DE3642067A1 - Stroemungsmesser mit elektronischer einstellbarkeit von messmodul und anzeige - Google Patents
Stroemungsmesser mit elektronischer einstellbarkeit von messmodul und anzeigeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Strömungsmesser
und speziell auf Strömungsmesser zur Messung einer Fluidströmung
verschiedener Gasdichten bei Strömungsdrücken, die von
unteratmosphärischem Druck bis positiven Drücken reichen, die
nur durch die Druckfestigkeit der Strömungsmesseranordnung begrenzt
sind.
Strömungsmesser variablen Strömungsquerschnitts sind im Stand
der Technik gut bekannt. Solche Strömungsmesser variablen
Strömungsquerschnitts sind im Grunde Rohre, die im Innern konisch
sind, wobei der größere Durchmesser sich am oberen Ende befindet.
Ein Schwimmer genanntes Element mit einem Außendurchmesser,
der geringfügig kleiner als der minimale Betriebsdurchmesser
des Rohres ist, befindet sich im Innern des Rohres,
und der Zwischenraum zwischen dem Schwimmer und der Rohrwand
bildet eine ringförmige Öffnung. Das Rohr ist in eine Strömungsleitung
so eingebaut, daß die Strömung von unten nach
oben durch das Rohr verläuft und der Schwimmer sich nach oben
bewegt und an einer Stelle getragen wird, wo die Öffnung gerade
groß genug ist, daß die Fluidströmung durch das System
strömen kann.
Wenn man das Rohr transparent macht, sodaß man die Schwimmerposition
durch das Rohr sehen kann, läßt sich die Schwimmerposition
ausgedrückt in Zahlen auf einer Skala ablesen, wenn
eine solche längs des Rohres angebracht ist. Diese Skalenwerte
können zweier unterschiedlicher Arten sein. Die erste Art ist
von willkürlicher Natur, die für sich bedeutungslos ist, jedoch
aussagekräftig wird, wenn man sie mit einer Eichkurve
vergleicht. Die zweite Art kann vorgeeicht sein, um eine
direkte Ablesung zu ermöglichen, die das herrschende Strömungsvolumen
in gegebenen Einheiten, beispielsweise in Kubikfuß
pro Minute oder cm3/min. usw. des Fluides angibt, für das
die Meßvorrichtung geeicht ist.
Gegenwärtig sind Strömungsmesser der beschriebenen Art von
verschiedenen Herstellern im Handel. Sie werden gewöhnlich für
ein spezielles Gas bekannten spezifischen Gewichts geeicht
vertrieben und sind in Strömungsraten bei atmosphärischem
Druck geeicht. Beispielsweise ist ein Strömungsmesser, der
für Luft geeicht ist, die ein spezifisches Gewicht von 1,0
hat, in Standardkubikfuß (scfh) (= 0,0283 m3) pro Stunde
geeicht, wobei diese Einheit eine Strömungsrate bei 1 at bei
22,2°C angibt.
Strömungsmesser, die für Gase unterschiedlicher spezifischer
Gewichte und/oder bei unterschiedlichen Drücken verwendet
werden, erfordern Strömungsratenumrechnungen auf der Grundlage
von Gleichungen nach den Gesetzen idealer Gase. Diese Umrechnungen
können etwas langwierig sein und beschwören die Gefahr
von Fehlern herauf. Gegenwärtig gibt es keine Strömungsmesser,
die eine direkte Ablesung von Strömungsraten von
Gasen unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlichen
Drucks zulassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen
und verbesserten Strömungsmesser anzugeben, der so eingerichtet
ist, daß er eine direkte Ablesung von Strömungsraten bei
unterschiedlichen Dichten und/oder Drücken ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Von der Erfindung wird demnach ein Strömungsmesser angegeben,
der ein innen konisch verlaufendes transparentes Strömungsrohr
enthält, das einen Schwimmer aufnimmt, der sich in dem
Rohr in Abhängigkeit von dem von unten nach oben darin strömenden
Fluid nach oben bewegt. Das Rohr ist innerhalb eines
Gehäuses angeordnet, das eine Eingangsleitung zum unteren
Ende des konischen Rohres und eine Ausgangsleitung vom oberen
Ende desselben aufweist. Dicht benachbart dem Rohr ist eine
sich vertikal erstreckende, elektrisch beleuchtbare Anzeigetafel
angeordnet. Speichereinrichtungen, die Daten zur Erzeugung
einer Vielzahl von abgestuften vertikalen Skalen entsprechend
den Größen der spezifischen Gewichte für zu messende
Fluide enthalten, erzeugen elektrische Signale zur Beleuchtung
der Anzeigetafel und wählen eine bestimmte Werteskala benachbart
dem Rohr aus. Mit den Speichereinrichtungen sind Eingabeeinrichtungen
verbunden, mit denen Daten bezüglich des spezifischen
Gewichts des Fluides eingegeben werden können, um dadurch
die elektrischen Signale zu erzeugen, die die Anzeigetafel
so beleuchten, daß eine abgestufte vertikale Skala von
numerischen Werten erzeugt wird, mit einem oberen numerischen
Wert, der eine Funktion des spezifischen Gewichts des Fluides
und dessen Druck ist, und mit absteigend abgestuften Werten
bis zu einem unteren numerischen Wert am unteren Ende der
Skala.
In der bevorzugten Ausführungsform enthält die Anzeige numerische
und lineare Indizes, die durch eine Vielzahl von elektrisch
beleuchtbaren Zellen, wie beispielsweise Flüssigkristallanzeigeelemente
(LCD) oder Leuchtdioden (LED), gebildet
sind. In den verschiedenen Ausführungsformen werden die anzuzeigenden
numerischen Indizes durch einen programmierten
Mikroprozessor in Abhängigkeit von einer Tastatureingabe erzeugt,
welche Eingabe durch das spezifische Gewicht des
Fluides und dessen Leitungsdruck bestimmt ist.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden.
Fig. 1 zeigt eine spezifische Darstellung eines Strömungsmessers
mit den Merkmalen der Erfindung, wobei das
Strömungsrohr gestrichelt gezeichnet ist, und weiterhin
die Gradeinteilungen und eine Skala erkennbar sind,
wo numerische Indizes angezeigt werden;
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer elektrisch beleuchteten
Zellengruppe, die bei der Erfindung verwendet wird;
Fig. 3A, 3B und 3C zeigen die Skala des Strömungsmessers nach
Fig. 1 mit unterschiedlichen numerischen Indizes
darauf; und
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das die Zuordnung des durch
eine Tastatur skalierten Strömungsmessers und einer
Mikroprozessoreingabe zeigt.
Ein Strömungsmesser 10 mit den Merkmalen der Erfindung ist in
Fig. 1 gezeigt und besteht aus einem Gehäuse 11 mit einer
Fluidzuströmleitung 12 und einer Fluidausströmleitung 13. Die
Zuströmleitung ist mit einem Strömungsrohr 14 innerhalb des
Gehäuses 11 am unteren Ende des Strömungsrohres verbunden.
Die Ausströmleitung 13 ist mit dem Strömungsrohr 14 an dessen
oberem Ende verbunden. Ein Fluid, das in den Strömungsmesser
eintritt, wird über die Zuströmleitung 12 zugeführt, strömt
durch das Strömungsrohr 14 nach oben und verläßt den Strömungsmesser
durch die Ausströmleitung 13.
Das Rohr 14 ist innen leicht konisch ausgeführt, wobei der
Innendurchmesser von unten nach oben zunimmt. Das Rohr 14
nimmt einen Schwimmer 15 auf, der an der Nullstelle oder
untersten Skalenstelle aufsitzt, wenn der Strömungsmesser
nicht in Gebrauch ist. Das Strömungsrohr 14 ist durchsichtig
und ist hinter einem durchsichtigen Fenster 16 angeordnet,
das eine Skala trägt mit langen Anzeigestrichen 17 und dazwischenliegenden
Teilstrichen 18.
Das Gehäuse 11 hat eine Anzeigetafel 19 neben dem Fenster 16
und enthält eine Vielzahl elektrisch beleuchtbarer Zellengruppen
20, die jeweils aus einer oder mehreren elektrisch beleuchtbaren
Anzeigen bestehen, die hier in Form von üblichen
Sieben-Segment-Anzeigeelementen dargestellt sind (siehe Fig. 2),
wie sie bei Flüssigkristallanzeigen anzutreffen sind. Fig. 1
zeigt eine Tafel 19 mit einer Vielzahl von Zellengruppen 20
und entsprechenden Hinweispfeilen, die selektiv in Übereinstimmung
mit einer gewünschten Skalenteilung beleuchtet
werden können. In der dargestellten Ausführungsform haben die
Zellengruppen 20 in vertikaler Richtung gleichmäßigen Abstand,
dies braucht jedoch nicht immer so zu sein, wie man versteht.
Eine spezielle Zellengruppe 21 ist auch am oberen Ende der
Tafel 19 angeordnet, um den Druck in Pfund pro Quadratzoll
(PSIG) bzw. in Pascal des untersuchten Fluids anzuzeigen. Auf
der Tafel 19 ist weiterhin eine Zellengruppe 22 angeordnet,
an der das spezifische Gewicht des beobachteten Fluids angezeigt
wird.
Wie Fig. 3 zeigt, werden die Zellengruppen 21 und 22 und die
Zellengruppen 20 zum Leuchten gebracht, um die Skalenunterteilung
von 0 bis 100 in Zehnerintervallen anzuzeigen, wobei ein
Hinweispfeil 23 neben jeder numerischen Anzeige und ein weiterer
Skalenteilstrich 24 zwischen den Hinweispfeilen vorgesehen
sind. Die Hinweispfeile 23 sind auf die langen Skalenstriche
17 auf dem Fenster 16 ausgerichtet, während die dazwischen
liegenden Teilstriche 24 auf die Teilstriche 18 auf dem
Fenster 16 ausgerichtet sind.
Es sei hervorgehoben, daß die Skalenstriche 17, 18, die numerischen
Anzeigen 21, 22 und die vorgenannten Indizes 23, 24
durch elektrisch beleuchtbare Zellen gebildet werden können,
und daß die Skalierung in Übereinstimmung mit einem Algorithmus
geändert werden kann, der die eingegebenen Daten über das spezifische
Gewicht und den Leitungsdruck des Fluides verarbeitet.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Anzeigetafel 19 durch
elektrische Signale von einem Mikroprozessor 26 zum Leuchten
gebracht, der Daten verarbeitet, die über die Tastatur 27 eingegeben
werden, um die für das spezifische Gewicht und den
Leitungsdruck eingegebenen Werte in einer Serie von numerischen
Werten umzuwandeln, die einer Skala für das zu messende Fluid
entsprechen, und der die geeigneten elektrischen Signale
erzeugt, um die Tafel 19 in entsprechender Weise zum Leuchten
zu bringen. Die Tastatur 27 kann ein Teil des Gehäuses 10
sein, sie kann aber auch davon getrennt sein und mit dem Gehäuse
durch ein Kabel verbunden sein.
Es wird nun auf Fig. 3B Bezug genommen, die die Tafel 19
zeigt, wobei die Zellengruppe 21 so beleuchtet ist, daß sie
einen Überdruck von 0 anzeigt, während die Zellengruppe 22
ein spezifisches Gewicht von 1,56 anzeigt. Hier sind die
Zellengruppen 20 so programmiert worden, daß sie eine Skala
von 0 bis 80, unterteilt in Achter-Einheiten, zeigen. Fig. 3C
zeigt die Tafel 19 in einer Programmierung, in der die Zellengruppen
so leuchten, daß sie in einen Bereich von 0 bis 147
zeigen, in vorbestimmten Stufen unterteilt, mit einem angezeigten
Überdruck von 35,0 und einem spezifischen Gewicht von
1,56.
Die Skala von Fig. 3A ist für Luft bei einem spezifischen Gewicht
von 1,0 und atmosphärischem Druck und erlaubt eine Strömungsmessung
von 0 bis 100 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit.
Die Skala von Fig. 3C ist für Propan mit einem spezifischen
Gewicht von 1,56 bei einem Überdruck von 35 PSig. Innerhalb
der gleichen meßbaren Grenzwerte des Strömungsmessers sind
die Skalenwerte so berechnet worden, daß Strömungsmessungen
zwischen 0 und 147 Volumeneinheiten pro Zeiteinheit möglich
sind.
Die Skalen werden durch einen Mikroprozessor wie folgt berechnet:
wobei
Q 2 die korrigierte Strömung ist,
Q 1 die Strömung bei spezifischem Gewicht (SG) = 1,00 ist (Luft),
SG 2 das spezifische Gewicht des gemessenen Gases ist.
Q 2 die korrigierte Strömung ist,
Q 1 die Strömung bei spezifischem Gewicht (SG) = 1,00 ist (Luft),
SG 2 das spezifische Gewicht des gemessenen Gases ist.
Für Luft bei einem spezifischen Gewicht von 1,0 ist Q 1 = 100.
Für Propan bei atmosphärischem Druck (Fig. 3B) gilt:
Die Skala wird deshalb auf 0 bis 80 eingestellt mit numerischen
Skalenwerten in Achter-Inkerementen.
Wenn das Gas Propan ist und der Überdruck 35,0 PSig ist (Fig. 4B),
dann wird die Skala wie folgt abgeleitet:
wobei
Q 2 die korrigierte Strömung beim Druck P 2 ist,
Q 1 die Strömung beim Druck P 1 ist,
P 2 der absolute Druck Q 2 ist, und
P 1 der absolute Druck bei Q 1 ist.
Q 2 die korrigierte Strömung beim Druck P 2 ist,
Q 1 die Strömung beim Druck P 1 ist,
P 2 der absolute Druck Q 2 ist, und
P 1 der absolute Druck bei Q 1 ist.
Es ist dann:
Im allgemeinen verwendet die Software im Mikroprozessor einen
Algorithmus, der die Wirkungen sowohl des spezifischen Gewichtes
als auch des Leitungsdrucks berücksichtigt, d. h.:
Der hier verwendete Ausdruck "Leitungsdruck" bezieht sich auf
den Druck am Einlaß des Strömungsmessers.
Die vorangehenden Berechnungen werden vorzugsweise in einem
Mikroprozessor 26 (Fig. 4) ausgeführt, wobei das spezifische
Gewicht des Gases und der Druck über eine Eingabeeinrichtung,
wie beispielsweise die Tastatur 27, eingegeben werden. Der
Mirkoprozessor ist so programmiert, daß er die geeignete
Skala berechnet, wenn nur eine vorbestimmte Anzahl von Zellengruppen
vorhanden sind (im dargestellten Beispiel elf Zellengruppen)
und die Skala in im wesentlichen gleiche Intervalle
in Abhängigkeit von dem Wert Q 2 für ein eingegebenes spezifisches
Gewicht und einen Fluiddruck unterteilt. Alternativ
kann der Mikroprozessor 26, wenn eine große Anzahl von Zellengruppen
an der Tafel 19 vorhanden sind (beispielsweise 30 oder
mehr), ein Untervielfaches in Übereinstimmung mit dem oberen
Wert Q 2 auswählen und ausgewählte Zellengruppen beleuchten,
um eine im wesentlichen gleichmäßig abgestufte Skala zwischen
0 und Q 2 zu erzeugen, oder er kann eine unterste Skalenzahl
und die höchste Skalenzahl beleuchten. Die unterste Skalenzahl
kann ggf. auch von 0 verschieden sein.
Wenn die Differenz zwischen null und Q 2 in Anbetracht der Anzahl
der vorhandenen Zellengruppen nicht in gleichmäßige
Intervalle unterteilt werden kann, dann ist der Mikroprozessor
so programmiert, daß er die den Unterteilungen zugeordneten
Zahlen in Übereinstimmung mit dem nächsten Primzahlteiler von
Q 2 einstellt. Dies ist der Fall, der in Fig. 3C dargestellt
ist, aus der sich ergibt, daß die Skala in sieben Schritte
zu 15 Einheiten und drei Schritte zu 14 Einheiten unterteilt
ist.
Die Rechenvorgänge hierfür werden nachfolgend erläutert:
- 1. Berechne Q 2 im Hinblick auf das eingegebene spezifische Gewicht und den eingegebenen Überdruck.
- 2. Bestimme die unterste Skalenzahl, sofern sie nicht null ist, die vom Benutzer eingegeben worden ist.
- 3. Bestimme die Differenz N zwischen Q 2 und der untersten Skalenzahl.
- 4. Bestimme die nächstliegende Zahl N 1, die in N : 10 teilbar ist und gleich oder größer als 10N 1 ist.
- 5. Ermittle die Differenz zwischen 10N 1 und N.
- 6. Stelle die Skalenzahlen so ein, daß die Differenz im wesentlichen gleichförmig längs der Skalenzahlen verteilt wird.
- 7. Beleuchte die Zellengruppen 20 in Unterteilungen von N 1; oder N 1 und N 1-1.
Wenn die Tafel 19 mehr als elf vertikal angeordnete Zellengruppen
enthält, dann können ausgewählte Gruppen in einem beliebigen
Muster beleuchtet werden, um die Skalenunterteilung
so gleichförmig wie möglich zu machen. In solchen Fällen
können elf Zellengruppen oder mehr oder auch weniger als elf
Zellengruppen beleuchtet werden.
Alternativ kann jede Zellengruppe mit einer zusätzlichen
Zelle versehen sein, sodaß die Skalenzahlen auf Zehntel berechnet
werden könnten. Auf diese Weise könnten alle Skalenzahlen
mit elf Zellengruppen gleichmäßig unterteilt werden.
Wie man erkennt, können sowohl die numerischen Werte als auch
die lineare Skalenunterteilung durch elektrische Signale erzeugt
werden, die der beleuchtbaren Anzeigetafel zugeführt
werden. Es kann aber auch die lineare Skalenunterteilung an
festen Stellen aufgedruckt sein, wobei die geeigneten numerischen
Werte benachbart dazu erzeugt werden. Augenscheinlich
bringt die Erzeugung beider vorgenannter Sätze von
Anzeigeelementen durch den Mikroprozessor die größte Flexibilität
und die Möglichkeit, Skalen mit Werten zu erzeugen,
die eine einfachere Interpolation erlauben. Bei der dargestellten
Ausführungsform hat das Fenster eine darauf aufgedruckte
lineare Skala, die beleuchtbare Anzeigetafel kann
jedoch auch einen transparenten Fensterabschnitt aufweisen,
um die lineare Skala vor dem Rohr elektrisch zu erzeugen.
Es sei betont, daß eine Kathodenstrahlröhre oder andere elektrisch
beleuchtbare und veränderbare Anzeigeeinrichtungen verwendet
werden können.
Obgleich die dargestellte Ausführungsform vom Benutzer verlangt,
daß die Größe des Leitungsdrucks eingegeben wird, kann
der Strömungsmesser einen Druckwandler enthalten, mit dem der
Einlaßdruck ermittelt wird, um die Berechnungsgrundlagen dynamisch
in Abhängigkeit von Druckänderungen zu variieren.
Darüberhinaus kann der Strömungsmesser auch die Temperatur
messen, und der Algorithmus kann so modifiziert werden, daß
er Strömungsratenänderungen korrigiert, die durch Temperaturänderungen
hervorgerufen werden. Diese vorübergehenden Schritte
können jedoch unbeachtet bleiben.
Claims (8)
1. Strömungsmesser mit einem vertikalen Rohr, dessen Innenquerschnitt
von unten nach oben leicht zunimmt, einem
Schwimmer in dem Rohr, der dazu eingerichtet ist, in dem
Rohr durch ein darin strömendes Fluid nach oben bewegt zu
werden und die Strömungsrate in dem Rohr anzuzeigen, eine
Einrichtung zum Verbinden des Rohres mit einer Strömungsleitung,
wodurch das Fluid in der Leitung nach oben durch
das Rohr strömt und den Schwimmer nach oben von einer Ruheposition
abhebt, damit die Augenblicksposition des Schwimmers
in dem Rohr die herrschende Strömungsrate des Fluides
im Rohr anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß
eine sich vertikal erstreckende, elektrisch beleuchtbare
Anzeigeeinrichtung (19) dem Rohr (14) benachbart angeordnet
ist, daß eine Speichereinrichtung (26) vorgesehen ist, die
Daten zur Erzeugung einer Mehrzahl von abgestuften vertikalen
Skalenwerten entsprechend spezifischen Gewichtsgrößen
für zu messende Fluide und zum Erzeugen elektrischer Signale
entsprechend einer erzeugten Skala zur Beleuchtung der
Anzeigeeinrichtung (19) enthält, und daß eine manuell einstellbare
Einstelleinrichtung (27) mit der Speichereinrichtung
(26) verbunden ist zur Eingabe spezifischer Gewichte,
um die Anzeigeeinrichtung (19) so zu beleuchten, daß eine
abgestufte Vertikalskala numerischer Werte erzeugt wird,
mit einem oberen numerischen Wert, der eine Funktion des
spezifischen Gewichtes und des Drucks des Fluides ist und
die auf einen unteren numerischen Wert am unteren Ende derselben
stufenweise abnimmt.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigeeinrichtung (19) eine Mehrzahl
beleuchtbarer Zellengruppen (20, 21, 22) aufweist.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Speichereinrichtung einen Mikroprozessor
(26) enthält, der die durch die Zellengruppen (20)
angezeigten Skalenunterteilungen in Abhängigkeit von dem
manuell eingegebenen spezifischen Gewicht des Fluides und
des Leistungsdrucks des Fluides bestimmt.
4. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigeeinrichtung (19) weiterhin
einen Abschnitt enthält, der durch den Mirkoprozessor (26)
aktiviert wird, und weiterhin von Hand einstellbare Einrichtungen
(27, 21, 22) zur Anzeige des spezifischen Gewichts
und des Leitungsdrucks enthält, die dem Mirkoprozessor eingegeben
sind.
5. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigeeinrichtung (19) einen Abschnitt
enthält, der durch die von Hand einstellbare Einrichtung
aktiviert wird zur Anzeige des spezifischen Gewichts
und des Drucks des Fluides, die in den Strömungsmesser
(10) eingegeben sind.
6. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beleuchtbare Anzeigeeinrichtung (19)
sowohl lineare Skalenteilungen als auch die zugehörigen
numerischen Werte erzeugt.
7. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigeeinrichtung darauf aufgedruckte
lineare Skalenteilungen enthält und die Speichereinrichtung
(26) und die Eingabeeinrichtung (27) elektrische
Signale erzeugen, um numerische Werte benachbart den
Skalenteilungen zu erzeugen.
8. Strömungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (14) und die Anzeigeeinrichtung
(19) ein transparentes Fenster (16) aufweisen, das
sich über das Rohr (14) erstreckt und darauf aufgedruckte
lineare Skalenteilungen (17, 18) enthält.
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1986
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7730466U1 (de) * | 1977-10-01 | 1978-04-06 | Honsberg & Co Kg, 5630 Remscheid | Anzeigeskala fuer stroemungsmesser zur ueberwachung fluessiger oder gasfoermiger medien mit unterschiedlichen physikalischen eigenschaften |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z.: Regelungstechnische Praxis (1978), H. 11, S. 317-322 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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DE3642067C2 (de) | 1988-09-15 |
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