DE2349776A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING HOLLOW PRESSED BODIES - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING HOLLOW PRESSED BODIESInfo
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Description
PatentanwältePatent attorneys
5. November 19735th November 1973
Dr.-!;>:j. H. Kinkeidey
; Dr.-Ir.jj. Dr .- !;>: j. H. Kinkeidey ; Dr.-Ir.jj.
W. W.
StookmairStookmair
8 München 22, Maximi/ianatr. 438 Munich 22, Maximi / ianatr. 43
CRUCIBLE, INC.CRUCIBLE, INC.
P. O. Box 88, Parkway West and Eoute 60, Pittsburgh, State of Pennsylvania, USAP. O. Box 88, Parkway West and Eoute 60, Pittsburgh, State of Pennsylvania, USA
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hohler PresskörperMethod and device for producing hollow compacts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hohler Presskörper aus pulverförmigen Legierungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for producing hollow compacts from powdered alloys and to a device to carry out this procedure.
In der Praxis der pulvermetallurgischen Herstellung der verschiedensten Formkörper ist, bekannt, das Legierungs- hz\'i. Metallpulver in einen Behälter bzw. in eine Hohlform zu geben, die Form auf einen Bereich mittlerer Temperaturen zu erwärmen, wodurch gasförmige Reaktionsprodukte entfernt werden, und anschliessend die Form auf eine erhöhte Temperatur zu bringen, bei der die Beschickung auf den endgültigen , Wert verdichtet wird. Es wurde gefunden, dass eine homogenere Verdichtung erreicht v/erden kann, wenn man isostatische Drüqke erzeugt. Üblicherweise werden diese isostatischen Drücke dadurch erzeugt, dass man die beschickte Form zur Kompakt!erung in ein Gasdruckgefäss, d.h. also einen Autoklaven,In the practice of powder-metallurgical production of the most varied of shaped bodies, it is known that the alloy hz \ 'i. To put metal powder in a container or in a hollow mold, to heat the mold to a range of medium temperatures, whereby gaseous reaction products are removed, and then to bring the mold to an elevated temperature at which the charge is compressed to the final value . It has been found that more homogeneous densification can be achieved by creating isostatic pressures. These isostatic pressures are usually generated by placing the charged mold in a gas pressure vessel, i.e. an autoclave, for compacting.
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• setzt. Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung des isostatischen Druckes die Metallpulverbeschickung nicht so weit erhitzt zu werden braucht, dass die während und ■ durch die- Feinzerkleinerung erzielte günstige Mikrostruktur der Teilchen nachteilig verändert wird. Auf diese Weise können Formkörper hergestellt werden, die nicht nur eine effektive Produktdichte von praktisch 100 % der theoretischen Dichte der entsprechenden Legierung, aus der das Beschickungspulver bestand, aufweisen, sondern gleichzeitig eine homogene Makrostruktur besitzen, die derjenigen der feinstzerkleinerten Staubteilchen der verwendeten Beschickung entspricht. Es können durch dieses Verfahren also viele Nachteile vermieden werden, die bei der Herstellung von Formkörpern durch die Gusstechnik auftreten. Einer der wesentlichsten Nachteile der Gusstechnik liegt darin, dass aufgrund des langsamen Abkühlens des vergossenen Materials und des langsamen Übergangs vom geschmolzenen zum festen Aggregatzustand zwangsläufig unerwünschte innere Strukturen gebildet werden. Es ist praktisch nicht möglich, nach der Gussteclinik grössere Formkörper mit vollkommen homogener Struktur herzusteilen.• puts. It has been shown that, by using isostatic pressure, the metal powder charge does not need to be heated to such an extent that the favorable microstructure of the particles achieved during and through the fine comminution is disadvantageously changed. In this way, molded bodies can be produced which not only have an effective product density of practically 100% of the theoretical density of the corresponding alloy from which the feed powder consisted, but at the same time have a homogeneous macrostructure that corresponds to that of the finely comminuted dust particles of the feed used. This process can therefore avoid many of the disadvantages that occur in the production of moldings using the casting technique. One of the main disadvantages of casting technology is that, due to the slow cooling of the cast material and the slow transition from the molten to the solid state of aggregation, undesirable internal structures are inevitably formed. It is practically impossible to produce larger moldings with a completely homogeneous structure after the casting clinic.
Bei der Herstellung von beispielsweise Turbinenschaufeln, Turbinenleitblechen oder verschiedenen anderen Komponenten von Strahltriebwerken ist es übliche Praxis, die entsprechenden Formkörper hohl herzusteilen. Einerseits wird ein hohles Inneres beispielsweise für den Kühlmittelumlauf, andererseits für eine Gewichtsersparnis benötigt. Da die genannten hochwertigen Erzeugnisse im allgemeinen aus teuren Legierungen und Speziallegierungen, in der Regel auf Titanbasis, bestehen, spielt auch der Gesichtspunkt der Kostenersparnis, durch Materialersparnis eine nicht zu vernachlässigende Rolle.In the manufacture of, for example, turbine blades, turbine baffles or various other components It is common practice for jet engines to produce the corresponding shaped bodies in a hollow manner. On the one hand will a hollow interior is required, for example for the coolant circulation, on the other hand for a weight saving. There the mentioned high-quality products generally made of expensive alloys and special alloys, in the Usually based on titanium, there is also the aspect of cost savings, through material savings not negligible role.
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.Aufgrund der hohen Kosten der in den genannten Anwendungsbereichen verwendeten Legierungen ist es daher bei der Herstellung von metallkeramischen Hohlkörpern vorteilhaft, nicht nur darauf zu achten, Erzeugnisse mit homogener Struktur herzustellen, sondern bei der Herstellung der Formkörper auch vor allem darauf zu achten, dass möglichst wenig Material verworfen werden muss, dass also beispielsweise der hergestellte Formling praktisch nicht mehr oder nur noch in ganz geringem Masse nachgearbeitet zu werden braucht. Bei der Herstellung von Formkörpern durch die Gusstechnik ist zumindest für Formkörper der genannten Art nach dem Entnehmen des Formlings aus der Gussform eine ausführliche Kachbearbeitung erforderlich.Due to the high costs of the application areas mentioned The alloys used, it is therefore advantageous in the production of metal-ceramic hollow bodies, not only to ensure that products with a homogeneous structure are manufactured, but also when manufacturing the Moldings also have to be ensured above all that as little material as possible has to be discarded, that is, for example the molding produced is practically no longer reworked or only reworked to a very small extent needs to be. In the production of moldings using the casting technique, the aforementioned is at least for moldings After removing the molding from the mold, extensive caching is required.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlkörpern mit gleichmässiger homogener Struktur zu schaffen, bei dem die erhaltenen Formkörper nicht nachträglich ausgebohrt werden müssen und auch kaum noch einer Nacharbeitung der äusseren Flächen bedürfen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.The invention is therefore based on the object of providing a method for producing metallic hollow bodies to create a uniform, homogeneous structure in which the molded bodies obtained are not subsequently drilled out have to be and hardly need any reworking of the outer surfaces, as well as a device for Carry out this procedure to create.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfxndungsgemass ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Kombination aus einer nicht verformbaren Hohlform, deren Innenkontur im wesentlichen der Aussenkontur des Presskörpers entspricht, und einem hohlen Formkern herstellt, dessen Aussenkontur im. wesentlichen der Innenkontur des Presskörpers entspricht, dass man den Zwischenraum zwischen der Innenwandung der ' ' Hohlform und der Aussenwandung des Formkerns mit dem Le- ■ gierungspulver beschickt und dass man das Pulver auf erhöhte Temperatur bringt und zur Kompaktierung einem isostatischen Druck aussetzt.To solve this problem, a method of the type mentioned is proposed according to the invention, which is characterized in that one has a combination of a non-deformable hollow shape, the inner contour of which in essentially corresponds to the outer contour of the compact, and produces a hollow mold core, the outer contour of which in the. essentially corresponds to the inner contour of the pressed body that the space between the inner wall of the '' The hollow mold and the outer wall of the mold core are charged with the alloy powder and that the powder is applied brings increased temperature and compaction a subject to isostatic pressure.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens zur Herstellung von hohlen Presskörpern wird eine kombinierte Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Form enthält, deren innerer Hohlraum den äusseren Abmessungen und der äusseren Kontur des Formkörpers entspricht, die weiterhin einen Kern, der innen hohl ist, enthält, und der so im Inneren der hohlen Form angeordnet ist, dass er nicht das gesamte innere Volumen der Hohlform ausfüllt. Das verbleibende Hohlraumvolumen der Hohlform kann mit dein Metallpulver oder Legierungspulver, aus dem der For-nnling hergestellt werden soll, gefüllt werden. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, die den hohlen Innenraum des Kerns mit dem Äusseren der Vorrichtung verbinden können, Mittel, die die Höhlung der Form evakuieren können und Mittel, die einen gasdichten Verschluss des Inneren der Hohlform ermöglichen.To carry out this process for the production of hollow compacts a combined device is proposed which contains a mold, the inner cavity corresponds to the external dimensions and the external contour of the molded body, which continues to have a core that is hollow inside, and which is so arranged inside the hollow shape that it does not include the entire interior Fills the volume of the hollow shape. The remaining cavity volume of the hollow mold can be filled with your metal powder or alloy powder, from which the molding is made should be filled. Furthermore, means are provided that the hollow interior of the core with the exterior of the Device can connect, means that can evacuate the cavity of the mold and means that can be gas-tight Allow closure of the interior of the hollow mold.
Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird im einzelnen also zunächst eine Vorrichtung hergestellt und zusammengesetzt, die auch die Metallpulverbeschickung enthält, auf erhöhte Temperaturen erwärmt wird und als Einheit einem isostatischen Kompaktierungsdruck ausgesetzt wird, wobei das Metallpulver der Beschickung auf eine effektive Dichte von über 95 % der theoretischen Dichte kompaktiert wird. Die kombinierte Vorrichtung enthält eine Hohlform, deren Innenkontur der Aussenkontur -des herzustellenden hohlen Presskörpers entspricht. Weiterhin enthält sie einen Formkern, der ebenfalls hohl isit und so im Irmenraum der Hohlform gelagert ist, dass die Aussenkontur und die äusseren Abmessungen das Formkern der Innankontur des herzustellenden Formlinge entsprechen und dass die gewünschten Wandstärken des Presskörpers eingehalten werden.» Das vom Formkern nicht ausgefüllte Restvolumen des Hohlformraums wird mit dem zu kompakt!erenden Metallpulver angefüllt. NachIn the practical implementation of the method according to the invention, a device is first produced and assembled, which also contains the metal powder charge, is heated to elevated temperatures and is subjected to an isostatic compacting pressure as a unit, the metal powder of the charge being reduced to an effective density of over 95 % of the theoretical density is compacted. The combined device contains a hollow shape, the inner contour of which corresponds to the outer contour of the hollow compact to be produced. It also contains a mold core, which is also hollow and is stored in the inner space of the hollow mold in such a way that the outer contour and the outer dimensions of the mold core correspond to the inner contour of the molded article to be produced and that the desired wall thicknesses of the pressed body are maintained. » The remaining volume of the cavity not filled by the mold core is filled with the too compact metal powder. To
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dem Entgasen des rnit dem Pulver gefüllten Hohlforminnenraums in an sich bekannter Weise wird die gesamte Kombination auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt und zur Kompaktierung des Pulvers einem isostatischen Druck ausgesetzt. Vorzugsweise wird der gesamte Formaufbau in einen abschliessbaren Behälter eingesetzt, der Mittel enthält, um den hohlen Innenraum des Formkerns mit dem äusseren der Vorrichtung zu verbinden. Um eine gute Innencmalität des hohlen Presskörpers sicherzustellen, wird der Formaufbau vorzugsweise auf eine Temperatur von beispielsweise 316 °C erwärmt und evakuiert, um alle während dieser Erwärmung im Inneren der Form gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukte abzuziehen. Änschliessend wird die Form vor der Erhöhung der Temperatur auf die Kompressionstemperatur gegen die Atmosphäre hermetisch abgeschlossen. Während der Kompaktierung unter Anwendung eines isostatischen Druckes wird das Innere des Formkerns mit der Umgebung verbunden, so dass während des Kompaktierens der Druck im Kerninneren gleich dera Umgebungsdruck ausserhalb des Formaufbaus ist. Dadurch dehnt sich der Kern in der Hohlform aus und presst das Pulver gegen die Innenwandungen der Hohlform und bewirkt so die erforderliche Kompaktierung. Für die Kompaktierungszwecke werden mit Argon, Stickstoff oder Helium arbeitende Autoklaven bevorzugt. Dabei haben sich Gasdrücke im Bereich von 35 bis 2110 kp/cm in Verbindung mit Pulvertemperaturen während des Kompaktierens im Bereich von 538 bis 1260 C als besonders geeignet erwiesen. Die im einzelnen zu wählende Temperatur hängt dabei selbstverständlich von der Art des Legierungspulvers und der Grosse des für die Kontaktierung aufgewendeten Gasdruckes ab.degassing the cavity filled with the powder In a manner known per se, the entire combination is heated to an elevated temperature and compacted of the powder is subjected to isostatic pressure. The entire mold structure is preferably made into a lockable one Container used, which contains means to the hollow interior of the mold core with the exterior of the device connect to. In order to ensure that the hollow press body has good internal dimensions, the structure of the mold preferably heated to a temperature of e.g. 316 ° C and evacuated to all during this heating withdraw gaseous reaction products formed inside the mold. Then the shape before the increase the temperature to the compression temperature hermetically sealed against the atmosphere. During compaction using isostatic pressure, the interior of the mold core is connected to the environment, so that during compaction the pressure inside the core is equal to the ambient pressure outside the mold structure. As a result, the core expands in the hollow mold and presses the powder against the inner walls of the hollow mold and thus effects the required compaction. For compaction purposes, argon, nitrogen or Helium working autoclaves are preferred. Gas pressures in the range from 35 to 2110 kp / cm have been associated with one another with powder temperatures during compaction in the range of 538 to 1260 C have been found to be particularly suitable. the The temperature to be selected in detail depends of course on the type of alloy powder and the The size of the gas pressure used for contacting away.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung ist insbesondere für die Herstellung von Turbinenschaufein, Turbinen1eitblechen und anderen Turbinenelementen aus Legierungen auf Titanbasis und anderen Speziallegierungen des StandardspeEiallegierungsbereichs geeignet. Eine Reihe dieser Legierungen sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusarnmenaestellt.The method according to the invention is particularly useful for Manufacture of turbine blades, turbine baffles and other turbine elements made from titanium-based alloys and other special alloys from the standard special alloy range suitable. A number of these alloys are listed in Table 1 below.
v cb_ji_ jy_v cb_ji_ jy_
- " " Bal*- "" Bal *
k ~ ' Bal· k ~ ' Bal
IK 100 0,18 10 l5f0 3,0 h,7 $t$ ^Olk - - - Bai.IK 100 0.18 10 l5 f 0 3.0 h, $ 7 t $ ^ Olk - - - Bai.
Rene 95 οr06 13 8f0 3T5 2f5 3f5^01 - 3^5 3,5 BaI.Rene 95 ο r 06 13 8 f 0 3 T 5 2 f 5 3 f 5 ^ 01 - 3 ^ 5 3.5 BaI.
713· LC 0f05 12 - hr5 0,6 5,9 ofbl - 2f0 - BaI.713 LC 0 f 05 12 - h r 5 0.6 5.9 o f bl - 2 f 0 - BaI.
BaI. = BalanceBaI. = Balance
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the drawing. Show it:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einenFig. 1 in a schematic representation
vertikalen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäss der Erfindung undvertical cross section through an embodiment of a device according to the invention and
Fig. 2 einen Querschnitt nach II-II in Fig. 1.FIG. 2 shows a cross section according to II-II in FIG. 1.
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Das in den Figuren J. und 2 gezeigte Äusführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung einer hohlen Turbinenschaufel. Es versteht sich, dass mit der gleichen Anordnung auch beliebige andere Formkörper, beispielsweise Zylinder, hergestellt v/erden können. Die Kombination 10 zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung umfasst eine Hohlform 12 mit einem inneren Hohlraum 14, dessen Wandung der Äussenkontur der herzustellenden Formkörpers, hier der Turbinenschaufel, entspricht. In dem Hohlraum 14 befindet sich,axial ausgerichtet, ein Formkern 16, der beispielsweise aus Weichstahl bestehen kann. Die Äussenkontur des Formkerns entspricht der gewünschten Innenkontur des herzustellenden Formkörpers, hier der Turbinenschaufel. Der Formkern 16 weist einen inneren Hohlraum 18 auf, der über ein einstückig angeformtes Rohr 20 mit der Umgebung der Kombination 10 verbunden ist. Der vom Formkern 16 nicht ausgefüllte Raum des Hohlraums 14 der Hohlform 12 wird mit dem Legierungspulver 22 beschickt. Die Form 12 wird von einem zylindrischen Weichstahlbehälter 24 umschlossen, an dessen Boden ein Rohr 26 befestigt ist. Der Behälter ist mit einem Deckel 28 versehen, mit dessen Hilfe die Form hermetisch gegen die Umgebungsatmosphäre abgeschlossen v/erden kann. Der Deckel 28 besitzt eine Öffnung 30, durch die hindurch das Rohr 20 des Kerns 16 aus dem Aufbau herausragt.The exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2 relates to the production of a hollow turbine blade. It goes without saying that any other shaped bodies, for example Cylinder, can be produced. The combination 10 for carrying out the method according to the invention comprises a hollow mold 12 with an inner cavity 14, the wall of which has the outer contour of the molded body to be produced, here the turbine blade, corresponds. In the cavity 14 is located, axially aligned, a mold core 16, the can for example consist of mild steel. The outer contour of the mold core corresponds to the desired inner contour of the molded body to be produced, here the turbine blade. The mold core 16 has an inner cavity 18, the is connected to the surroundings of the combination 10 via an integrally molded tube 20. Not from the mold core 16 The filled space of the cavity 14 of the hollow mold 12 is charged with the alloy powder 22. The shape 12 becomes enclosed by a cylindrical mild steel container 24, to the bottom of which a tube 26 is attached. The container is provided with a lid 28, with the help of which the Form can be hermetically sealed against the ambient atmosphere. The lid 28 has an opening 30 through which protrudes through the tube 20 of the core 16 from the structure.
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 10 wird mit geschlossenem Deckel 28 auf eine mittlere Temperatur erwärmt, um jeden Wasserrest im Hohlformraum 14 zu verdampfen und gegebenenfalls in der Pulverbeschickung vorliegende Oxide zu reduzieren. Das-Rohr 26 wird mit einer in den Figuren nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden, um die bei der Erwärmung gebildeten gasförmigen-Produkte bzw. Reaktionsprodukte aus der Hohlform abzuziehen. DieserThe device 10 shown in FIGS. 1 and 2 is brought to a medium temperature with the lid 28 closed heated in order to evaporate any residual water in the cavity 14 and possibly present in the powder charge To reduce oxides. The tube 26 is connected to a vacuum pump, not shown in the figures, in order to the gaseous products formed during heating or to withdraw reaction products from the hollow mold. This
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an sich bekannte ,Vorgang \»/ird ans Entgasen bezeichnet. Nach Abschluss der Entgasung wiard das Rohr 26 und damit der gesamte Formaufbau gasdicht verschlossen. Lediglich der Innenraum 18 des Formkerns 16 steht über das Rohr 20 durch die Öffnung 30 im Deckel 28 hindurch mit der Umgebung in Verbindung.a process known per se is referred to as degassing. To The end of the degassing is the pipe 26 and thus the entire mold structure sealed gas-tight. Only the interior 18 of the mold core 16 protrudes beyond the tube 20 the opening 30 in the cover 28 through with the environment in communication.
Der Aufbau wird dann auf die gewünschte Kompaktierungstemperatur erhitzt. Wie bereits vorstehend erwähnt, richtet sich diese Temperatur im wesentlichen nach der Art und der Zusammensetzung des zu kompaktierenden Legierungspulvers und nach der Höhe des für die Kompression aufgewendeten Druckes. Beim Erreichen der entsprechenden erhöhten Temperatur wird die Kombination 10 in einen Autoklaven gesetzt, wo sie einem für die Kompaktierung des Legierungspulvers auf die gewünschte Enddichte entsprechenden isostatischen Druck ausgesetzt wird. Dabei bewirkt das fluide Druckmedium im hohlen Innenraum des Kerns 16 die Kompression des Legierungspulvers der Beschickung 22 gegen den Widerstand der Innenwandungen des Formhohlraums 14., Es ist daher wichtig, dass die Form 12 unter den gegebenen Temperatur- und Druckbedingungen unbedingt formbeständig bleibt und aus dementsprechend geeignetem Material in geeigneter Konstruktion gefertigt ist. Nach Beendigung der Kontaktierung wird die Kombination abgekühlt und werden die Hohlform und der Formkern vom Formling entfernt, der bereits im wesentlichen seine Sollform und seine Solläbmessungen, hier als Turbinenschaufel, aufweist.The build-up is then brought to the desired compaction temperature heated. As already mentioned above, this temperature depends essentially on the type and the composition of the alloy powder to be compacted and the amount used for compression Pressure. When the corresponding elevated temperature is reached, the combination 10 is placed in an autoclave set where they are appropriate for the compaction of the alloy powder to the desired final density isostatic pressure. The fluid pressure medium acts in the hollow interior of the core 16 the compression of the alloy powder of the charge 22 against the resistance of the inner walls of the mold cavity 14., It is therefore important that the mold 12 is absolutely dimensionally stable under the given temperature and pressure conditions remains and is made of appropriately suitable material in a suitable construction. To When the contact is complete, the combination is cooled and the mold and the mold core are removed from the mold Removed molding that already has its nominal shape and nominal dimensions, here as a turbine blade, having.
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Claims (11)
Applications Claiming Priority (2)
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US30608172 | 1972-11-13 |
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DE2349776C3 DE2349776C3 (en) | 1976-02-26 |
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ID=
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Also Published As
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GB1400118A (en) | 1975-07-16 |
IT996340B (en) | 1975-12-10 |
FR2206147A1 (en) | 1974-06-07 |
JPS4978607A (en) | 1974-07-29 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |