EP0782758B1 - Mehrpoliges schütz - Google Patents

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EP0782758B1
EP0782758B1 EP95930387A EP95930387A EP0782758B1 EP 0782758 B1 EP0782758 B1 EP 0782758B1 EP 95930387 A EP95930387 A EP 95930387A EP 95930387 A EP95930387 A EP 95930387A EP 0782758 B1 EP0782758 B1 EP 0782758B1
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EP
European Patent Office
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phase
contactor according
armature
changeover device
multipole
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EP95930387A
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Felix Pohl
Fritz Pohl
Norbert Elsner
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H9/563—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for multipolar switches, e.g. different timing for different phases, selecting phase with first zero-crossing

Definitions

  • the invention relates to a multi-pole contactor AC drive, with a magnetic coil, a magnetic yoke with eddy current rings and a movable magnet armature, at which a phase changeover device for switching on Tax phase is available according to predetermined criteria (DE-A-10 40 105).
  • AC operated Magnetic drives from shooters consist of the magnetic coil, the fixed magnetic yoke with eddy current rings and the movable one Magnetic anchor, which is a bridge girder for the recording the switch bridges.
  • the maintenance interval for the exchange is determined the main contact pieces of a protection after contact erosion in the most stressed phase.
  • From DE-A-10 40 105 is a phase switching device for three-phase switching devices that switch off almost synchronously in the zero current crossing, e.g. Sagittarius, known, with the hand-operated or automatically that phase conductor of the three-phase network is selected as the control phase of the magnetic drive in which the so-called switching fire of the main contactors is the lowest is.
  • the object of the invention is in a multipole Protection to even out the erosion on the contact pieces.
  • the task is according to the invention with a multi-pole protection of the type mentioned in that solved with the phase switching device the control phase for the magnetic drive alternately connected to one of the phases of the main circuit and that the phase changeover at Switching off the magnetic drive is actuated.
  • the phase switching device can alternatively be electromechanical or work electronically.
  • FIG. 1 shows the AC1 test and FIG. 2 shows the AC3 test a well-known three-pole protection with AC drive.
  • the loss of material is shown in each case on the three main phases L1, L2 and L3.
  • the abscissa marks the number of operations and the ordinate the respective loss of material of the contacts to the individual Phases.
  • FIGS 3 to 5 show an electromechanical phase changeover device: there is a cam drive, which during the opening movement the armature by a defined angle of rotation becomes. By changing the phase during the Opening movement of the magnet armature when the magnet coil is switched off takes place, it is ensured that the changeover of the Tax phase is largely without current.
  • a safety circuit 30 is shown in detail in FIG. 3, in which a contactor coil 31 is connected in parallel with a relay coil 32.
  • a normally closed auxiliary contact ⁇ 1 is controlled by the contactor coil 31, and a normally open relay contact S1 by the relay coil 32.
  • the NC auxiliary contact ⁇ 1 is followed by a button S2 and another button ⁇ 2 for switching the contactor on and off.
  • a switching device 40 which contains three switching cams 41, 42 and 43, in which the Offset angle each 120 °, the distance angle 60 ° and the Cam angle is also 60 °.
  • a Switching corresponds to a 120 ° rotation angle of the camshaft 56.
  • the closed cam switch begins at a rotation angle of 30 ° to open.
  • the neighboring close the open cam switch.
  • the auxiliary contact opener ⁇ 1 of Figure 3 closes at the angle of rotation> 60 ° or closes with a delay when the armature is in its open position has reached.
  • the three switching cams 41, 42 and 43 drive associated changeover contacts 44, 45 and 46 on which on a connection side to one of the three phases L1, L2, L3 electrically are connected and their other connection sides to the in Figure 3 shown free connection of the button ⁇ 2 with the Labeling L1 / L2 / L3 are electrically connected.
  • a contactor drive 50 from armature 51, yoke 52, associated coil 53, shift rod 54, shift shaft 55 and Camshaft 56 shown.
  • the anchor opening path to it takes something to open the active cam switch more than 1/4 of the anchor stroke h, the factor "1/4" of Is the quotient of the degrees 30 ° / 120 ° in FIG. 4 but less than 1/2 of the anchor stroke according to the design specification H.
  • the auxiliary contact ⁇ 1 driven by the magnet armature 51 Figure 3 is designed so that the contact closure with an anchor opening travel> 1/2 x anchor stroke h. This is a somewhat overlapping switching of the active Cam switch and auxiliary contact excluded and the cam switch switches off when de-energized.
  • the three phases L1, L2 and L3 are not in the individual designated fuses on three triacs 61, 62 and 63 connected, whose control inputs via optocouplers 64, 65 and 66 are connected to RC elements 67, 68 and 69.
  • the associated triac 61, 62 or 63 is switched on and the connected outer conductor to the on / off switch 70 for the subsequent solenoid 75 of the contactor drive, the functionally corresponds to the contactor coil 31 in Figure 3, as Tax phase switched on.
  • Tax phase To switch the control phase the switching state of the auxiliary contact opener operated by the contactor drive ⁇ 1 queried.
  • pulse shaping becomes such carried out that the switch-on edge of outputs A1 to A3 delayed by approximately 50 ms and the switch-off edge immediately at the time of switching, i.e. with the change of contact position from "OPEN” to "CLOSED", the auxiliary contact opener ⁇ 1 takes place.
  • the outputs A1 to A3 of the shift register 71 or the associated one Pulse formers 72 in FIG. 7 are, for example, by Zener diodes locked so that when the supply voltage drops the electronics below a specified limit Control of the triac switch 61 to 64 of Figure 6 takes place. This rules out the possibility of irregular supply voltage a phase short circuit due to multiple control occurs.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrpoliges Schütz mit Wechselstromantrieb, mit einer Magnetspule, einem Magnetjoch mit Wirbelstromringen und einem beweglichen Magnetanker, bei welcher eine Phasenumschalteinrichtung zur Anschaltung der Steuerphase nach vorgebbaren Kriterien vorhanden ist (DE-A-10 40 105).
Bei dreipoligen Schützen mit Wechselstromantrieb wird üblicherweise eine der drei Phasen der Hauptstromkreise als Steuerphase des Magnetantriebes benutzt. Wechselstrombetätigte Magnetantriebe von Schützen bestehen aus der Magnetspule, dem feststehenden Magnetjoch mit Wirbelstromringen und dem beweglichen Magnetanker, welcher einen Brückenträger für die Aufnahme der Schaltbrücken trägt.
Bei der statistischen Betätigung des Wechselstromantriebes erhält man bekannterweise keine Gleichverteilung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte, sondern eine Selbstsynchronisation der Schaltzeitpunkte hinsichtlich der Steuerphase. Diese entsteht beim Einschalten durch die Abhängigkeit der magnetischen Ankerkraft bzw. beim Ausschalten durch die Abhängigkeit des Abklingens der Ankerkraft vom Phasenwinkel der Steuerphase. Als Folge ist die Häufigkeitsverteilung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte bezogen auf den Phasenwinkel zwischen den drei Phasen der Hauptstromkreise um jeweils 120° elektrisch verschoben. Dadurch entsteht in den drei Hauptstromkreisen eine unterschiedliche Kontaktbelastung beim Einschalten, d.h. eine unterschiedliche Stromhöhe der Prellichtbögen, und beim Ausschalten, d.h. eine unterschiedliche Stromhöhe und Dauer der Ausschaltlichtbögen.
In der Praxis richtet sich das Wartungsintervall für den Austausch der Hauptkontaktstücke eines Schutzes nach dem Kontaktabbrand in der am stärksten belasteten Phase. Durch eine Vergleichmäßigung des Abstandes der Kontaktstücke bei den einzelnen Phasen könnte also die Lebensdauer eines Schutzes erhöht werden.
Aus der DE-A-10 40 105 ist eine Phasenumschalteinrichtung für nahezu synchron im Stromnulldurchgang abschaltende Drehstromschaltgeräte, z.B. Schütze, bekannt, mit der handbetätigt oder selbsttätig derjenige Außenleiter des Drehstromnetzes als Steuerphase des Magnetantriebes ausgewählt wird, bei dem das sogenannte Schaltfeuer der Schützhauptkontakte am geringsten ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, bei einem mehrpoligen Schutz den Abbrand an den Kontaktstücken zu vergleichmäßigen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem mehrpoligen Schutz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mit der Phasenumschalteinrichtung die Steuerphase für den Magnetantrieb abwechselnd an eine der Phasen des Hauptstromkreises angeschlossen wird und daß die Phasenumschalteinrichtung beim Abschalten des Magnetantriebes betätigt wird. Vorzugsweise kann die Phasenumschalteinrichtung alternativ elektromechanisch oder aber elektronisch arbeiten.
Mit der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, die Selbstsynchronisation beim Schalten von Schützen zu vermeiden. Dadurch ist nunmehr eine weitgehend gleiche Materialausnutzung bei den Kontaktstücken gegeben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 und Figur 2
zwei verschiedene Diagramme, die den Materialverlust der Hauptkontakte in Abhängigkeit von der Schaltzahl verdeutlichen,
Figur 3
einen elektronischen Steuerkreis für eine mechanische Phasenumschalteinrichtung,
Figur 4
einen dreiphasigen über Schaltnocken betätigten Umschalter,
Figur 5
einen bei Figur 4 verwendeten Nockenwellenantrieb,
Figur 6
eine elektronische Phasenumschalteinrichtung und
Figur 7
ein zu Figur 6 gehöriges Signallaufdiagramm mit einem Schieberegister.
In den Figuren haben funktionsgleiche Teile gleiche Bezugszeichen. Die Figuren werden gruppenweise gemeinsam beschrieben.
Die Figur 1 zeigt die AC1-Prüfung und die Figur 2 die AC3-Prüfung eines bekannten dreipoligen Schutzes mit Wechselstromantrieb. Aufgetragen ist jeweils der Materialverlust der an den drei Phasen L1, L2 und L3 liegenden Hauptkontakten. Dabei kennzeichnet die Abszisse die Schaltzahl und die Ordinate den jeweiligen Materialverlust der Kontakte an den einzelnen Phasen.
Aus Figur 1 ergibt sich, daß als Folge der Selbstsynchronisation bei AC1-Betrieb (Einschaltstrom = Ausschaltstrom = 1 x Ie) der Materialabbrand in den einzelnen Phasen etwa im Verhältnis 1:1,6:2,9 entsteht. Figur 2 zeigt dagegen, daß bei annäherndem AC3-Betrieb (z.B. Einschaltstrom = 4 x Ie, Ausschaltstrom = 1 x Ie) das Verhältnis der Materialabbrandraten bei etwa 1:2:3 liegt.
Eine genaue Analyse der Figuren 1 und 2 führt zu dem Ergebnis, daß durch gleichmäßige Ausnutzung des Kontaktmaterials bei AC1-Betrieb ein relativer Materialabbrand von 1+1,6+2,9 / 3 = 1,85 und bei AC3-Betrieb ein relativer Materialabbrand von 1+2+3 / 3 = 2 erreicht werden könnte. Damit wäre eine Erhöhung der Schützlebensdauer um etwa 50 % gegeben.
Um letzteres Ziel zu erreichen, kann zur Vermeidung der Selbstsynchronisation eine Phasenumschalteinrichtung entweder als elektromechanische oder als elektronische Schalteinrichtung aufgebaut und eingesetzt sein. Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine elektromechanische Phasenumschalteinrichtung: Dabei ist ein Nockenantrieb vorhanden, welcher bei der Öffnungsbewegung des Magnetankers um einen definierten Drehwinkel weitergeschaltet wird. Indem die Phasenumschaltung während der Öffnungsbewegung des Magnetankers bei ausgeschalteter Magnetspule erfolgt, wird sichergestellt, daß das Umstellen der Steuerphase weitgehend stromlos erfolgt.
Im einzelnen ist in Figur 3 eine Sicherheitsschaltung 30 dargestellt, bei der eine Schützspule 31 einer Relaisspule 32 parallelgeschaltet ist. Von der Schützspule 31 wird ein Öffner-Hilfskontakt Ö1, von der Relaisspule 32 ein SchließerRelaiskontakt S1 angesteuert. Dem Öffner-Hilfskontakt Ö1 ist ein Taster S2 und ein weiterer Taster Ö2 zum Ein- und Ausschalten des Schützes nachgeschaltet. Durch eine solche Sicherheitsschaltung mit einem Relaiskontakt-Schließer wird das Schutz derart verriegelt, daß die Umschaltung von einer Phase zur nächsten Phase mit einer Strompause erfolgt. Durch letztere Maßnahme wird der Abbrand an den Umschaltkontakten vermieden und ein Phasenkurzschluß während des Umschaltens ausgeschlossen.
In Figur 4 ist eine Umschalteinrichtung 40 dargestellt, welche drei Schaltnocken 41, 42 und 43 enthält, bei denen der Versatzwinkel jeweils 120°, der Abstandswinkel 60° und der Nockenwinkel ebenfalls 60° betragen. Dies bedeutet, daß eine Umschaltung einen 120°-Drehwinkel der Nockenwelle 56 entspricht. Bei 30°-Drehwinkel beginnt der geschlossene Nockenschalter zu öffnen. Bei 90°-Drehwinkel beginnt der benachbarte, geöffnete Nockenschalter zu schließen. Der Hilfskontakt-Öffner Ö1 der Figur 3 schließt bei dem Drehwinkel > 60° bzw. schließt verzögert, wenn der Magnetanker seine Offen-Position erreicht hat.
Die drei Schaltnocken 41, 42 und 43 treiben zugehörige Umschaltkontakte 44, 45 und 46 an, welche an einer Anschlußseite an jeweils eine der drei Phasen L1, L2, L3 elektrisch angeschlossen sind und deren andere Anschlußseiten an den in Figur 3 dargestellten freien Anschluß des Tasters Ö2 mit der Kennzeichnung L1/L2/L3 elektrisch angeschlossen sind. Im Beispiel der Figur 4 ist der Taster Ö2 über den Umschaltkontakt 46 gerade an die Phase L3 angeschlossen.
In Figur 5 ist ein Schützantrieb 50 aus Anker 51, Joch 52, zugehöriger Spule 53, Schaltstange 54, Schaltwelle 55 und Nockenwelle 56 dargestellt. Zur sicheren Weiterschaltung der Schaltwelle 55 mit Drehwinkel 60° hat der Hub h des Ankers 51 gegenüber dem Schaltweg ein Übermaß. Der Ankeröffnungsweg bis zum Öffnen des aktiven Nockenschalters beträgt daher etwas mehr als 1/4 vom Ankerhub h, wobei sich der Faktor "1/4" vom Quotienten der Gradzahlen 30°/120° in Figur 4 herleitet, ist aber nach konstruktiver Vorgabe weniger als 1/2 vom Ankerhub h. Der vom Magnetanker 51 angetriebene Hilfskontakt Ö1 der Figur 3 ist konstruktiv so ausgelegt, daß das Kontaktschließen bei einem Ankeröffnungsweg > 1/2 x Ankerhub h erfolgt. Damit ist ein gewissermaßen überlappendes Schalten des aktiven Nockenschalters und des Hilfskontaktes ausgeschlossen und der Nockenschalter schaltet stromlos aus.
In Figur 6 sind die drei Phasen L1, L2 und L3 über nicht im einzelnen bezeichnete Sicherungen an drei Triacs 61, 62 und 63 angeschlossen, deren Steuereingänge über Optokoppler 64, 65 und 66 an RC-Glieder 67, 68 und 69 angeschlossen sind. Durch die Ansteuerung eines einzigen Optokopplers 64, 65 oder 66 wird das zugehörige Triac 61, 62 oder 63 eingeschaltet und der angeschlossene Außenleiter dem Ein-/Ausschalter 70 für die nachfolgende Magnetspule 75 des Schützantriebes, die funktionsmäßig der Schützspule 31 in Figur 3 entspricht, als Steuerphase zugeschaltet. Zum Umschalten der Steuerphase wird der Schaltzustand des vom Schützantrieb betätigten Hilfskontakt-Öffners Ö1 abgefragt.
Figur 7 zeigt, daß beim Wechsel vom geöffneten in den geschlossenen Zustand des Hilfskontaktes der eingeschaltete Ausgang Ai (i = 1,2,3) eines 3-stufigen Schieberegisters 71 ausgeschaltet und der nächstfolgende Ausgang in der Schaltfolge A1-A2-A3-A1-A2... eingeschaltet wird. Zwischen den Ausgängen des Schieberegisters 71 und den Eingängen der Optokoppler 64 bis 66 der Figur 6 wird eine Impulsformung derart durchgeführt, daß die Einschaltflanke der Ausgänge A1 bis A3 um etwa 50 ms verzögert und die Ausschaltflanke unverzögert zum Umschaltzeitpunkt, d.h. mit dem Wechsel der Kontaktstellung von "OFFEN" auf "GESCHLOSSEN", des Hilfskontakt-Öffners Ö1 erfolgt. Damit wird ein Phasenkurzschluß zwischen den Triacs 61 bis 63 der Figur 6 vermieden. Der Zeitabstand zwischen dem Ausschaltkommando der Schützspule bzw. während des Abfalls des Ankers und dem nächsten Einschaltkommando der Schützspule von 50 ms gewährleisten einen sicheren Ausschaltzustand des Schutzes vor dem nächsten Einschaltkommando.
Die Ausgänge A1 bis A3 des Schieberegisters 71 bzw. des zugehörigen Impulsformers 72 in Figur 7 sind beispielsweise durch Zenerdioden verriegelt, so daß bei Absinken der Versorgungsspannung der Elektronik unter eine vorgegebene Grenze keine Ansteuerung der Triac-Umschalter 61 bis 64 der Figur 6 erfolgt. Damit ist ausgeschlossen, daß bei irregulärer Versorgungsspannung durch Mehrfachansteuerung ein Phasenkurzschluß auftritt.

Claims (13)

  1. Mehrpoliges Schütz (50) mit Wechselstromantrieb, mit einer Magnetspule (53), einem Magnetjoch (52) mit Wirbelstromringen und einem beweglichen Magnetanker (51), bei der eine Phasenumschalteinrichtung (40,60) zur Anschaltung der Steuerphase für den Magnetantrieb nach vorgebbaren Kriterien vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Phasenumschalteinrichtung (40, 60) die Steuerphase für den Magnetantrieb abwechselnd an eine der Phasen (L1, L2, L3) des Hauptstromkreises angeschlossen wird, und daß die Phasenumschalteinrichtung (40, 60) beim Abschalten des Magnetantriebes (50) betätigt wird
  2. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenumschalteinrichtung (40) elektromechanisch arbeitet.
  3. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenumschalteinrichtung (60) elektronisch arbeitet.
  4. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrphasige Anschluß der Phasenumschalteinrichtung (40, 60) an der Einspeiseseite der Schutz-Hauptstrombahnen erfolgt.
  5. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenumschalteinrichtung (40) einen Nockenantrieb (41, 42, 43) enthält, der bei der Öffnungsbewegung des Magnetankers (51) um einen definierten Drehwinkel weitergeschaltet wird.
  6. Mehrpoliges Schütz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenumschalteinrichtung (40) mittels einer Schaltwelle (55) mit vorgegebenem Drehwinkel betätigt wird und daß der Ankerhub (h) gegenüber dem Schaltweg der Schaltwelle (55) ein Übermaß aufweist.
  7. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öffnungsbewegung des Magnetankers (51) der Ankerweg bis zum Öffnen des aktiven Nockenschalters (41, 44; 42, 45; 43, 46) >1/4 x Ankerhub (h) und < 1/2 x Ankerhub (h) ist.
  8. Mehrpoliges Schutz nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfskontakt-Öffner (Ö1) vorhanden ist, der derart ausgelegt ist, daß bei der Öffnungsbewegung des Magnetankers (51) das Kontaktschließen bei einem Ankerweg > 1/2 x Ankerhub (h) erfolgt.
  9. Mehrpoliges Schütz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Phasenumschalteinrichtung (60) drei Triacs (61, 62, 63) enthält, deren Steuereingänge über Optokoppler (64, 65, 66) an Rc-Glieder (67, 68, 69) angeschlossen sind, an denen eine phasenverschobene Steuerspannung abgegriffen wird.
  10. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ansteuerung jeweils einen Optokopplers (64 bis 66) das zugehörige Triac (61 bis 63) eingeschaltet und der angeschlossene Außenleiter dem Ein-Ausschalter der Magnetspule als Steuerphase zuschaltet wird.
  11. Mehrpoliges Schütz nach einem der Ansprüche 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrstufiges Schieberegister (71) mit mehreren Ausgängen (A1, A2, A3) vorhanden ist, wobei jeweils ein Ausgang (A1, A2, A3) während der Öffnungsbewegung des Magnetankers (51) in Abhängigkeit des Wechsels vom geöffneten in den geschlossenen Zustand des Hilfskontaktes (Ö1) umgesteuert wird.
  12. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse des Schieberegisters (71) einem Impulsformer (72) zugeführt werden.
  13. Mehrpoliges Schutz nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (A1, A2, A3) des Schieberegisters (71) und/oder des Impulsformers (72) bei zu kleiner Versorgungsspannung durch Zehnerdioden verriegelt sind.
EP95930387A 1994-09-23 1995-09-11 Mehrpoliges schütz Expired - Lifetime EP0782758B1 (de)

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DE4434074A DE4434074A1 (de) 1994-09-23 1994-09-23 Mehrpoliges Schütz
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EP0782758A1 EP0782758A1 (de) 1997-07-09
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