EP0701066A1 - Pneumatische Steuereinrichtung - Google Patents

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EP0701066A1
EP0701066A1 EP95112190A EP95112190A EP0701066A1 EP 0701066 A1 EP0701066 A1 EP 0701066A1 EP 95112190 A EP95112190 A EP 95112190A EP 95112190 A EP95112190 A EP 95112190A EP 0701066 A1 EP0701066 A1 EP 0701066A1
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compressed air
control
control device
cylinder
pressure
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EP95112190A
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Günter Leinweber
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Wiwa Wilhelm Wagner GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1466—Hollow piston sliding over a stationary rod inside the cylinder
    • 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
    • F04B13/00—Pumps specially modified to deliver fixed or variable measured quantities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/149—Fluid interconnections, e.g. fluid connectors, passages

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic control device for the alternating connection of two compressed air flows fed via compressed air discharge lines to a consumer, with a control piston which is longitudinally movable in a control cylinder, through which in each of its control positions a compressed air supply line from a compressed air source of high air pressure with the compressed air discharge line connected for one compressed air flow and the compressed air discharge for the other compressed air flow is blocked in such a way that connection channels between the compressed air supply line and one of the compressed air discharge lines are provided in a housing of the control cylinder, the associated one located in the control housing Flow channels can be connected to one another alternately via control bores in the control cylinder which are successively covered by the control piston.
  • Such pneumatic control devices have long been known in particular in the case of such compressed air-operated piston pumps which are used as metering pumps; but they are by no means limited to this.
  • control devices of this type have the disadvantage that they threaten to ice up in the area of the control bores during operation because their cross-section, which is effective for the compressed air flow, cannot be increased suddenly, but only continuously, by an associated piston element of the control piston, so that the compressed air is there (adiabatic) relaxed and cools down accordingly. It may happen that the available flow cross section is constricted by the formation of ice to such an extent that the function of the control device is no longer guaranteed and the operation must be interrupted until the ice has thawed.
  • the object of the invention is therefore to design a pneumatic control device of the type specified in the introduction in such a way that icing in the area of the control bores is avoided.
  • the object is achieved in that the compressed air discharge which is just shut off during a control cycle from the compressed air source high air pressure during this control cycle is at least temporarily connected via an auxiliary compressed air supply line to a compressed air source with a lower, preferably considerably lower air pressure, and also with an air preheater for the secondary compressed air is provided so that the secondary compressed air can be heated.
  • the duration of a work cycle is completely sufficient to feed so much secondary compressed air from this compressed air source that icing cannot take place from the outset or can be reversed immediately.
  • the secondary compressed air supplied thereby relaxes only slightly and essentially isothermally, so that its temperature, if necessary by additional heating, is significantly higher than that of the primary compressed air from the compressed air source of high air pressure and in any case above the melting temperature of the water carried with the compressed air (as water vapor).
  • the auxiliary compressed air supply line is connected to the compressed air source of lower air pressure, but on the other hand, in a preferred embodiment, it is instead provided that the auxiliary compressed air supply line is connected to the compressed air source of high air pressure via a pressure reducing device, so that in this case a single source of compressed air is sufficient. In any case, it is expedient if a check valve is provided in the compressed air auxiliary feed line, so that the compressed air source of lower air pressure cannot be loaded in countercurrent.
  • a particularly advantageous construction of the pneumatic control device is that the flow channels end in ring channels, which are each arranged above the control bores arranged in a common cylinder liner of the control cylinder.
  • these ring channels can be connected to the connecting elements for the fresh air from the compressed air supply line and the compressed air discharge lines and, if appropriate, for the exhaust air from a compressed air return line by connecting channels which are parallel to the main axis of the control device.
  • the pneumatic control device is particularly suitable if the consumer consists of a piston pump operated by compressed air and the compressed air streams fed in from the compressed air discharge lines alternately load the two piston surfaces of a working piston of the piston pump.
  • a piston pump P suitable for a control device according to the invention in accordance with FIG. 3 has a working piston K which is moved vertically oscillating within a cylindrical working cylinder Z, for which purpose its two piston surfaces F1 and F2 have to be acted upon alternately with a primary compressed air.
  • the working piston K is guided in an (upper) cylinder cover D fastened to an upper part O of the piston pump P by guide bolts B (FIG. 1).
  • the upper part O is connected to a corresponding lower part U via the jacket M of the working cylinder Z using anchor bolts S.
  • This control device consists essentially of a control cylinder 1 with a cylinder housing 10, in which a cylinder bushing 11 is rigidly fitted, and a control piston 2, which is axially movable in the control cylinder 1 and is guided radially in the cylinder bushing 11, and is on best readable in the enlarged view of FIGS. 1 and 2.
  • the cylinder liner 11 is surrounded by groove-shaped annular channels 12, 13 and 14 which are recessed into the cylinder housing 10 and which are pneumatically connected to the control cylinder 1 via groups of control bores 15 in the cylinder liner 11 distributed over the circumference of the cylinder liner 11.
  • the control bores 15 are driven by piston elements 21 of the control piston 2 in such a way that either the ring channels 12 and 13 or the ring channels 12 and 14 are in flow communication with one another; in the position of the control piston 2 of FIG. 1, there are the ring channels 12 and 14.
  • the piston surfaces 22 of the piston elements 21 are conical in order to avoid flow losses.
  • the (middle) ring channel 12 is fluidly connected via a compressed air supply line DZ indicated in FIG. 2 via a flow channel 16 to a compressed air source for the primary compressed air which is omitted from the drawing and from which primary fresh air is fed.
  • the fresh air passes alternately via two compressed air discharge lines DA from the control cylinder 1 to the consumer, namely from the ring channel 13 via a flow channel 17 into the working cylinder Z above the piston surface F1 and from the ring channel 14 via a further flow channel 18 into the working cylinder Z below the Piston area F2.
  • the flow channels 17, 18 are guided in several parts through the upper part O, the cylinder cover D and (flow channel 18) through the lower part U; they can also connect the ring channels 12 to 14 several times to the consumer, as can be seen in FIG. 2.
  • Compressed air auxiliary line 3 which feeds a secondary compressed air.
  • the air pressure of this secondary compressed air is only slightly above the atmospheric one; the required compressed air source is either completely separated from the primary compressed air or, better as in FIG. 2, simply connected to the compressed air source belonging to this via a pressure reducing device 31.
  • the secondary compressed air also reaches the area of the control housing 1 and prevents cooling below the freezing point.
  • Check valves 32 in each compressed air auxiliary line 3 prevent the transfer or return of the primary compressed air. If the secondary compressed air is taken from the compressed air source for the primary compressed air source, then the compressed air auxiliary line represents a short circuit bridging the control device.

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Abstract

Um bei pneumatischen Steuereinrichtungen, insbesondere für eine Kolbenpumpe (P), bestehend aus einem Steuerzylinder (1) und dort von einem Steuerkolben (2) alternierend gesteuerte Steuerbohrungen, eine Vereisung durch adiabate Entspannung der Druckluft und damit eine Verstopfung von Druckluftleitungen zu vermeiden, wird eine nicht wesentlich abkühlend und gegebenenfalls vorgewärmte sekundäre Druckluft in denjenigen Steuerbereich (17,18) eingespeist, der während des Arbeitstaktes nicht mit der primären Druckluft beaufschlagt ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine pneumatische Steuereinrichtung für die alternierende Aufschaltung zweier über Druckluft-Ableitungen gespeister Druckluftströme auf einen Verbraucher, mit einem in einem Steuerzylinder längsbeweglichen Steuerkolben, durch den in jeweils einer seiner Steuerstellungen eine Druckluft-Zuleitung aus einer Druckluftquelle hohen Luftdruckes mit der Druckluft-Ableitung für den einen Druckluftstrom verbunden und die Druckluft-Ableitung für den anderen Druckluftstrom währenddessen gesperrt ist in der Weise, daß in einem Gehäuse des Steuerzylinders Verbindungskanäle zwischen der Druckluft-Zuleitung und je einer der Druckluft-Ableitungen vorgesehen sind, deren zugehörige, in dem Steuergehäuse befindliche Strömungskanäle über von dem Steuerkolben sukzessive überdeckte Steuerbohrungen in dem Steuerzylinder wechselweise miteinander verbindbar sind.
  • Derartige pneumatische Steuereinrichtungen sind insbesondere bei solchen druckluftbetriebenen Kolbenpumpen seit langem bekannt, die als Dosierpumpen verwendet werden; sie sind aber darauf keineswegs beschränkt.
  • Generell haben Steuereinrichtungen dieser Art den Nachteil, daß sie im Bereich der Steuerbohrungen während des Betriebes zu vereisen drohen, weil deren für den Druckluftstrom wirksamer Querschnitt von einem jeweils zugehörigen Kolbenelement des Steuerkolbens nicht plötzlich, sondern nur stetig vergrößerbar ist, so daß sich dort die Druckluft (adiabatisch) entspannt und entsprechend abkühlt. Es kann vorkommen, daß durch die Eisbildung der verfügbare Strömungsquerschnitt soweit eingeschnürt wird, daß die Funktion der Steuereinrichtung nicht mehr gewährleistet ist und der Betrieb solange unterbrochen werden muß, bis das Eis abgetaut ist.
  • Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine pneumatische Steuereinrichtung der eingangs näher bezeichneten Art so auszubilden, daß eine Vereisung im Bereich der Steuerbohrungen vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die während eines Steuertaktes von der Druckluftquelle hohen Luftdruckes gerade abgesperrte Druckluft-Ableitung während dieses Steuertaktes zumindest zeitweise über eine Druckluft-Hilfszuleitung mit einer Druckluftquelle niedrigeren, vorzugsweise erheblich niedrigeren Luftdruckes verbunden ist und daß ferner ein Luftvorwärmer für die sekundäre Druckluft vorgesehen ist, so daß die sekundäre Druckluft aufgeheizt werden kann. In der Regel reicht die Zeitdauer eines Arbeitstaktes völlig aus, um soviel sekundäre Druckluft aus dieser Druckluftquelle einzuspeisen, daß eine Vereisung von vornherein nicht stattfinden oder sofort wieder rückgängig gemacht werden kann. Die dabei zugeführte sekundäre Druckluft entspannt nur geringfügig und im wesentlichen isotherm, so daß ihre Temperatur, notfalls durch zusätzliche Aufheizung, wesentlich über derjenigen der primären Druckluft aus der Druckluftquelle hohen Luftdrucks und jedenfalls oberhalb der Schmelztemperatur des mit der Druckluft (als Wasserdampf) mitgeführten Wassers liegt.
  • Es ist einerseits möglich, daß die Druckluft-Hilfszuleitung mit der Druckluftquelle niedrigeren Luftdruckes absperrbar verbunden ist, andererseits aber stattdessen in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen ist, die Druckluft-Hilfszuleitung mit der Druckluftquelle hohen Luftdruckes über eine Druckmindereinrichtung absperrbar zu verbinden, so daß in diesem Fall eine einzige Druckluftquelle ausreicht. In jedem Fall ist es zweckdienlich, wenn in der Druckluft-Hilfszuleitung ein Rückschlagventil vorgesehen ist, so daß die Druckluftquelle niedrigeren Luftdruckes nicht im Gegenstrom belastbar ist.
  • Eine besonders vorteilhafte bauliche Ausbildung der erfindungsgemäßen pneumatischen Steuereinrichtung besteht darin, daß die Strömungskanäle in Ringkanälen enden, die jeweils über den in einer gemeinsamen Zylinderbuchse des Steuerzylinders angeordneten Steuerbohrungen angeordnet sind. In fachüblicher Weise können diese Ringkanäle durch zur Hauptachse der Steuereinrichtung achsparallele Verbindungskanäle mit den Anschlußelementen für die Frischluft aus der Druckluft-Zuleitung und den Druckluft-Ableitungen und gegebenenfalls für die Abluft aus einer Druckluft-Rückleitung verbunden sein.
  • Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße pneumatische Steuereinrichtung, wenn der Verbraucher aus einer druckluftbetriebenen Kolbenpumpe besteht und die aus den Druckluft-Ableitungen eingespeisten Druckluftströme alternierend die beiden Kolbenflächen eines Arbeitskolbens der Kolbenpumpe belasten.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an dem Ausführungsbeispiel einer Dosierpumpe näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße, an einer Dosierpumpe vorgesehene pneumatische Steuereinrichtung im mittigen ungefähren Längsschnitt X - X aus Fig. 2,
    Fig. 2
    eine Draufsicht Y - Y aus Fig. 1 und
    Fig. 3
    eine Dosierpumpe mit einer nicht erfindungsgemäßen, dem vorbekannten Stand der Technik entsprechenden Steuereinrichtung,
    sämtlich in vereinfachter Darstellung gezeichnet.
  • Eine für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung geeignete Kolbenpumpe P entsprechend Fig. 3 besitzt einen Arbeitskolben K, der innerhalb eines zylindrischen Arbeitszylinders Z senkrecht oszillierend bewegt wird, wozu seine beiden Kolbenflächen F1 und F2 abwechselnd mit einer primären Druckluft beaufschlagt werden müssen. Der Arbeitskolben K ist dabei in einem (oberen), an einem Oberteil O der Kolbenpumpe P befestigten Zylinderdeckel D durch Führungsbolzen B (Fig. 1) geführt. Das Oberteil O ist über den Mantel M des Arbeitszylinders Z unter Verwendung von Ankerschrauben S mit einem entsprechenden Unterteil U verbunden. Die Einzelheiten einer solchen Anordnung stehen in keinem unmittelbaren Zusammenhang mit der Erfindung, sind fachüblich ausgebildet und werden deshalb nicht weiter erörtert.
  • Ein Teil des Oberteiles O wird von der pneumatischen Steuereinrichtung für den Arbeitskolben K eingenommen. Diese Steuereinrichtung besteht zunächst im wesentlichen aus einem Steuerzylinder 1 mit einem Zylindergehäuse 10, in dem eine Zylinderbuchse 11 starr eingepaßt ist, und einem in dem Steuerzylinder 1 achsbeweglichen Steuerkolben 2, der radial in der Zylinderbuchse 11 geführt ist, und ist am besten in der vergrößerten Darstellung der Fig. 1 und 2 ablesbar.
  • Die Zylinderbuchse 11 ist von in das Zylindergehäuse 10 eingetieften nutförmigen Ringkanälen 12, 13 und 14 umgeben, die mit dem Steuerzylinder 1 jeweils über am Umfang der Zylinderbuchse 11 verteilte Gruppen von Steuerbohrungen 15 in der Zylinderbuchse 11 pneumatisch verbunden sind. Die Steuerbohrungen 15 werden von Kolbenelementen 21 des Steuerkolbens 2 angesteuert in der Weise, daß entweder die Ringkanäle 12 und 13 oder die Ringkanäle 12 und 14 miteinander strömungsverbunden sind; in der Stellung des Steuerkolbens 2 der Fig. 1 sind es die Ringkanäle 12 und 14. In der Zeichnung ist zu erkennen, daß die Kolbenflächen 22 der Kolbenelemente 21 kegelförmig ausgebildet sind, um Strömungsverluste zu vermeiden.
  • Der (mittlere) Ringkanal 12 ist über eine in der Fig. 2 angedeutete Druckluft-Zuleitung DZ über einen Strömungskanal 16 mit einer in der Zeichnung weggelassenen Druckluftquelle für die primäre Druckluft strömungsverbunden, aus der eine primäre Frischluft eingespeist wird. Die Frischluft gelangt alternierend über zwei Druckluft-Ableitungen DA aus dem Steuerzylinder 1 zum Verbraucher, nämlich aus dem Ringkanal 13 über einen Strömungskanal 17 in den Arbeitszylinder Z oberhalb der Kolbenfläche F1 und aus dem Ringkanal 14 über einen weiteren Strömungskanal 18 in den Arbeitszylinder Z unterhalb der Kolbenfläche F2. Die Strömungskanäle 17,18 sind dabei mehrteilig durch das Oberteil O, den Zylinderdeckel D und (Strömungskanal 18) durch das Unterteil U geführt; sie können die Ringkanäle 12 bis 14 auch mehrfach mit dem Verbraucher verbinden, wie das in der Fig. 2 ersichtlich ist.
  • In jeweils einem der in dem Ausführungsbeispiel doppelt ausgeführten Strömungskanäle 17 und 18 mündet eine Druckluft-Hilfszuleitung 3, die eine sekundäre Druckluft einspeist. Der Luftdruck dieser sekundären Druckluft liegt nur wenig über dem atmosphärischen; die erforderliche Druckluftquelle ist entweder von der primären Druckluft völlig getrennt oder besser wie in der Fig. 2 einfach an der zu dieser gehörigen Druckluftquelle über eine Druckmindereinrichtung 31 angeschlossen. Die sekundäre Druckluft gelangt auch in den Bereich des Steuergehäuses 1 und verhindert eine bis unter den Gefrierpunkt reichende Abkühlung. Rückschlagventile 32 in jeder Druckluft-Hilfszuleitung 3 verhindern die Überführung bzw. Rückführung der primären Druckluft. Wird die sekundäre Druckluft der Druckluftquelle für die primäre Druckluftquelle entnommen, dann stellt die Druckluft-Hilfszuleitung einen die Steuereinrichtung überbrückenden Kurzschluß dar.
    • Aufstellung der Bezugszeichen
    • 1
    Steuerzylinder
    10
    Zylindergehäuse
    11
    Zylinderbuchse
    12,13,14
    Ringkanal
    15
    Steuerbohrung
    16,17,18
    Strömungskanal
    2
    Steuerkolben
    21
    Kolbenelement
    22
    Kolbenfläche
    3
    Druckluft-Hilfszuleitung
    31
    Druckmindereinrichtung
    32
    Rückschlagventil
    B
    Führungsbolzen
    D
    Zylinderdeckel
    DA
    Druckluft-Ableitung
    DZ
    Druckluft-Zuleitung
    F1,F2
    Kolbenfläche
    K
    Arbeitskolben
    M
    Mantel
    O
    Oberteil
    P
    Kolbenpumpe
    S
    Ankerschraube
    U
    Unterteil
    Z
    Arbeitszylinder

Claims (8)

  1. Pneumatische Steuereinrichtung für die alternierende Aufschaltung zweier über Druckluft-Ableitungen gespeister Druckluftströme auf einen Verbraucher, mit einem in einen Steuerzylinder längsbeweglichen Steuerkolben, durch den in jeweils einer seiner Steuerstellungen eine Druckluft-Zuleitung aus einer Druckluftquelle hohen Luftdruckes mit der Druckluft-Ableitung für den einen Druckluftstrom verbunden und die Druckluft-Ableitung für den anderen Druckluftstrom währenddessen gesperrt ist in der Weise, daß in einem Gehäuse des Steuerzylinders Verbindungskanäle zwischen der Druckluft-Zuleitung und je einer der Druckluft-Ableitungen vorgesehen sind, deren zugehörige, in dem Steuergehäuse befindliche Strömungskanäle über von dem Steuerkolben sukzessive überdeckte Steuerbohrungen in dem Steuerzylinder wechselweise miteinander verbindbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die während eines Steuertaktes von der Druckluftquelle hohen Luftdruckes von der primären Druckluft gerade abgesperrte Druckluft-Ableitung (DA) während dieses Steuertaktes zumindest zeitweise über eine Druckluft-Hilfszuleitung (3) mit einer Druckluftquelle für eine sekundäre Druckluft niedrigeren Luftdruckes verbunden ist.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrigere Luftdruck erheblich niedriger ist als der hohe Luftdruck.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftvorwärmer für die sekundäre Druckluft vorgesehen ist.
  4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft-Hilfszuleitung (3) mit der Druckluftquelle niedrigeren Luftdruckes absperrbar verbunden ist.
  5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft-Hilfszuleitung (3) mit der Druckluftquelle hohen Luftdruckes über eine Druckmindereinrichtung (31) absperrbar verbunden ist.
  6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckluft-Hilfszuleitung (3) ein Rückschlagventil (32) vorgesehen ist.
  7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (16,17,18) in Ringkanälen (12,13,14) enden, die jeweils über den in einer gemeinsamen Zylinderbuchse (11) des Steuerzylinders (1) angeordneten Steuerbohrungen (15) angeordnet sind.
  8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher aus einer druckluftbetriebenen Kolbenpumpe (P) besteht und die aus den Druckluft-Ableitungen (DA) eingespeisten Druckluftströme alternierend die beiden Kolbenflächen (F1,F2) eines Arbeitskolbens (K) der Kolbenpumpe (P) belasten.
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DE9413030U 1994-08-12
DE9413030U DE9413030U1 (de) 1994-08-12 1994-08-12 Pneumatische Steuereinrichtung

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Publication Number Publication Date
EP0701066A1 true EP0701066A1 (de) 1996-03-13
EP0701066B1 EP0701066B1 (de) 1999-03-17

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KR (1) KR960008055A (de)
AT (1) ATE177823T1 (de)
DE (2) DE9413030U1 (de)

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ATE177823T1 (de) 1999-04-15
DE9413030U1 (de) 1994-10-27
KR960008055A (ko) 1996-03-22
EP0701066B1 (de) 1999-03-17
DE59505362D1 (de) 1999-04-22

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