DE3244105A1 - Control device for synchronous motors - Google Patents
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Abstract
Description
Steuervorrichtung für Synchronmotoren Control device for synchronous motors
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für SynchronmDtoren, gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüchen, zum genauen Regeln der Stromstärke in den Wicklungen eines Synchronmotorsauf einen vorgegeben.en Wert.The invention relates to a control device for synchronous motors, according to the preambles of the independent claims, for the precise regulation of the amperage in the windings of a synchronous motor to a predetermined value.
Steuergeräte für Synchronmotoren gemäß dem Stand der Technik sind in der Beziehung nachteiliz, daß der durch die jeweilige Phase fließende Strom durch eine induzierte Spannung in den Wicklungen des Motors beeinflußt und verändert wird, was eine genaue Regelung verhindert. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines solchen herkömmlichen Gerätes für einen Dreiphasen-Synchronmotor dargestellt. Ein Synchronmotor 17 ist mit einem Tachogenerator 18 zum Feststellen der Drehzahl des Motors und mit einem Läuferpositionsdetektor 19 verbunden, dessen Ausgangssignal PF zusammen mit einer Läufer-Führungsgröße RC in ein Subtrahierglied 1 gegeben wird, dessen Ausgangssignal, eine Drehzahl-Führungströße SC, einem Subtrahierglied 2 zusammen mit einem Drehzahl-Rückkopplungssignal SF vom Tachogenerator 18 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal SCA in Multiplizierer 25 bis 27 als Drehzahl-Fehlersignale SES über einen PID (Proportional-Integral-Differenzial-) Kompensator -3 gegeben wird. Das Positions-Rückkopplungssignal PF wird auch in einen Dreiphasen (U, V, W)-Sinusgenerator 24 angegeben, dessen Ausgangssignale SWu, SWv und SWw in den Multiplizierern 25 - 27 in Sinussignale umgewandelt werden, deren Phasen sich voneinander um 2 X unter-3 scheiden und deren Ausgangssignal.e, Dreiphasen-Wechselstromführungströßen CCu, ECv und CCw,in Subtrahierglieder 5 - 7 jeweils zusammen mit Stromrückkopplungssignalen EFu, CFv und EFw gegeben werden, die von Stromdetektoren 14 - 16 für die jeweilige Phase übertragen werden.Control devices for synchronous motors according to the prior art disadvantage in the relationship that the current flowing through the respective phase an induced voltage in the windings of the motor is influenced and changed, which prevents precise regulation. In Fig. 1 is an embodiment of such conventional device for a three-phase synchronous motor shown. A synchronous motor 17 is with a tachometer generator 18 for determining the speed of the motor and with a rotor position detector 19 connected, the output signal PF together with a rotor reference variable RC is fed into a subtracter 1, the output signal of which, a speed control variable SC, a subtracter 2 together with a speed feedback signal SF is fed from the tachometer generator 18, whose output signal SCA in multiplier 25 to 27 as speed error signals SES via a PID (proportional-integral-differential) Compensator -3 is given. The position feedback signal PF is also converted into a Three-phase (U, V, W) sine wave generator 24 indicated, the output signals SWu, SWv and SWw are converted into sinusoidal signals in the multipliers 25-27, their Phases differ from each other by 2 X-3 and their output signal.e, three-phase alternating current carrying currents CCu, ECv and CCw, in subtractors 5-7, each along with current feedback signals EFu, CFv and EFw are given by current detectors 14-16 for the respective Phase are transferred.
Weiterhin werden Ausgangssignale ECu, ECv und ECw von den Subtrahiergliedern 5 - 7 jeweils in PlD-Kompensatoren 8 - 10 eingegeben, deren Ausgangssignale CEu, CEv und CEw durch Leistungsverstärker 11 - 13 verstärkt werden und den jeweiligen Phasen des Synchronmotors 17 als Antriebsströme DRCu, DRCv und DRCw zugeführt werden.Furthermore, output signals ECu, ECv and ECw from the subtractors 5 - 7 each entered in PID compensators 8 - 10, whose output signals CEu, CEv and CEw are amplified by power amplifiers 11-13 and the respective phases of the synchronous motor 17 as drive currents DRCu, DRCv and DRCw are fed.
Wie schon oben erwähnt, wird bei einem solchen herkömmlichen Steuergerät beim Drehen des Synchronmotor-s 17 bei einer gegebenen Drehzahl und einer gegebenen Belastung, zum Beispiel in Bezug auf den Strom und die Spannung der U-Phase, das Ausgangssignal SWu des Dreiphasen-Sinusgenerators 24 zusammen mit dem Drehzahl-Fehlersignal SES in den Multiplizierer 25 gegeben und bildet dort eine Stromführungsgröße CCu, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist. Da, wie es in Fig. 2b dadurch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, eine U-Phasenspannung Vu aus dem Leistungsverstärker 11 abgegeben wird, zeigt die Spannung Vru, die in der U-Phasenwicklung des Motors induziert wird, die Form, wie sie in Fig. 2b durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, und es fließt ein Phasenstrom in der Wicklung des Motors, wie er durch die Schrägstriche dargestellt ist. Da die Wellenform stark durch die induzierte Spannung beeinflußt ist, ist jedoch eine Wellenform anzunehmen, die von der verschieden ist, die durch die Stromführungsgröße CCu gemäß Fig. 2a gegeben ist, was zu Schwierigkeiten in der genauen Regelung des Stromes führt.As already mentioned above, with such a conventional control device when rotating the synchronous motor 17 at a given speed and a given Load, for example in relation to the current and the voltage of the U-phase, that Output signal SWu of the three-phase sine wave generator 24 together with the speed error signal SES given to the multiplier 25 and there forms a current command variable CCu, as shown in Fig. 2a. Since, as shown in Fig. 2b, thereby a solid Line shown, a U-phase voltage Vu output from the power amplifier 11 shows the voltage Vru induced in the U-phase winding of the motor, the shape as shown in Fig. 2b by the dashed line, and it a phase current flows in the winding of the motor as indicated by the slashes is shown. Because the waveform is strongly influenced by the induced voltage however, assume a waveform different from that represented by the current command variable CCu according to FIG. 2a is given, which leads to difficulties in the precise regulation of the current leads.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für Synchronmotoren anzugeben, die verhindern kann, daß Stromführungssignale für jeweilige Phasen durch die induzierte Spannung beeinflußt werden, die durch den Phasenstrom hervorgerufen wird, wenn ein Synchronmotor mit einer gegebenen Drehzahl unter einer gegebenen Last läuft.The invention is based on the object of a control device for Specify synchronous motors that can prevent current carrying signals for respective Phases are influenced by the induced voltage, that by the phase current is caused when a synchronous motor with a given speed is below a given load is running.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die nebengeordneten Ansprüche gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.The inventive solution to this problem is through the subordinate Claims given. Advantageous developments are characterized in the dependent claims.
Mit erfindungsgemäßen Steuervcrrichtungen für Synchronmotoren, wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst und es wird dabei der Strom genau geregelte in dem ein nachteiliger Effekt durch eine Spannung vermieden wird, die durch den Fluß von Phasenströmen durch die Wicklungen des Motors induziert ist. With control devices for synchronous motors according to the invention the object according to the invention is achieved and the current is precisely regulated in which an adverse effect is avoided by a tension caused by the Flow of phase currents is induced through the windings of the motor.
Die Erfindung sowie Vorteile derselben werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Diagramm zum Erklären eines herkömmlichen Steuergerätes für Synchronmotoren, Fig. 2A-und 2B Zeitdiagramme zum Erklären der Funktion eines Steuergerätes gemäß Fig. 1> Fig. 2C ein Zeitdiagramm, das im Vergleich mit dem Stand der Tech.nik die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Steuergerätes zeigte Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform dieser Erfindung, Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der Phasenwicklung in einem Synchronmotor, Fig. 5 und 6 schematische Diagramme anderer Ausführungsformen der Erfindung und Fig. 7A - 71 Zeitdiagramme zum Erläutern der Funktion des Steuergerätes gemäß Fig. 6. The invention as well as advantages thereof are based on the following explained in more detail by figures. 1 shows a schematic diagram for explanation of a conventional control device for synchronous motors, FIGS. 2A and 2B timing diagrams to explain the function of a control device according to Fig. 1> Fig. 2C is a timing diagram, that in comparison with the state of the art, the mode of action of an inventive 3 shows a schematic diagram of an embodiment of the same Invention, FIG. 4 an equivalent circuit diagram of the phase winding in a synchronous motor, Figures 5 and 6 are schematic diagrams of other embodiments of the invention and 7A-71 timing diagrams for explaining the function of the control device according to FIG. 6th
Hinsichtlich der genauen Verschaltung und gegenseitigen Zuordnung der in den Figuren dargestellten Schaltungen wird hiermit ausdrücklich auf diese Figuren verwiesen. Eine anrneldungsgeinäße Steuervorrichtung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, weist Subtrahierglieder 1, 2 und 5 - 7, PID-Kompensatoren 3 und 8 - 10, Leistungsverstärker 11 - 13, Stromdetektoren 14 - 16, einen Synchronm.otor 17, einen Tachogenerator 18, einen Positionselder 19, einen Dreiphasen-Sinusgenerator 24 und Multiplizierer 25 - 27 auf, die mit den oben erläuterten herkömmlichen Bauteilen übereinstimmen. Das Gerät ist so aufgebaut, daß Multiplizierer 28 - 30 jeweils die Ausgangssignale SWu, SWv und SWw vom Dreiphasen-Sinusgenerator 24 und ein Läufergeschwindigkeitssignal SF multiplizieren, um Signale zu bilden, die proportional zur induzierten Dreiphasen-Spannung sind.With regard to the exact interconnection and mutual assignment the circuits shown in the figures are hereby expressly referred to Figures referenced. An application-compatible control device as shown in FIG. 3 shown has subtractors 1, 2 and 5-7, PID compensators 3 and 8-10, power amplifiers 11-13, current detectors 14-16, a synchronous motor 17, a tachometer generator 18, a position indicator 19, a Three-phase sine wave generator 24 and multipliers 25-27 made with the conventional components discussed above to match. The device is constructed in such a way that multipliers 28-30 each have the Output signals SWu, SWv and SWw from the three-phase sine wave generator 24 and a rotor speed signal Multiply SF to form signals proportional to the induced three-phase voltage are.
Die Ausgangssignale TWu, TWv und TWw der Multiplizierer werden in Addierer 20 - 22 zusammen mit Stromfehlersignalen CEu, CEv und CEw aus den PID-Kompensatoren 8 - 10 gegeben.The output signals TWu, TWv and TWw of the multipliers are in Adders 20-22 along with current error signals CEu, CEv and CEw from the PID compensators 8-10 given.
Die Addierresultate AEu, AEv und AEw aus den Addierern 20 - 22 werden jeweils wieder in die Leistungsverstärker 11 - 13 eingegeben.The addition results AEu, AEv and AEw from the adders 20-22 become each re-entered into the power amplifiers 11-13.
Die Wirkungsweise des so aufgebauten Gerätes wird im folgenden im wesentlichen für die U-Phase beschrieben.The mode of operation of the device constructed in this way is described below in essential for the U phase.
Die Kenngrößen der jeweiligen Schaltungsteile für die U-Phase sind so festgelegt, daß die U-Phasen Stromführungsgrößte CCu 10 Volt ist, die Ermittlungskapazität für den U-Ph-asen Stromdetektor 14 gleich 1 Volt/Ampere ist, der Verstärkungsfaktor des PID-Kompensators 8 gleich 1 und der Verstärkungsfaktor des Leistungsverstärkers 11 gleich 20 ist. Die U-Phasenwicklung, als Ersatzschaltung in Fig. 4 dargestellt, weist. einen inneren Widerstand R von 1 Ohm und eine induzierte Spannung Vru von 100 Volt/ 1000 Umdrehungen pro Minute auf. Die Stromregelung durch das Steuergerät erfolgt unter diesen angenommenen Bedingungen wie unter den Punkten (A) bis (C) im folgenden angegeben.The parameters of the respective circuit parts for the U-phase are determined so that the U-phase current control largest CCu is 10 volts, the detection capacity for the U-Phase current detector 14 is 1 volt / ampere, the gain of the PID compensator 8 is 1 and the gain of the power amplifier 11 equals 20. The U-phase winding, shown as an equivalent circuit in Fig. 4, shows. an internal resistance R of 1 ohm and an induced voltage Vru of 100 volts / 1000 revolutions per minute. The current regulation by the control unit takes place under these assumed conditions as under points (A) to (C) given below.
(A) Wenn die Drehzahl N des Motors 17 Null ist, wird die induzierte Spannung Vru = 0 Volt und das Korrektursignal für die induzierte Spannung ebenfalls 0 Volt. Es gilt dann die folgende Formel: [(10 - Iu) x 1 + 0] x 20 - Vru = Iu x 1 ......... (1) Gemäß der Formel mit den oben angegebenen Werten berechnet, wird der U-Phasenstrom Iu = 9,524 Ampere und die Spannung Vu = 9,524 Volt. Da die U-Phasenstromführunggröße 10 Ampere ist, kann eine Regelgenauigkeit von etwa 95% erzielt werden.(A) When the speed N of the motor 17 is zero, the induced Voltage Vru = 0 volts and the correction signal for the induced voltage as well 0 volts. The following formula then applies: [(10 - Iu) x 1 + 0] x 20 - Vru = Iu x 1 ......... (1) According to the formula with the values given above calculated, the U-phase current Iu = 9.524 amperes and the voltage Vu = 9.524 Volt. Since the U-phase current carrying quantity is 10 amperes, a control accuracy can of about 95% can be achieved.
(B) Wenn die Drehzahl N des Motors 1000 Umdrehungen pro Minute ist, gilt, da die induzierte Spannung Vru gleich 100 Volt wird, die nachfolgende Formel, wenn die induzierte Spannung nicht korregiert wird; [(10 - Iu) x 1 t O]x 20 - Vru = Iu x 1 ...... (2) Gemäß der Formel, mit den oben angegebenen Werten, ist Iu = 4,762 Ampere und Vu = Vru + Iu . R = 104,762 Volt.(B) When the number of revolutions N of the motor is 1000 revolutions per minute, Since the induced voltage Vru is equal to 100 volts, the following formula applies, if the induced voltage is not corrected; [(10 - Iu) x 1 t O] x 20 - Vru = Iu x 1 ...... (2) According to the formula, with the values given above, Iu = 4.762 amps and Vu = Vru + Iu. R = 104.762 volts.
Der U-Phasenstrom Iu wird dann einen Wert annehmen, der weniger als 50% der Führungsgröße beträgt, was zu einer schlechten Regelgenauigkeit führt. In Fig. 26 ist mit einer durchgezogenen und einer gestrichelten Linie die Ausgangsspannung Vu und die induzierte U-Phasenspannung Vru des oben angegebenen Steuergeräts unter den oben angegebenen Bedingungen dargestellt. The U-phase current Iu will then assume a value that is less than 50% of the reference variable, which leads to poor control accuracy. In Fig. 26, with a solid line and a broken line, is the output voltage Vu and the induced U-phase voltage Vru of the control device specified above the conditions given above.
(C) Wenn die induzierte Spannung im Falle einer Drehzahl N des Motors 17 von 1000 Umdrehungen pro Minute bei einer induzierten Spannung Vru von 100 Volt korrigiert wird, und wenn weiterhin als korregierter Wert AV = Vru x 1/(Verstärkungsfaktor des Leistungsverstärkers) ............ (3) angenommen wird, gilt die folgende Formel: pt10 - Iu] x 1 + V] x 20 - Vru = Iu x 1 ......... (4) Gemäß der obigen Formel wird der U-Phasenstrom Iu -91524 Ampere und die U-Phasen-Spannung Vu 109,524 Volt.(C) When the induced voltage in the case of a speed N of the motor 17 of 1000 revolutions per minute with an induced voltage Vru of 100 volts is corrected, and if still as the corrected value AV = Vru x 1 / (gain factor of the power amplifier) ............ (3) is assumed, the following formula applies: pt10 - Iu] x 1 + V] x 20 - Vru = Iu x 1 ......... (4) According to the above formula, the U-phase current Iu -91524 amperes and the U-phase voltage Vu 109.524 volts.
Die erhaltenen Werte stimmen mit den im Fall (A) berechneten überein und zeigen damit die Tatsache an, daß der Einfluß der induzierten Spannung beseitigt worden ist. Die U-Phasen-Spannung Vu und die induzierte Spannung Vru sind durch eine durchgezogene und eine gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt. The values obtained agree with those calculated in case (A) thus indicating the fact that the influence of the induced voltage is eliminated has been. The U-phase voltage Vu and the induced voltage Vru are through shown by a solid and a dashed line in FIG.
Bei der Fig. 3 entsprechenden Anordnung gemäß Fig. 5 ist ein Dreiphasen-Synchrongenerator 31 zusammen mit dem Tachogenerator 18 und dem Positionsmelder 19 mit dem Synchronmotor 17 gekoppelt. Die Ausgangsspannungen CGu, CGv und CGw des Synchrongenerators 31 werden zusammen mit Stromfelhlersignalen CEu, CEv bzw. CEw in Addierer 20 - 22 übertragen. Da sich die Ausgangsspannungen CGu, CGv und CGw des Synchrongenerators 31 proportional mit den in den Wicklungen des Synchronmotors 17 induzierten Spannungen jeweils ändern, kann der Strom geregelt werden, ohne den Effekt von der induzierten Spannung zu erhalten, indem die Ausgangsspannungen CGu -CGw in die Addierer 20 - 22 auf ähnliche Art und Weise in das Steuergerät gegeben werden, wie dies in Fig. 3 angegeben ist.In the arrangement corresponding to FIG. 3 according to FIG. 5, there is a three-phase synchronous generator 31 together with the tachometer generator 18 and the position indicator 19 with the synchronous motor 17 coupled. The output voltages CGu, CGv and CGw of the synchronous generator 31 are transmitted together with current field sensor signals CEu, CEv and CEw in adders 20-22. Since the output voltages CGu, CGv and CGw of the synchronous generator 31 are proportional change with the voltages induced in the windings of the synchronous motor 17, the current can be regulated without the effect of the induced voltage obtained by adding the output voltages CGu -CGw to the adders 20-22 to similar Manner are given in the control unit, as indicated in FIG. 3.
Bei der weiteren anmeldegemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird das Ausgangssignal ES eines Erregerkreises 32 einem Drehmelder 40, der mit dem Synchronmotor 17 verbunden ist, und Abtastimpuls-Erzeugerschaltungen 34 - 36 zugeführt. Das Ausgangssignal RS des Drehmelders 40 wird in eine Drehmeldersignal-Ermittlungsschaltung 33 angegeben, deren Ausgangssignal DS in Abtast- und Halteschaltungen 37 - 39 jeweils zusammen mit den Ausgangssignalen SPu, SPv und SPw der Abtastimpuls-Erzeugerschaltungen 34 - 36 eingegeben wird, deren Ausgangssignale, die Sinussignale HGu, HGv und HGw, in Multiplizierer 25 und 28, 26 und 29 sowie 27 und 30 eingegeben werden.In the further embodiment according to the application according to FIG the output signal ES of an excitation circuit 32 a resolver 40, which is connected to the synchronous motor 17 is connected, and sampling pulse generating circuits 34-36 are supplied. The output signal RS of the resolver 40 is given to a resolver signal detection circuit 33, their output signal DS in sample and hold circuits 37-39 each together with the output signals SPu, SPv and SPw of the sampling pulse generating circuits 34 - 36 is entered, the output signals of which are the sinusoidal signals HGu, HGv and HGw, can be entered in multipliers 25 and 28, 26 and 29, and 27 and 30.
Wenn bei dem oben angegebenen Aufbau ein Erregersignal ES von der Erregerschaltung 32 in den Drehmelder 40 übertragen wird, wie dies in Fig. 7A dargestellt ist, wird vom Drehmelder 40 ein Signal RS mit einer Phase geliefert, die aus der Läuferposition # des Motors 17 abgeleitet ist, wie dies in Fig. 7F dargestellt ist. Die Erregersignale ES werden andererseits in die Abtastimpuls-Erzeugerschaltungen 34 - 36 gegeben. in denen sie geformt werden. Die ansteigenden Flanken werden dann differenziert und liefern dabei Abtastimpulse SPu, SPv und SPw, mit Phasen, die sich voneinander um 2/3 # unterscheiden, wie dies in den Fig. 7C, 7D und 7E, dargestellt ist. Das Signal DS des Drehmelders 40 wird mittels den Abtastimpulsen SPu, SPv und SPw in den Abtast- und Halteschaltungen 37 - 39 jeweils aufrechterhalten. Werden die Sinussignale HGu, HGv und HGw oder die Ausgangssignale der Schaltungen 37 - 39 über der Läuferposition des Motors 17 als Abszisse aufgetragen, zeigen sie die Wellenformen gemäß den Fig. 7G, 7H und 71, die mit denjenigen der Ausgangssignale SWu, SWv und SWw aus dem Dreiphasen-Sinusgenerator 24 gemäß Fig. 3 übereinstimmen.If in the above structure, an excitation signal ES from the Excitation circuit 32 is transmitted to resolver 40 as shown in Fig. 7A it will a signal RS with a phase is supplied by resolver 40, which is derived from the rotor position # of the motor 17, as shown in Fig. 7F is. The excitation signals ES, on the other hand, are input to the sampling pulse generating circuits 34 - 36 given. in which they are molded. The rising edges are then differentiated and deliver sampling pulses SPu, SPv and SPw, with phases that differ from each other by 2/3 # as shown in Figs. 7C, 7D and 7E is. The signal DS of the resolver 40 is by means of the sampling pulses SPu, SPv and SPw is maintained in the sample and hold circuits 37-39, respectively. Will the sinusoidal signals HGu, HGv and HGw or the output signals of the circuits 37 - 39 plotted as the abscissa over the rotor position of the motor 17, they show the Waveforms shown in Figs. 7G, 7H and 71 correspond to those of the output signals SWu, SWv and SWw from the three-phase sine wave generator 24 according to FIG. 3 match.
Dadurch ist eine Stromregelung ähnlich der gemäß der Schaltung von Fig. 3 erzielt. Der Positionsmelder 19 kann aus dem Steuergerät von Fig. 6 weggelassen werden, da die Positionsfeststellung durch den Drehmelder 40 erfolgen kann.As a result, current regulation is similar to that according to the circuit of FIG Fig. 3 achieved. The position indicator 19 can be omitted from the control device of FIG. 6 because the position can be determined by the resolver 40.
Es ist auch möglich, das Erregersignal ES des Drehmelders 40 und das Ausgangssignal RS der Drehmeldersignal-Detektorschaltung 33 in umgekehrter Ordnung zum Herstellen der Sinussignale HGu, HGv und, HGw zu verbinden.It is also possible, the excitation signal ES of the resolver 40 and the Output signal RS of the resolver signal detection circuit 33 in reverse order to create the sinusoidal signals HGu, HGv and HGw.
Wie vorstehend erläutert ist, ist ein anmeldegemäßes Stromsteuergerät in der Lage, den Strom eines Synchronmotors mit höherer Genauigkeit als bisher zu regeln, indem nachteilige Effekt induzierter Spannungen beseitigt wird und dadurch ein genaues und wirkungsvolles Betreiben des Synchronmotors erzielt wird.As explained above, is a registration-compliant power control device able to supply the current of a synchronous motor with higher accuracy than before regulate by eliminating the adverse effect of induced voltages and thereby an accurate and effective operation of the synchronous motor is achieved.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
Claims (7)
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DE19823244105 DE3244105A1 (en) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | Control device for synchronous motors |
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DE3244105A1 true DE3244105A1 (en) | 1984-05-30 |
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Family Applications (1)
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