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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diagnose von
Messobjekten unter Verwendung einer Messspannung umfassend ein Gehäuse,
in dem zumindest eine elektrische Messschaltung zur Durchführung
der Diagnose angeordnet ist.
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Eine
Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der
WO 2007/045004 A1 bekannt.
Bei den mit einer solchen Vorrichtung zu prüfenden Messobjekten handelt
es sich insbesondere um (Hochspannungs-)Kabel oder sonstige elektrische
oder elektronische Bauteile, wie z. B. Kondensatoren, Spulen, etc.,
die durch Anlegen einer Messspannung und Auswertung des hierbei
im Messobjekt erzeugten Stromflusses einer technischen Diagnose
unterzogen werden können.
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Im
Rahmen der Diagnose eines Kabels ist im Stand der Technik sowie
im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere an die (zerstörungsfreie)
Bestimmung des so genannten Verlustfaktors zu denken, der eine Aussage
zur Güte bzw. der noch zu erwartenden Lebensdauer des Kabels
erlaubt. Dabei fungiert als Messspannung bevorzugt eine sinusförmige
Wechselspannung, wobei unter Auswertung des hierdurch im Kabel erzeugten
Stroms, d. h. unter Auswertung von dessen Amplitude und Phase in
Relation zur Amplitude und Phase der ebenfalls von der Vorrichtung
erfassten Messspannung, der Verlustfaktor in üblicher Weise
berechenbar ist. Auch die Verwendung einer Gleichspannung oder sonstiger
Spannungsimpulse mit einem vorab definierten Verlauf der Spannungsamplitude
kommt unter Auswertung der in einem Stromfluss bestehenden Antwort
des Messobjekts zu üblichen Diagnosezwecken in Betracht.
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Die
Messspannung wird dabei bevorzugt, wie dies in der
WO 2007/045004 A1 beschrieben
ist, von einem separaten (Hoch-)Spannungsgenerator zur Verfügung
gestellt, der über eine geeignete Schnittstelle, insbesondere über
ein in das Gehäuse der Vorrichtung hinein geführtes
Koaxialkabel, mit der elektrischen Messschaltung der Diagnose- bzw. Prüfvorrichtung
verbunden ist. Auch eine Integration der (Hoch-)Spannungsquelle
in die Vorrichtung kommt jedoch prinzipiell in Betracht.
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Die
in der
WO 2007/0450004
A1 beschriebene Vorrichtung weist einen mit der Messspannung beaufschlagten
Anschlussadapter auf, an welchem das zu prüfende Messobjekt
direkt anzuschließen ist. Ferner umfasst die Messschaltung
der Vorrichtung eine mit dem Anschlussadapter verbundene Stromerfassungseinrichtung
sowie eine Spannungserfassungseinrichtung, deren Ausgangssignale
an eine Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Die Auswerteeinheit
dient dabei der Speicherung und Aufbereitung der zu Diagnosezwecken
gewonnen Daten, um diese an eine externe Datenverarbeitungseinheit weiterzugeben,
und/oder zur unmittelbaren Auswertung der eingehenden Signale, z.
B. im Sinne einer Bestimmung des Verlustfaktors eines als Messobjekt dienenden
Kabels. Das Ergebnis dieser Messung bzw. Diagnose kann dann ggfs. über
eine geeignete (Messwert-)Anzeigeeinrichtung der Vorrichtung angezeigt
werden.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
eine Mess- bzw. Diagnosevorrichtung der vorstehend erläuterten
und in der
WO 2007/045004
A1 detailliert beschriebenen Art derart weiterzubilden,
dass damit eine möglichst zeitsparende und in ihrer Aussagekraft
verbesserte Diagnose mehrerer zu testender Messobjekte ermöglicht
wird. Bei der Mehrzahl an Messobjekten ist insbesondere an die einzelnen
Leiter eines mehradrigen Kabels gedacht.
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Die
vorstehende Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst, die sich neben den bereits eingangs genannten
Merkmalen dadurch auszeichnet, dass sie zur gleichzeitigen Diagnose mehrerer
Messobjekte mit derselben Messspannung eingerichtet ist. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung weist dabei wenigstens zwei getrennte Anschlusselemente
zum Anschluss je eines Messobjekts an die Messspannung auf, wobei
die Messschaltung der Vorrichtung wenigstens zwei Stromerfassungseinrichtungen
und (wenigstens) eine Spannungserfassungseinrichtung umfasst, mittels
derer der durch jedes Messobjekt fließende Strom sowie
die an allen Messobjekten gleichermaßen anliegende Messspannung
gleichzeitig gemessen werden können.
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Die
vorliegende Erfindung erzielt gegenüber dem vorbekannten
Stand der Technik eine Mehrzahl an Vorteilen. Zum einen müssen
verschiedene Messobjekte, die einer gleichen Messspannung ausgesetzt
werden sollen, nicht mehr nacheinander an die Vorrichtung angeschlossen
und einer jeweils separaten Diagnose unterzogen werden, was eine
deutliche Zeitersparnis mit sich bringt. Ferner ergibt sich in Anbetracht
des Umstands, dass alle im erfindungsgemäßen Sinne
simultan geprüften Messobjekte der gleichen Messspannung
ausgesetzt werden, der weitere Vorteil, dass die dabei erzielten
Mess- bzw. Diagnoseergebnisse besser vergleichbar sind, da alle Messobjekte
im Rahmen eines Messvorgangs mit der absolut identischen Messspannung
beaufschlagt wurden. Bei separaten und nacheinander erfolgenden
Messungen bzw. Diagnosen einzelner Messobjekte, wie dies im Stand
der Technik erfolgt, ist eine solche Vergleichbarkeit der gewonnenen
Daten nicht gegeben. Ferner bedarf es im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nur einer (Hoch-)Spannungsquelle für die gleichzeitige
Diagnose verschiedener Messobjekte, wobei im Falle einer externen
(Hoch-)Spannungsquelle auch nur eine Zuleitung zu der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorgesehen sein muss.
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Die
Hochspannungsquelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, insbesondere
zu Zwecken der Kabelprüfung, bevorzugt zur Erzeugung einer
sinusförmigen Wechselspannung mit Effektivwerten im Bereich
von 1 kV bis 100 kV bei einer Frequenz von ca. 0,1 Hz eingerichtet.
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In
einer ersten besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung genau drei getrennte
Anschlusselemente zum Anschluss je eines Messobjekts an die Messspannung
und genau drei Stromerfassungserfassungseinrichtungen umfasst, so
dass eine gleichzeitige Diagnose aller drei Adern eines dreiadrigen
Kabels ermöglicht wird.
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Bisher
wurde im Rahmen der (zerstörungsfreien) Diagnose von 3-phasigen-(Hoch-)Spannungskabeln
stets eine separate Messung der einzelnen Adern des Kabels durchgeführt.
Mit der vorstehend beschriebenen Messvorrichtung kann eine vollständige
Kabelprüfung in sehr viel kürzerer Zeit durchgeführt
werden; man erhält als Resultat zudem ein Messprotokoll,
welches auf Basis einer für alle Adern des Kabels identischen
Messspannung die unabhängige Berechnung des Verlustfaktors
für alle drei Leiter des dreiadrigen Kabels gestattet.
Diesbezüglich sei angemerkt, dass sich der Verlustfaktor bzw.
die Güte der einzelnen Adern eines 3-adrigen Kabels durchaus
unterscheiden können, was mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung auch besser erkennbar ist.
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Die
Anschlusselemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
können prinzipiell auf verschiedene Art und Weise realisiert
sein, z. B. durch Klemm-, Steck- oder Schraubkontakte. Besonders
bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei vorgesehen,
dass das Gehäuse einen elektrisch leitfähigen
und die Anschlusselemente ausbildenden Gehäuseteil aufweist,
an welchem die Messspannung zum direkten oder indirekten Anschluss
der Messobjekte anliegt, wobei der leitfähige Gehäuseteil
in mehrere untereinander isolierte Segmente zum Anschluss je eines
Messobjekts aufgeteilt ist. Mithin ist hierbei in jedem Segment
des leitfähigen Gehäuseteils ein Anschlusselement
ausgebildet, an welchem genau ein Messobjekt zu den erfindungsgemäßen Diagnosezwecken
anschließbar ist.
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Das
Gehäuse weist bevorzugt einen zylindrischen Gehäuseabschnitt
auf, der zur Ausbildung des leitfähigen Gehäuseteils
mit einer leitfähigen Kappe versehen ist, die ihrerseits
in einzelne – gegeneinander isolierte – Segmente
unterteilt ist. Die Anzahl der Segmente entspricht dann der maximalen
Anzahl an gleichzeitig prüfbaren Messobjekten, wobei innerhalb des
Gehäuses für jedes Segment des leitfähigen
Gehäuseteils eine separate Stromerfassungseinrichtung vorzusehen
ist. Die an allen Segmenten gleichermaßen anliegende Messspannung
kann mit einer einzigen Spannungserfassungseinheit, z. B. in Form
eines Spannungsteilers, gemessen werden.
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Zur
Erhöhung der Messgenauigkeit bietet es sich zudem an, jedem
einzelnen (Hoch-)Spannungsausgang noch eine Ableitstromerfassung
zuzuordnen, mit der eventuelle Leckströme der Vorrichtung messbar
sind. Diese Leckströme können dann im Rahmen der
Auswertung des Messergebnisses für die verschiedenen Messobjekte
Berücksichtigung finden, d. h. sie werden aus den insoweit
verfälschten Messergebnissen für den jeweiligen Stromfluss
herausgerechnet. Dies ist insbesondere im Hochspannungsbereich bei
(Effektiv-)Spannungen größer 1 kV oder größer
20 kV besonders zweckmäßig, denn hiermit wird – neben
der Messgenauigkeit als solcher – auch die Vergleichbarkeit
der Auswertung der Messergebnisse zu den verschiedenen simultan
geprüften Messobjekten nochmals erhöht.
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Ferner
ist gemäß einer nochmaligen Weiterbildung der
Erfindung vorzugsweise vorgesehen, dass innerhalb des Gehäuses
der Vorrichtung eine mit den wenigstens zwei Stromerfassungseinrichtungen
und der einen Spannungserfassungseinrichtung verbundene Auswerteeinheit
angeordnet ist, die zur gleichzeitigen Auswertung aller die Strom-
und Spannungsmessung für mehrere Messobjekte betreffenden
Signale eingerichtet ist. Hierbei ist unter einer gleichzeitigen
Auswertung insbesondere die simultane Erfassung und Speicherung
der von den Strom- bzw. Spannungserfassungseinrichtungen ausgegebenen
Signale zu verstehen. Dabei kann in der Auswerteeinheit insbesondere
im Falle der Prüfung eines mehradrigen Kabels auch bereits
eine Berechnung des Verlustfaktors für jeden simultan geprüften
Leiter des betreffenden Kabels erfolgen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Umstand,
dass die Vorrichtung bevorzugt eine mit der Auswerteeinheit zusammenwirkende
Datenübertragungseinrichtung umfasst, mittels derer die
in der Auswerteeinheit vorliegenden Messdaten eines mehrere Messobjekte
betreffenden Messvorgangs in einem einzigen Übertragungsvorgang
an eine externe Datenverarbeitungseinheit übertragbar sind.
Als externe Datenverarbeitungseinrichtung ist insbesondere an eine
mobile Datenverarbeitungseinrichtung, z. B. an einen Laptop, zu
denken, die dann über eine geeignete Schnittstelle kabelgebunden
oder – bevorzugt – drahtlos mit der Datenübertragungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommuniziert.
Damit erfolgt dann also nicht nur eine simultane Messung der zu
prüfenden Messobjekte, sondern die den Diagnosevorgang
für alle Messobjekte betreffenden Daten können
zeitnah in nur einem Übertragungsvorgang an eine externe Station
zur Weiterverarbeitung, Speicherung und/oder Anzeige der gemessenen
Werte bzw. des Diagnoseergebnisses weitergeleitet werden.
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Die
drahtlose Datenübertragung erweist sich insbesondere dann
als vorteilhaft, wenn – wie dies vorliegend bevorzugt vorgesehen
ist – die gesamte Elektronik der Messschaltung inkl. Batterie
oder Akku zum Betrieb der Messschaltung, Auswerteeinheit und Datenübertragungseinrichtung
hochspannungsseitig angeordnet sind, d. h. während eines
Messvorgangs auf Hochspannungspotential liegen. Im Stand der Technik
mit kabelgebundener Datenübertragung ist zumeist eine Signalmessung
und Auswertung auf einer Niederspannungsseite vorgesehen, wozu separate
Koppelkondensatoren vorgesehen werden müssen. Auch eine
optische Datenübertragung lässt sich jedoch vorteilhaft
im Rahmen der vorliegenden Erfindung hochspannungsseitig realisieren.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine
erste schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur gleichzeitigen Diagnose von drei Messobjekten,
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2 einen
schematischen Schnitt durch das Gehäuse der erfindungsgemäßen
Vorrichtung aus 1 und
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3 eine
perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 1.
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Die 1 und 2 zeigen
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 zur Durchführung einer elektrischen
Diagnose mehrerer Messobjekte, die ein Gehäuse 2 und
eine innerhalb des Gehäuses 2 angeordnete Messschaltung 3 aufweist.
Die dargestellte Vorrichtung 1 ist zur gleichzeitigen Diagnose
von insgesamt drei Messobjekten 4a, 4b, 4c eingerichtet.
Bei den drei Messobjekten 4a, 4b, 4c handelt
es sich vorliegend um die drei (jeweils mit einer separaten Isolation
versehene) Adern eines dreiadrigen Hochspannungskabels.
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Die
Vorrichtung weist insgesamt drei Anschlusselemente 5a, 5b, 5c auf,
an die die drei genannten Messobjekte 4a, 4b, 4c über
je einen kugelförmigen Hochspannungsan schlussadapter 6 angeschlossen
sind. Auch ein direkter Anschluss der Messobjekte 4a, 4b, 4c an
die Anschlusselemente 5a, 5b, 5c kann
jedoch vorgesehen sein, z. B. indem die Anschlusselemente 5a, 5b, 5c einen
geeigneten Klemm-, Steck- oder Schraubanschluss bilden.
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Die
Vorrichtung 1 ist über ein in das Gehäuse 2 hinein
führendes Koaxialkabel 7 mit einer programmierbaren
Hochspannungsquelle 8 verbunden, die – zusammen
mit einer Anzeige-/Bedieneinrichtung 9 und einer ggfs.
vorgesehenen Datenübertragungseinrichtung 10 (die
z. B. zur drahtlosen Steuerung der Hochspannungsquelle durch eine
externe Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen sein kann) – innerhalb
eines geschirmten Gehäuses 11 des Hochspannungsgenerators
angeordnet ist. Die Hochspannungsquelle 8 ist dabei in üblicher
Weise über einen Schutzerdeanschluss 12 geerdet.
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Der
an die Messschaltung 3 angeschlossene Schutzleiter 15 des
Koaxialkabels 7 definiert auch für die Messschaltung 3 der
Vorrichtung 1 das Erdpotential, wobei die Vorrichtung 1 hierfür über
das Kabel 13 nochmals separat mit einer geeigneten Erdung 14 verbunden
ist.
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Demgegenüber
liegt an dem Innenleiter 16 des Koaxialkabels 7 die
von der Spannungsquelle 8 stammende Messspannung an, die
dann über die Leiterstruktur 17, 18a–c, 19a–c
zu den Anschlusselementen 5a–c verteilt wird.
Dazwischen liegt jeweils eine Stromerfassungseinheit 20a, 20b, 20c zur
Erfassung des während eines Messvor gangs durch das jeweilige
Messobjekte 4a–c fließenden Stroms.
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Jede
Stromerfassungseinheit 18a, 18b, 18c ist über
einen separaten Signalausgang und über einen (optionalen)
Hochspannungsschutz 21a, 21b, 21c sowie
einen (optionalen) Signalfilter bzw. Verstärker 22a, 22b, 22c mit
der Auswerteeinheit 23 der Vorrichtung 1 verbunden.
Die Leiterabschnitte 18a–c sind jeweils um die
Auswerteeinheit 23 herumgeführt, was durch gestrichelte
Linien veranschaulicht ist.
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Ferner
umfasst die Messschaltung 3 einen aus den Widerständen 24, 25 bestehenden
Spannungsteiler, der eine Spannungserfassungseinrichtung 26 zur
Erfassung der – zu jedem Zeitpunkt gleichermaßen
an allen drei Anschlusselementen 5a, 5b, 5c anliegenden – Messspannung
bildet und dessen Ausgangssignal über einen (optionalen)
Hochspannungsschutz 21d und einen (optionalen) Signalfilter
bzw. Verstärker 22d ebenfalls mit der Auswerteeinheit 23 verbunden
ist.
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In
der Auswerteeinheit 23 werden die während eines
Mess- bzw. Diagnosevorgangs eingehenden Signale der Stromerfassungseinrichtungen 20a–c
und der Spannungserfassungseinrichtung 26 simultan ausgewertet,
also insbesondere gespeichert und im Hinblick auf eine spätere
oder ggfs. sofort erfolgende Datenübertragung an eine – nicht
dargestellte – externe Datenverarbeitungseinrichtung aufbereitet.
Insbesondere ist hierbei an eine A/D- Wandlung der an der Auswerteeinheit
eingehenden Signale zu denken, wobei jedoch z. B. auch bereits die
Stromerfassungseinrichtungen 20a–c einen A/D-Wandler
aufweisen können. Zur Übertragung der in der Auswerteeinheit
vorliegenden Daten verfügt die Vorrichtung 1 über
eine geeignete und mit der Auswerteeinheit verbundene Datenübertragungseinrichtung 27a–c,
mittels derer die gesamten Daten eines die Mehrzahl an Messobjekten 4a–c
betreffenden Messvorgangs bevorzugt drahtlos übertragbar sind.
Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Bluetooth-Schnittstelle 27a,
eine Infrarot-Schnittstelle 27b und/oder eine kabelgebundene
(optische oder elektronische) Datenschnittstelle 27c handeln.
Ferner ist eine optische Anzeigevorrichtung 27d vorgesehen, mittels
derer bevorzugt für alle anschließbaren bzw. angeschlossenen
Messobjekte 4a–c ein Mess- bzw. Diagnoseergebnis,
z. B. ein von der Auswerteeinheit 23 berechneter Verlustfaktor
der betreffenden Ader eines mehradrigen Kabels, anzeigbar ist. Die
zum Betrieb der Messschaltung 3 erforderliche elektrische Leistung
wird bevorzugt aus einem wieder aufladbaren Akku 28 gewonnen.
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Das
Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 besteht aus
einem vorzugsweise aus Kunststoff oder einem sonstigen Nichtleiter
gefertigten zylindrischen Grundkörper 29 und ist
an einem – in 2 rechts und in 3 oben
dargestellten – Ende durch eine leitfähige Endkappe 30 aus
einem geeigneten Metall begrenzt. Dieser leitfähige Gehäuseteil 30 ist
mittels geeigneter Isolatoren 31 in insge samt drei vom übrigen
Gehäuse und untereinander isolierte Segmente 30a, 30b, 30c aufgeteilt,
in denen jeweils ein Anschlusselement 5a, 5b, 5c für
die anzuschließenden Messobjekte 4a, 4b, 4c ausgebildet
ist.
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3 zeigt
schließlich noch die erfindungsgemäße
Vorrichtung 1 in perspektivischer Ansicht. Die Vorrichtung 1 ist über
ein Koaxialkabel 7 mit einem – in 3 nicht
dargestellten – programmierbaren Hochspannungsgenerator
verbunden. Die Vorrichtung 1 ist mit einem unteren Ende
des Gehäuses 2 fest in einem Ständer 32 aufgenommen
und weist an seinem oberen Ende ein leitfähiges Gehäuseteil 30 in
Form der in drei Segmente 30a, 30b, 30c unterteilten
Endkappe aus einem Metall auf. Die einzelnen Segmente 30a–c
sind, wie dies in 3 gut zu erkennen ist, über
geeignete Isoliermittel 31 untereinander und gegen das
restliche Gehäuse 29 isoliert und dienen zum Anschluss
der insgesamt drei Messobjekte. Ferner ist auf der Gehäuseaußenseite
die Datenübertragungs- und Anzeigevorrichtung 27 zu
erkennen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/045004
A1 [0002, 0004, 0006]
- - WO 2007/0450004 A1 [0005]