DE1061422B - Residual current circuit breaker - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
kl. 21 c 68/70kl. 21 c 68/70
PATENTAMTPATENT OFFICE
B 49610 VIIIb/21 cB 49610 VIIIb / 21 c
anme idetag: 14. ju li 1958Note day: July 14, 1958
bekanntmachung . der Anmeldung und ausgabe dekNotice . the registration and output dec
aüslegeschrift: 16. juli 195 9 .Publication: July 16, 195 9.
Neben zuverlässigen, den Verhältnissen am Einbauort angemessenen Schaltgeräten sowie genügend leistungsfähigen Summenwandlern sind es in erster Linie die Auslöser oder Relais, die über den Wert der Fehlerstromschutzschaltung entscheiden. Die . Eigenart der Summenwandler, daß ihre Primärwicklung den Nennstrom der Geräte führen muß, während für die Durchflutung des Kernes nur die geometrische Summe, dem Betrag nach etwa 1% oder weniger des Nennstromes zur Verfügung steht, ergibt eine sehr geringe Leistung, die zur Betätigung des Auslösers oder des Relais ausreichen muß. Der Vergrößerung des Wandlerkernes sind sehr enge Grenzen gesetzt, weil für diese Kerne nur sehr wenige Legierungen mit hohem Nickelgehalt, die zur sogenannten Permalloy-Gruppe gehören, verwendbar sind, deren Preis keine allzu großen Kernquerschnitte zuläßt. Bevorzugt werden in der Praxis AVandler verwendet, die einen Jochdurchgang pro Phasenleiter haben und deren Leistungsabgabe etwa 2 bis 3 mVA (bei 50 Hz) be^ trägt. Es ist naheliegend und wurde vorgeschlagen, Verstärker vorzusehen, um bei der kleinen Steuerleistung die Schalter sicher zu betätigen. Alle Verstärker erfordern die stete Bereitschaft einer unabhängigen Stromquelle, wenn sie nicht beim Ausbleiben der Spannung in einem Phasenleiter ausfallen sollen. Außerdem ergibt sich eine erhebliche Versteuerung und vermehrte Störanfälligkeit, während der praktische Betrieb eine gewisse Robustheit und absolute Erschütterungsfestigkeit verlangt.In addition to reliable switching devices that are appropriate to the conditions at the installation site, as well as sufficient high-performance summation converters, it is primarily the release or relay that has the value the residual current circuit breaker. The . Peculiarity of the summation converter that its primary winding must carry the rated current of the devices, while only the geometrical one for the flow through the core Sum that is available after about 1% or less of the rated current results in a very high low power which must be sufficient to operate the trigger or the relay. The magnification of the converter core are very narrow limits because for these cores only very few alloys with high nickel content, which belong to the so-called Permalloy group, can be used, the price of which is none too large core cross-sections. In practice, preference is given to using AVandlers that have a Have yoke passage per phase conductor and their power output be about 2 to 3 mVA (at 50 Hz) wearing. It is obvious and has been proposed to provide amplifiers to cope with the small control power to operate the switches safely. All amplifiers require the constant readiness of an independent Power source, if you do not want them to fail if there is no voltage in a phase conductor. In addition, there is a considerable taxation and increased susceptibility to failure, during the practical Operation requires a certain robustness and absolute shock resistance.
Es hat auch nicht an Vorschlägen gefehlt, um doch zu einer direkten unmittelbaren Auslösung zu kommen. Die meisten dieser Vorschläge übersehen die oben angegebene, sehr geringe Steuerleistung, die nur zur Verfügung steht und die man nicht vergrößern kann, sowie die Forderung (s. VDE 0100/11.58, § 13 N u. f.), daß innerhalb 0,1 Sekunde vom Auftreten des Fehlerstromes an die Kontakttrennung erfolgt sein muß; rechnet man die Eigenzeit des Schalters mit 0,04... 0,05 Sekunden, so stehen für die Leistungsentnahme nur weitere etwa fünf Halbwellen zur Verfügung. Rechnet man also mit 2,5 mV A, einem cos φ von 0,7 und einer Zeit von 0,05 Sekundär, dann ergibt sich in mechanischem Maß eine Arbeit von 87,5 · 16-6 Ws, entsprechend 10,21 ■ 87,5 · 10~3 gem = 0,91 gem. Dabei ist mit einem Wirkungsgrad von 100% gerechnet, also unvermeidliche Verluste nicht berücksichtigt. Bei dieser Sachlage ist auch der folgende frühere Vorschlag nicht realisierbar. Eine einseitig eingespannte, schwingungsfähige Metallzuhge sollte vom Fehlerstrom erregt werden, und dadurch, daß ihre Eigenfrequenz gleich der Netzfrequenz sein sollte, zu kräftigen Resonanzschwingungen angeregt werden.There has also been no lack of suggestions in order to achieve a direct, immediate trigger. Most of these suggestions overlook the very low control output given above, which is only available and which cannot be increased, as well as the requirement (see VDE 0100 / 11.58, § 13 N uf) that within 0.1 seconds of occurrence the fault current at the contact separation must have occurred; If the operating time of the switch is calculated to be 0.04 ... 0.05 seconds, only about five more half-waves are available for the power take-off. If one calculates with 2.5 mV A, a cos φ of 0.7 and a time of 0.05 secondary, then in mechanical terms the result is work of 87.5 · 16 -6 Ws, corresponding to 10.21 · 87 , 5 · 10 ~ 3 according to = 0.91 according to an efficiency of 100% is calculated, i.e. unavoidable losses are not taken into account. In this situation, the following earlier proposal cannot be implemented either. A vibratory metal train clamped on one side should be excited by the fault current and, because its natural frequency should be the same as the mains frequency, it should be stimulated to produce strong resonance vibrations.
Die Metallzunge sollte bei ihren Ausschlägen über Fehlerstrom-SchutzschalterThe metal tongue should have an earth leakage circuit breaker when it deflects
Anmelder:
Wilhelm Becker,
Frankfurt/M,, Wöllstädter Str. 26Applicant:
Wilhelm Becker,
Frankfurt / M ,, Wöllstädter Str. 26
Wilhelm Beckeri Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden'Wilhelm Becker i Frankfurt / M.,
has been named as the inventor '
ein Hebelsystem die Schalterverklinkung lösen. Dabei Wird übersehen, daß die federnde Zunge ihre Eigenfrequenz sofort ändert, sobald sie anschlägt, daß sie aber auch in der Nähe ihrer Umkehrpunkte gar keine Energie abgeben kann, weil dort die kinetische Energie ihr Minimum hat. Berücksichtigt man die oben angegebenen Werte für die Steüerenergie, so erkennt man, daß man mit einem Gerät nach diesem Vorschlag nur bei Fehlerströmen arbeiten könnte, bei denen ein Sümmenstrom-Fehlerschutz. nicht erforderlieh ist, weil in solchen Fällen Schutzmaßnahmen zur Verfügung stehen, die ohne zusätzlichen Aufwand durch den ohnedies vorhandenen Überstromschutz mit erfaßt werden. Auch eine praktisch sehr wichtige Eigenschaft des vorgeschlagenen Auslösers muß erwähnt werden: er ist nicht erschütterungsfest, jeder Stoß in der Schwingungsebene führt zü einer Fehlauslösung des Schalters, die seinen Einsatz ausschließt.a lever system release the switch latch. It is overlooked that the resilient tongue changes its natural frequency immediately as soon as it strikes, but that it cannot give off any energy near its turning point, because there the kinetic energy has its minimum. If one takes into account the values given above for the control energy, one recognizes that one could only work with a device according to this proposal with fault currents in which a total current fault protection. is not necessary, because in such cases protective measures are available that are included without additional effort by the overcurrent protection that is already present. A property of the proposed release that is very important in practice must also be mentioned: it is not shock-proof, and every shock in the oscillation plane leads to an erroneous triggering of the switch, which precludes its use.
Während die vorbeschriebene bekannte Methode als Meßprinzip einen Zungenfrequenzmesser zugrunde legt, wird nach dieser Erfindung für den Auslöser oder das Relais als Meßorgän die Drehspule eines Vibrationsgalvanometers zugrunde gelegt, die im Felde eines Dauermagneten schwingungsfähig gelagert ist und deren Drehschwingungen die gleiche Eigenfrequenz wie das Netz haben bzw. so eingestellt werden können. Auf die als Halbwelle ausgebildete Drehachse der Drehspule oder bei Spannbändlagerung einer der Spanndrähte oder -bänder stützt sich der gefederte Hebel der Auslösewelle ab; sobald der Ausschlag der Drehspule beim Auftreten eines Fehlerstromes einen gewissen Wert überschreitet, rutscht der Hebel der Auslösewelle ab und bewirkt die Schalterauslösung. Man erkennt die Vorteile der neuen Anordnung:While the known method described above is based on a tongue frequency meter as the measuring principle sets, according to this invention, the moving coil of a vibration galvanometer is used as the measuring device for the trigger or the relay based on which is mounted to vibrate in the field of a permanent magnet and whose torsional vibrations have the same natural frequency how to have the network or how it can be set. Trained as a half-wave The axis of rotation of the moving coil or, in the case of tensioning strap storage, one of the tensioning wires or straps is supported by the spring-loaded levers from the release shaft; as soon as the deflection of the moving coil occurs when a fault current occurs exceeds a certain value, the lever of the release shaft slips and causes the Switch tripping. You can see the advantages of the new arrangement:
1. Der Eigenverbrauch des Drehspulsystems ist sehr gering bzw. es reagiert sehr empfindlich auf kleinste Ströme, da sich die Spule in einem permanenten Magnetfeld befindet;1. The own consumption of the moving coil system is very low or it reacts very sensitively smallest currents, as the coil is in a permanent magnetic field;
909 577/329909 577/329
2. das messende System ist symmetrisch zur Drehachse und daher unempfindlich gegen Erschütterungen; 2. the measuring system is symmetrical to the axis of rotation and therefore insensitive to vibrations;
3. bei dieser Erfindung wird die Resonanz nicht durch Anschlagen in der Nähe der Endlagen gestört, sondern die durch die Reibung des aufliegenden Hebels der Auslösewelle bewirkte Dämpfung ist viel geringer als die zugeführte Energie,3. With this invention, the resonance is not disturbed by striking near the end positions, but the damping caused by the friction of the lever on the release shaft is much less than the energy supplied,
so daß die Amplituden bei jeder Halbwelle größer werden, bis Auslösung erfolgt. In der Zeichnung (Fig. 1 bis 10) ist der Auslöser oder das Relais durch Fig. 5, 6, 7 und 8 beispielsweise dargestellt und wird nun näher erläutert: Ein zylindrischer Kernmagnet 21 befindet sich im Innern eines weichmagnetischen Vierkantkörpers 22 und wird durch passende Formstücke 23 zentriert. In dem Luftspalt zwischen dem Kernmagneten 21 und der zylindrischen Bohrung des Körpers 22 bildet sich ein praktisch homogenes Magnetfeld aus, in dem sich die Drehspuleso that the amplitudes increase with each half-wave until it is triggered. In the drawing (Fig. 1 to 10) the release or the relay is shown by Fig. 5, 6, 7 and 8, for example, and will now be explained in more detail: A cylindrical core magnet 21 is located inside a soft magnetic square body 22 and is replaced by suitable Fittings 23 centered. In the air gap between the core magnet 21 and the cylindrical bore of the body 22 , a practically homogeneous magnetic field forms in which the moving coil is located
24 um ihre Achse drehen kann. Diese Drehspule ist als Schablonenspule gewickelt, zwei eingelegte Formteile 24 can rotate about its axis. This rotating coil is wound as a template coil, two inserted molded parts
25 dienen zur Versteifung, die noch durch Imprägnierung mit Gießharz verbessert werden kann. Durch diese Spulenkonstruktion ergibt sich ein geringes Trägheitsmoment, es kann ferner zweckmäßig sein, Aluminiumwicklung vorzusehen. Die Drehspule 24 ist aufgehängt an zwei doppelten, haarnadelförmig gebogenen Spanndrähten oder Spannbändern 26, die um einen Wulst des keramischen Trägers 27 geschlungen und an je einem Gewindebolzen28 befestigt sind; durch die Druckfeder 29 wird der Spanndraht 26 axial gespannt, und die Spannung sowie die Lage kann mittels der gekonterten Muttern 30 eingestellt werden. Der keramische Träger 27 wird durch je zwei Bolzen 31 auf dem Körper 22 befestigt und bildet mit ihm eine Montageeinheit, die außerhalb der äußeren Schutzhülle 32 montiert und justiert werden kann. Durch richtige Dimensionierung und Einstellung der Bandspannung kann erreicht werden, daß die Eigendrehfrequenz der Drehspule der Netzfrequenz entspricht. Die Spulenenden sind mit je einem der Spanndrähte verbunden, und an diesen sind (nicht gezeichnete) Ableitungen befestigt, die mittels eines Isoliernippels nach außen geführt und mit der Sekundärwicklung des Summenwandlers verbunden sind. Auf einen der Spanndrähte 26 stützt sich der um die Welle 33 drehbare Klinkenhebel 34 ab, dessen Auflagefläche zylindrisch zur Drehachse der Spule geformt ist, damit derselbe kein merkliches Drehmoment auf die Spule ausübt. Die Welle 33 wird von einer (nicht gezeichneten) Feder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Das Ende der Welle 33 ist als Halbwelle ausgebildet. 25 are used for stiffening, which can be improved by impregnation with casting resin. This coil construction results in a low moment of inertia; it can also be useful to provide aluminum winding. The moving coil 24 is suspended from two double, hairpin-shaped curved tensioning wires or tensioning straps 26, which are looped around a bead of the ceramic carrier 27 and each fastened to a threaded bolt 28; The tension wire 26 is axially tensioned by the compression spring 29 , and the tension and the position can be adjusted by means of the locked nuts 30. The ceramic carrier 27 is fastened to the body 22 by two bolts 31 each and forms with it an assembly unit which can be assembled and adjusted outside the outer protective cover 32. Correct dimensioning and setting of the belt tension can ensure that the natural rotational frequency of the moving coil corresponds to the mains frequency. The coil ends are each connected to one of the tension wires, and leads (not shown) are attached to them, which are led to the outside by means of an insulating nipple and connected to the secondary winding of the summation converter. The ratchet lever 34 , rotatable about the shaft 33, is supported on one of the tension wires 26 , the bearing surface of which is cylindrical in relation to the axis of rotation of the spool, so that it does not exert any noticeable torque on the spool. The shaft 33 is rotated counterclockwise by a spring (not shown). The end of the shaft 33 is designed as a half-wave.
•Beim Auftreten eines Fehlerstromes infolge eines Isolationsfehlers in dem zu schützenden Stromkreis ist die geometrische Summe aller Ströme, die den Wandler durchsetzen, nicht mehr gleich Null; infolge dieser resultierenden Durchflutung wird in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, die einen Strom in der Drehspule 24 hervorruft. Durch diesen Strom wird die Drehspule zu Drehschwingungen angeregt, selbst bei geringer Steuerenergie werden die Ausschläge erheblich, weil das mechanische System die gleiche Eigenfrequenz wie das Netz hat. Wegen der sehr geringen Dämpfung ist die Resonanzschärfe beträchtlich, und es wird die Energie von mehreren Halbwellen akkumuliert. Wenn das schwingungsfähige System dem Wandler angepaßt ist, so daß es die größtmögliche Leistung aufnimmt, dann werden die Ausschläge der Drehsp.ule nach jeder Halbwelle größer, bis der Klinkenhebel 34 nicht mehr gestützt• If a fault current occurs as a result of an insulation fault in the circuit to be protected, the geometric sum of all currents that pass through the converter is no longer zero; As a result of this resulting flux, a voltage is induced in the secondary winding which causes a current in the moving coil 24. This current excites the moving coil to torsional vibrations; even with low control energy, the deflections are considerable because the mechanical system has the same natural frequency as the network. Because of the very low damping, the sharpness of the resonance is considerable, and the energy of several half-waves is accumulated. If the oscillatory system is adapted to the transducer so that it consumes the greatest possible power, then the deflections of the rotating coil become larger after each half-wave until the ratchet lever 34 is no longer supported
wird, sondern sich frei drehen kann, samt der Welle 33. Das nach außen ragende Ende der Welle 33 ist als Halbwelle ausgebildet und dient zur Verklinkung mit anderen Teilen, wie weiter unten näher beschrieben wird.but can rotate freely, including the shaft 33. The outwardly protruding end of the shaft 33 is designed as a half-shaft and is used for latching with other parts, as will be described in more detail below.
Statt dieser mechanischen Auslösung, wie sie vor allem bei kleineren Geräten zweckmäßig ist, kann man auch den Auslöser als Relais ausbilden, wie Fig. 8 zeigt. Auf die Halbwelle 33 stützt sich ein Isolierhebel 35, der um die Achse 36 drehbar ist. Eine Schenkelfeder 37 sucht ihn im Uhrzeigersinn zu drehen. Um die Achse 36 ist gleichzeitig drehbar eine haarnadelförmige Kontaktfeder 38, deren beide Enden sich auf die feststehenden Schaltstücke 39 und 40 legen. Der Isolierhebel 35 besitzt einen Ansatz 41, der hakenartig hinter die Feder 38 greift, sowie den Ansatz 42. An der Kontaktfeder 38 ist eine Zunge 43 herausgestanzt, die den Druckknopf 44 nach außen drückt. Wird die Welle 33 gedreht, dann dreht sich auch der Isolierhebel 35, und sein Ansatz 41 hebt die Kontaktfeder 38 von ihrem Gegenkontakt 40. Dadurch wird ein Ruhestromkreis unterbrochen, mittels dem der zu schützende Stromkreis gesteuert wird. Beim Wiedereinschalten muß zuerst der Knopf 44 gedrückt werden (Wiedereinschaltsperre), dann wird zuerst der Kontakt zwischen der Feder 38 und dem festen Schaltstück 39 unterbrochen, bevor das andere Ende der Feder 38 das feste Schaltstück 40 berührt. Nachdem der Isolierhebel 35 durch die Halbwelle 33 verklinkt ist, wird der Druckknopf 44 losgelassen, und indem sich das Federende 38 an das Schaltstück 39 anlegt, ist der Ruhestromkreis wieder geschlossen und der Hauptschalter einschaltbereit. Fig. 10 zeigt die Schaltung: Uber das speisende Kabel 45 ist der Aufsteckwandler 46 geschoben, die Phasenleiter und der Mp-Leiter sind an die vier Pole eines Schalters mit Freiauslösung 47 und Ruhestromauslösung 48 angeschlossen. Dieser liegt zwischen dem Mp-Leiter und einem der Phasenleiter und ist über das Kontaktsystem, wie es Fig. 8 zeigt, angeschlossen. Die sekundäre Wicklung des Wandlers 46 speist die Drehspule des Relais. Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Summenwandlers mit dem Relais zeigt Fig. 9. Ein Gehäuse 49 enthält den Wandler 46, der in Schaumstoff gelagert ist, und in einer vorgesehenen Kammer 50 das Relais, ebenfalls in Schaumstoff eingebettet. Die Schaltstücke 39 und 40 sind mit den Klemmen 51 verbunden. Das Gehäuse hat einen zylindrischen Durchbruch, durch den das Kabel 52 gesteckt wird. Um die Fehlerstromschutzschaltung herzustellen, braucht man lediglich die Ruhestromspule 48 über die Klemmen 51 zu schleifen.Instead of this mechanical release, as it is particularly useful with smaller devices, the release can also be designed as a relay, as FIG. 8 shows. An insulating lever 35, which can be rotated about the axis 36, is supported on the half-shaft 33. A leg spring 37 seeks to turn it clockwise. At the same time, a hairpin-shaped contact spring 38 is rotatable about the axis 36 , the two ends of which rest on the stationary contact pieces 39 and 40 . The insulating lever 35 has a projection 41 which engages behind the spring 38 like a hook, as well as the projection 42. A tongue 43 is punched out on the contact spring 38 and presses the push button 44 outward. If the shaft 33 is rotated, the insulating lever 35 also rotates, and its extension 41 lifts the contact spring 38 from its mating contact 40. This interrupts a closed circuit by means of which the circuit to be protected is controlled. When switching on again, the button 44 must first be pressed (restart lock), then the contact between the spring 38 and the fixed contact piece 39 is first interrupted before the other end of the spring 38 touches the fixed contact piece 40. After the insulating lever 35 is latched by the half shaft 33 , the push button 44 is released, and when the spring end 38 rests against the contact 39 , the closed circuit is closed again and the main switch is ready to be switched on. 10 shows the circuit: The plug-in converter 46 is pushed over the feeding cable 45 , the phase conductors and the Mp conductor are connected to the four poles of a switch with trip-free 47 and closed-circuit trip 48. This lies between the Mp conductor and one of the phase conductors and is connected via the contact system, as shown in FIG. 8. The secondary winding of the transducer 46 feeds the moving coil of the relay. A particularly advantageous embodiment of the summation converter with the relay is shown in FIG. 9. A housing 49 contains the converter 46, which is mounted in foam, and the relay, likewise embedded in foam, in a chamber 50 provided. The contact pieces 39 and 40 are connected to the terminals 51 . The housing has a cylindrical opening through which the cable 52 is inserted. In order to produce the residual current protection circuit, one only needs to loop the closed-circuit coil 48 over the terminals 51.
Bei kleineren Geräten ist es zweckmäßig, alle zusammenwirkenden Teile zu einer einzigen Baueinheit zusammenzubauen und in einem alles umschließenden Gehäuse unterzubringen. Bei solchen Geräten kann man keine Ruhestromauslösung vorsehen, wie sie oben beschrieben wurde, sondern muß eine direkte Auslösung des Schalters anstreben. Voraussetzung dazu ist ein Schalterschloß mit genügend hoher Übersetzung, das aber ferner die Schaltgeschwindigkeit nicht zu sehr beeinträchtigt. Ferner verlangt man, daß ein solches Gerät, das z. B. für Hausinstallationen oder für sonstige kleinere Verbraucher bestimmt ist, von jedem Durchschnittsmonteur angeschlossen werden kann, daß also lediglich die Polklemmen anzuschließen sind, während alle anderen Verbindungen im Gerät fabrikseitig verlegt sind. Eine solche zweckmäßige Bauform für Installationsschalter nach dem Fehlerstromprinzip ; zeigen Fig1 1, 2, 3 und 4. DerIn the case of smaller devices, it is advisable to assemble all interacting parts into a single structural unit and to accommodate them in an all-enclosing housing. With such devices one cannot provide a closed-circuit current release, as described above, but a direct release of the switch must be aimed for. The prerequisite for this is a switch lock with a sufficiently high gear ratio, which, however, does not affect the switching speed too much. It is also required that such a device, which z. B. intended for house installations or for other smaller consumers, can be connected by any average fitter, so that only the binding posts are to be connected, while all other connections in the device are installed at the factory. Such an expedient design for installation switches based on the fault current principle ; show Figures 1 1, 2, 3 and 4. The
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEB49610A DE1061422B (en) | 1958-07-14 | 1958-07-14 | Residual current circuit breaker |
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DEB49610A DE1061422B (en) | 1958-07-14 | 1958-07-14 | Residual current circuit breaker |
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DE1061422B true DE1061422B (en) | 1959-07-16 |
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Family Applications (1)
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DEB49610A Pending DE1061422B (en) | 1958-07-14 | 1958-07-14 | Residual current circuit breaker |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1003329B (en) * | 1955-04-25 | 1957-02-28 | Berker Geb | Circuit breakers, in particular touch protection switches |
DE1018518B (en) * | 1956-07-02 | 1957-10-31 | Berker Geb | Arrangement and fastening of parts in circuit breakers |
DE1023813B (en) * | 1953-02-28 | 1958-02-06 | Wilhelm Engels | Electrical circuit breaker |
-
1958
- 1958-07-14 DE DEB49610A patent/DE1061422B/en active Pending
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