpaaren definieren.
- Ein Problem besteht darin, dass zwischen den Platten zusätzliche Luftrippen angeordnet sind, was einen höheren Materialaufwand darstellt.
- Zusammenfassend haben alle drei Platten enthaltenden Vorrichtungen auch das Problem, dass die kanalführenden Platten in der Weise ausgebildet sind, dass sie Öffnungen – Einlassöffungen und/oder Auslassöffnungen – haben, durch die sie miteinander verbunden sind und durch die die Kältemittelströme in den Mikroports auf den Platten ausgebildet sind.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass eine Verbesserung der Wärmeübertragung und der Strömungsführung erreicht werden kann.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel in einem in benachbart angeordnete Einlasstank und Auslasstank unterteilten Platten-Rippen-Wärmeübertrager weist gemäß dem Patentanspruch 1 mindestens ein Kanalträgerblech mit in mindestens einem der Oberflächenbereiche vorhandenen parallelen offenen Kanälen und mindestens einem darauf verlötbaren Abdeckblech und/oder einem weiteren Kanalträgerblech auf, wobei das Kanalträgerblech auf der einen Übertragereinfügungsstirnseite einen in Einlassbereich und Auslassbereich unterteilten Einfügungsbereich zum Einstecken in den in benachbart angeordneten Einlasstank und Auslasstank unterteilten Wärmeübertrager und auf der anderen Stirnseite einen freien Bereich besitzt, und dass in mindestens einem der beiden Oberflächenbereiche zwei ebene, parallel geführte Kanalparallelfelder mit jeweils parallel gerichteten, oberflächenseitig offenen Kanälen nebeneinander angeordnet sind, die im freien Bereich über ein drittes ebenes Kanalbogenfeld mit gebogenen, gleichfalls oberflächenseitig offenen Kanälen miteinander verbunden sind, wobei jeweils einem parallelen Kanal aus den parallel geführten Kanalparallelfeldern ein gebogener Kanal des Kanalbogenfeldes zur durchgehenden Kanalführung zugeordnet ist.
- Das Kanalträgerblech kann dabei vorzugsweise eine Dicke dB aufweisen, die im Vergleich zur Dicke dA des Abdeckblechs größer ist.
- Die offenen Kanäle können in ein Kanalträgerblech von 0,7 bis 1,2 mm Dicke dB eingearbeitet sein und das Abdeckblech eine Dicke dA von 0,25 bis 0,45 mm aufweisen.
- Zwischen dem Einlassbereich und dem Auslassbereich ist eine Steckaussparung vorgesehen, die die Kanalparallelfelder beim Einstecken der Mehrkanalrohrplatte in ein aus Einlasstank und Auslasstank des Wärmeübertragers trennt, wobei der Einlassbereich und der Auslassbereich aus einer anfänglichen Verengung in eine Erweiterung bis hin zu den Kanalparallelfeldern übergehen.
- Die Wärmeübertragerplatte kann aus zwei Kanalträgerblechen bestehen, die spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und mit den offenen korrespondierenden Kanälen auf den Oberflächenbereichen kontaktierend miteinander verlötet sind, wobei die Dicken dB der Kanalträgerbleche gleich oder unterschiedlich sind.
- Die Wärmeübertragerplatte kann ein Kanalträgerblech mit auf beiden Oberflächenbereichen vorhandenen offenen Kanälen aufweisen, wobei die beiden Oberflächenbereiche mit jeweils einem aufgelöteten Abdeckblech geschlossen sind.
- Die vom Abdeckblech oder einem anderen Kanalträgerblech geschlossenen Kanäle können im jeweiligen Oberflächenbereich eines Kanalträgerblechs so durch eingebrachte Quersperren über mehrere Kanäle innerhalb der Kanalparallelfelder miteinander verbunden sein, dass das Hochdruckkältemittel teilweise zwischen den geschlossenen Kanälen wechselnd fließen kann, wodurch eine Wärmeübertragung und ein Druckausgleich im Hochdruckkältemittel über dem Querschnitt des Kanalträgerblechs/der Kanalträgerbleche erfolgt.
- Die offenen Kanäle können im Oberflächenbereich eines Kanalträgerblechs geprägt, gewalzt oder gefräst sein.
- Die Erfindung soll anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert werden.
- Es zeigen:
-
1 eine explosionsartige und perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen ersten Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel aus einem Kanalträgerblech und einem dazu beabstandeten Abdeckblech, -
2 einen vergrößerten Ausschnitt des Kanalträgerblechs der erfindungsgemäßen Wärmeträgerplatte in Draufsicht nach1 , -
3 einen Längsschnitt eines Kanalträgerblechs mit geführten Kanälen mit einem beabstandeten Abdeckblech nach1 , -
4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße zweite Wärmeübertragerplatte aus zwei sich gegenüberstehenden, mit korrespondierenden offenen Kanälen und -
5 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße dritte Wärmeübertragerplatte mit einem mittig angeordneten Kanalträgerblech mit beidoberflächig vorhandenen offenen Kanälen und beidseitig anbringbaren verlötbaren Abdeckblechen. - Im Folgenden werden die
1 bis3 gemeinsam betrachtet. - In
1 ist eine schematische Darstellung einer Wärmeübertragerplatte1 für Hochdruckkältemittel zum Einstecken in einen in einen Einlasstank und einen Auslasstank unterteilten Platten-Rippen-Wärmeübertragern (nicht gezeichnet) gezeigt, wobei die Wärmeübertragerplatte1 mindestens ein Kanalträgerblech2 mit in einem Oberflächenbereich3 vorhandenen parallelen offenen Kanälen14 ,15 und einem darauf verlötbaren Abdeckblech5 aufweist, wobei der rückseitige Oberflächenbereich4 wahlweise kanallos ausgebildet ist. - Dabei besitzt das Kanalträgerblech
2 auf der einen Übertragereinfügungsstirnseite6 einen in Einlassbereich7 und in Auslassbereich8 unterteilten Einfügungsbereich9 zum Einstecken in den in benachbart angeordneten Einlasstank und Auslasstank unterteilten Wärmeübertrager und auf der anderen freien Stirnseite10 einen freien Bereich11 , wobei im Oberflächenbereich3 zwei ebene, parallel geführte Kanalparallelfelder12 ,13 mit jeweils parallel gerichteten, oberflächenseitig offenen Kanälen14 ,15 nebeneinander angeordnet sind, die im freien Bereich11 über ein drittes ebenes Kanalbogenfeld16 mit gebogenen, gleichfalls oberflächenseitig offenen Kanälen17 miteinander verbunden sind, wobei jeweils einem parallelen Kanal14 ,15 aus den parallel geführten Kanalparallelfeldern12 ,13 ein gebogener Kanal17 des Kanalbogenfeldes16 zu einer durchgehenden Kanalführung zugeordnet ist. - Das Abdeckblech
5 ist zum Abdecken der Kanalträgerblechs2 und Verschließen der offenen Kanäle14 ,15 vorgesehen. - Die offenen Kanäle
14 ,15 sind in ein Kanalträgerblech2 von vorzugsweise 0,7 bis 1,2 mm Dicke dB eingearbeitet und das Abdeckblech5 kann eine Dicke dA von 0,25 bis 0,45 mm aufweisen. - Zwischen dem Einlassbereich
7 und dem Auslassbereich8 ist eine Steckaussparung29 vorgesehen, um die Mehrkanalrohrplatte2 in ein aus Einlasstank und Auslasstank, die benachbart sind, bestehenden Wärmeübertrager einstecken zu können, wobei der Einlassbereich7 und der Auslassbereich8 der Mehrkanalrohrplatte2 aus einer stirnseitigen Verengung31 in eine Erweiterung32 bis hin zu den Kanalparallelfeldern12 ,13 übergehen, was auch in einem vergrößerten Ausschnitt in Draufsicht in2 nach1 dargestellt ist. - Dabei weist das Kanalträgerblech
2 eine Dicke dB auf, die im Vergleich zur Dicke dA des Abdeckblechs5 größer sein kann, wie in3 in einem Längsschnitt vor der Verlötung des Kanalträgerblechs2 mit dem Abdeckblech5 gezeigt ist. - Eine erfindungsgemäße zweite Wärmeübertragerplatte
20 kann auch, wie in4 gezeigt ist, aus zwei Kanalträgerblechen21 ,22 bestehen, die spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und auf den zueinander zugeordneten Oberflächenbereichen26 ,27 offene korrespondierende Kanälen haben und kontaktierend miteinander verlötet sind, wobei die Dicken dB21, dB22 der Kanalträgerbleche21 ,22 gleich mit dB21 = dB22 oder unterschiedlich mit dB21 ≠ dB22 sein können. - Eine erfindungsgemäße dritte Wärmeübertragerplatte
30 kann des Weiteren, wie in5 gezeigt ist, alternativ ein Kanalträgerblech23 mit auf beiden Oberflächenbereichen24 ,25 vorhandenen offenen Kanälen aufweisen, wobei die beiden Oberflächenbereiche24 ,25 mit jeweils einem aufgelöteten Abdeckblech51 ,52 verschlossen werden können. - Bei einer in Bezug auf die Kanalparallelfelder
12 ,13 abgewandelten erfindungsgemäßen Wärmeübertragerplatte1 , wie z.B. zusätzlich in2 eingezeichnet gezeigt ist, können in einer besonderen Ausführung die vom Abdeckblech5 oder einem anderen Kanalträgerblech geschlossenen Kanäle14 ,15 im jeweiligen O berflächenbereich eines Kanalträgerblechs2 so mittels Quersperren28 miteinander verbunden sein, dass das Hochdruckkältemittel teilweise zwischen den durch die Quersperren28 geschlossenen Kanälen wechselnd fließen kann, wodurch eine Wärmeübertragung und ein Druckausgleich im Hochdruckkältemittel über dem Querschnitt des/der Kanalträgerblechs/Kanalträgerbleche2 erfolgt. - Das ist auch zur Verminderung der ungünstigen Auswirkungen bei mechanischem Blockieren von Kanälen oder in ähnlichen Fällen nützlich.
- Bei den zur jeweiligen erfindungsgemäßen Wärmeübertragerplatte
1 ,20 ,30 gehörenden Kanalträgerblechen können die offenen Kanäle14 ,15 in dem/in den Oberflächenbereich/en3 ,24 ,25 ,26 ,27 eines Kanalträgerblechs/der Kanalträgerbleche2 ,21 ,22 ,23 wahlweise geprägt, gewalzt oder gefräst sein. - Der Vorteil der erfindungsgemäßen Wärmeübertragerplatte
1 ,20 ,30 besteht darin, dass die durch Verlötung geschlossenen Kanäle14 ,15 für eine maximale mechanische Festigkeit sowie eine maximale Wärmeübertragung und einen maximalen Strömungswirkungsgrad ausgelegt sein können. -
- 1
- Wärmeübertragerplatte
- 2
- erstes Kanalträgerblech
- 3
- erster Oberflächenbereich
- 4
- zweiter Oberflächenbereich
- 5
- erstes Abdeckblech
- 6
- Übertragereinfügungsstirnseite
- 7
- Einlassbereich
- 8
- Auslassbereich
- 9
- Einfügungsbereich
- 10
- freie Stirnseite
- 11
- freier Bereich
- 12
- erstes Kanalparallelfeld
- 13
- zweites Kanalparallelfeld
- 14
- paralleler Kanal
- 15
- paralleler Kanal
- 16
- Kanalbogenfeld
- 17
- gebogener Kanal
- 20
- zweite Wärmeübertragerplatte
- 21
- zweites Kanalträgerblech
- 22
- drittes Kanalträgerblech
- 23
- viertes Kanalträgerblech
- 24
- Oberflächenbereich
- 25
- Oberflächenbereich
- 26
- Oberflächenbereich
- 27
- Oberflächenbereich
- 28
- Quersperre
- 30
- dritte Wärmeübertragerplatte
- 31
- Verengung
- 32
- Erweiterung
- 51
- zweites Abdeckblech
- 52
- drittes Abdeckblech
- dB
- Dicke eines Kanalträgerblechs
- dA
- Dicke eines Abdeckblechs
Claims (8)
- Wärmeübertragerplatte (
1 ,20 ,30 ) für Hochdruckkältemittel in einem in benachbart angeordnete Einlasstank und Auslasstank unterteilten Platten-Rippen-Wärmeübertrager, aufweisend mindestens ein Kanalträgerblech (2 ) mit in mindestens einem der Oberflächenbereiche (3 ,4 ) vorhandenen parallelen offenen Kanälen (14 ,15 ) und mindestens einem darauf verlötbaren Abdeckblech (5 ) und/oder einem weiteren Kanalträgerblech, wobei das Kanalträgerblech (2 ) auf der einen Übertragereinfügungsstirnseite (6 ) einen in Einlassbereich (7 ) und Auslassbereich (8 ) unterteilten Einfügungsbereich (9 ) zum Einstecken in den in benachbart angeordneten Einlasstank und Auslasstank unterteilten Wärmeübertrager und auf der anderen Stirnseite (10 ) einen freien Bereich (11 ) besitzt, und dass in mindestens einem der beiden Oberflächenbereiche (3 ,4 ) zwei ebene, parallel geführte Kanalparallelfelder (12 ,13 ) mit jeweils parallel gerichteten, oberflächenseitig offenen Kanälen (14 ,15 ) nebeneinander angeordnet sind, die im freien Bereich (11 ) über ein drittes ebenes Kanalbogenfeld (16 ) mit gebogenen, gleichfalls oberflächenseitig offenen Kanälen (17 ) miteinander verbunden sind, wobei jeweils einem parallelen Kanal (14 ,15 ) aus den parallel geführten Kanalparallelfeldern (12 ,13 ) ein gebogener Kanal (17 ) des Kanalbogenfeldes (16 ) zur durchgehenden Kanalführung zugeordnet ist. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalträgerblech (
2 ) eine Dicke (dB) aufweist, die im Vergleich zur Dicke (dA) des Abdeckblechs größer ist. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Kanäle (
14 ,15 ) in ein Kanalträgerblech (2 ) von 0,7 bis 1,2 mm Dicke (dB) eingearbeitet sind und das Abdeckblech (5 ) eine Dicke (dA) von 0,25 bis 0,45 mm aufweist. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einlassbereich (
7 ) und Auslassbereich (8 ) eine Steckaussparung (29 ) vorgesehen ist, die die Kanalparallelfelder (12 ,13 ) beim Einstecken der Mehrkanalrohrplatte (2 ) in ein aus Einlasstank und Auslasstank eines Wärmeübertragers trennt, wobei der Einlassbereich (7 ) und der Auslassbereich (8 ) aus einer anfänglichen Verengung (31 ) in eine Erweiterung (32 ) bis hin zu den Kanalparallelfeldern (12 ,13 ) übergehen. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei Kanalträgerblechen (
21 ,22 ) besteht, die spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und mit den offenen korrespondierenden Kanälen auf den Oberflächenbereichen (26 ,27 ) kontaktierend miteinander verlötet sind, wobei die Dicken (dB) der Kanalträgerbleche (21 ,22 ) gleich oder unterschiedlich sind. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kanalträgerblech (
23 ) mit auf beiden Oberflächenbereichen (24 ,25 ) vorhandenen offenen Kanälen aufweist, wobei die beiden Oberflächenbereiche (24 ,25 ) mit jeweils einem aufgelöteten Abdeckblech (51 ,52 ) geschlossen sind. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Abdeckblech (
5 ) oder einem anderen Kanalträgerblech (21 ,22 ) geschlossenen Kanäle (14 ,15 ) im jeweiligen Oberflächenbereich eines Kanalträgerblechs (2 ,21 ,22 ,23 ) so durch eingebrachte Quersperren (28 ) über mehrere Kanäle innerhalb der Kanalparallelfelder (12 ,13 ) miteinander verbunden sind, dass das Hochdruckkältemittel teilweise zwischen den geschlossenen Kanälen wechselnd fließen kann, wodurch eine Wärmeübertragung und ein Druckausgleich im Hochdruckkältemittel über dem Querschnitt des Kanalträgerblechs/der Kanalträgerbleche (2 ,21 ,22 ,23 ) erfolgt. - Wärmeübertragerplatte nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Kanäle (
14 ,15 ) im Oberflächenbereich (3 ,24 ,25 ,26 ,27 ) eines Kanalträgerblechs (2 ,21 ,22 ,23 ) geprägt, gewalzt oder gefräst sind.
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DE102007039757A DE102007039757A1 (de) | 2006-12-06 | 2007-08-17 | Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel |
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DE102006057510 | 2006-12-06 | ||
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DE102007039757A DE102007039757A1 (de) | 2006-12-06 | 2007-08-17 | Wärmeübertragerplatte für Hochdruckkältemittel |
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---|---|
DE102007039757A1 true DE102007039757A1 (de) | 2008-06-19 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102007039757A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-08-17 DE DE102007039757A patent/DE102007039757A1/de active Pending
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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