DE1216975B - Circuit arrangement for keeping a direct voltage or a direct current constant - Google Patents
Circuit arrangement for keeping a direct voltage or a direct current constantInfo
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Description
Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung oder eines Gleichstroms Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung oder eines Gleichstroms mit großer Genauigkeit unter Verwendung einer Brückenschaltung mit einem veränderbaren Widerstand in einem Brückenzweig, einer an eine Brückendiagonale angelegten Hilfswechselspannung sowie einem Stellglied, welches mit Hilfe der aus der zweiten Brückendiagonale gewonnenen Regelspannung in seinem auf die zu regelnde Spannung oder den zu regelnden Strom einwirkenden Wert geändert wird.Circuit arrangement for keeping a direct voltage constant or of a direct current The invention relates to a circuit arrangement for keeping constant using a direct voltage or a direct current with high accuracy a bridge circuit with a variable resistor in a bridge branch, an auxiliary AC voltage applied to a bridge diagonal and an actuator, which with the help of the control voltage obtained from the second bridge diagonal in its acting on the voltage to be regulated or the current to be regulated Value is changed.
Hochkonstante Gleichspannungen bzw. Gleichströme werden bekanntlich z. B. zur elektronischen Abstimmung in frequenzselektiven Gliedern unter Verwendung entsprechender steuerbarer Elemente (Kapazitätsdioden) benötigt.Highly constant direct voltages or direct currents are known z. B. for electronic tuning in frequency-selective members using corresponding controllable elements (capacitance diodes) are required.
Die allgemein üblichen Schaltungsanordnungen zur Konstanthaltung von Gleichspannungen bzw. Gleichströmen lassen sich fast alle auf das im folgenden geschilderte Schaltschema zurückführen: In die Leitung, die die zu regelnde Spannung führt, ist ein Stellglied eingeschaltet; ein Teil der Ausgangsleistung dieses Stellgliedes wird einem Diskriminator zugeführt, dem zusätzlich noch eine Vergleichsgröße aufgegeben wird. Aus dem Vergleich dieser beiden zugeführten Spannungen oder Ströme wird die Regelgröße abgeleitet; mit dieser wird dann das Stellglied beaufschlagt. Bei den bekannten Anordnungen wird die Vergleichsgröße z. B. einer Vergleichsbatterie entnommen. Es können jedoch auch Glimmstabilisatoren benutzt werden. Der Diskriniinator kann in den bekannten Schaltungen z. B. nur in einem Gegeneinanderschalten von zwei Spannungen gesehen werden.The generally used circuit arrangements for keeping constant Direct voltages or direct currents can almost all be based on what is described below Return the circuit diagram: into the line that carries the voltage to be regulated is an actuator switched on; part of the output power of this actuator is fed to a discriminator, which is also given a comparison variable will. From the comparison of these two supplied voltages or currents, the Controlled variable derived; this is then applied to the actuator. Both known arrangements, the comparison variable z. B. taken from a comparison battery. However, glow stabilizers can also be used. The discriminator can in the known circuits z. B. only in a counter-switching of two voltages be seen.
Diese bekannten Anordnungen haben aber den wesentlichen Nachteil, daß sie bestenfalls eine Regelung auf eine Genauigkeit von U=104 zulassen, wobei (3-U das Verhältnis der Sollspannung U zur maximalen Abweichung d U darstellt. Eine größere Genauigkeit läßt sich vor allem deshalb nicht erreichen, weil keine genaueren Vergleichsgrößen (mit Langzeitkonstanz) erzeugt werden können. Die mit diesen bekannten Anordnungen erhaltene Konstanz reicht aber für viele Zwecke, z. B. für das oben geschilderte Problem der elektronischen Abstimmung, nicht aus.These known arrangements, however, have the major disadvantage that at best they allow regulation to an accuracy of U = 104, where (3-U represents the ratio of the nominal voltage U to the maximum deviation d U. This is the main reason why greater accuracy cannot be achieved , because no more precise comparison values (with long-term constancy) can be generated, but the constancy obtained with these known arrangements is not sufficient for many purposes, for example for the problem of electronic voting described above.
Es soll noch erwähnt werden, daß eine Spannungskonstanthalteanordnung bekannt ist, bei der die geregelte Gleichspannung in eine Hilfswechselspannung umgesetzt wird. Jedoch ist diese Hilfswechselspannung von konstanter Frequenz und ihre Amplitude ist abhängig von der geregelten Gleichspannung. Diese Hilfswechselspannung wird hierbei derart hochtransformiert, daß sie eine konstante Gleichspannung um einen geringen Betrag übersteigt. Aus dem Vergleich (Differenzbildung) der Halbwellen dieser Hilfswechselspannung und der konstanten Gleichspannung werden dann Stromimpulse gewonnen, diese werden in eine Wechselspannung umgeformt und hieraus wird nach Gleichrichtung die Regelspannung gewonnen. Auch hier wird trotz der Umwandlung der geregelten Gleichspannung in eine Wechselspannung wiederum eine konstante Gleichspannung zum Vergleich herangezogen. Damit treten auch hier die erwähnten Nachteile auf.It should also be mentioned that a voltage stabilizing arrangement is known in which the regulated DC voltage is converted into an auxiliary AC voltage will. However, this auxiliary AC voltage is of constant frequency and its amplitude depends on the regulated DC voltage. This auxiliary alternating voltage is this stepped up in such a way that it has a constant DC voltage by one exceeds a small amount. From the comparison (formation of the difference) of the half-waves This auxiliary alternating voltage and the constant direct voltage then become current pulses obtained, these are converted into an alternating voltage and this becomes after rectification the control voltage gained. Here too, the regulated DC voltage is converted despite the conversion in an alternating voltage, a constant direct voltage is used for comparison. The disadvantages mentioned thus also occur here.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist eine weitere Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung bekanntgeworden, bei der sich die gewünschte Genauigkeit erreichen läßt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist ebenfalls ein Stellglied vorgesehen. Ein Teil seiner Ausgangsleistung wird zur Abstimmung eines Oszillators benutzt. Außerdem ist noch ein weiterer hochkonstanter Oszillator (Quarzoszillator) vorgesehen. Die Frequenzen dieser beiden Oszillatoren werden in einem Diskriminator verglichen und die durch diesen Vergleich gewonnene Spannung wird zur Steuerung des Stellgliedes herangezogen.Another circuit arrangement is used to avoid these disadvantages for keeping a DC voltage constant, at which the desired Can achieve accuracy. This circuit arrangement also has an actuator intended. Part of its output power is used to tune an oscillator used. In addition, there is another highly constant oscillator (crystal oscillator) intended. The frequencies of these two oscillators are used in a discriminator compared and the voltage obtained by this comparison is used for the control of the actuator used.
Diese in elektrischer Hinsicht vorteilhafte Schaltungsanordnung hat aber noch den Nachteil eines relativ großen Aufwandes.This circuit arrangement is advantageous from an electrical point of view but still the disadvantage of a relatively large effort.
Es ist weiterhin ein Spannungs- oder Stromregler für Gleich- oder Wechselspannung bekanntgeworden, bei dem eine Brückenschaltung verwendet wird, in deren Zweigen ohmsche Widerstände liegen. Einer dieser Widerstände ist steuerbar ausgebildet und wird durch die zu regelnde Spannung oder den zu regelnden Strom in seiner Größe verändert. In die eine Brückendiagonale wird eine Hilfswechselspannung eingekoppelt. An der anderen Brückendiagonale wird die Regelspannung, deren Frequenz gleich der Frequenz der Hilfswechselspannung ist, ausgekoppelt. Diese Spannung wird zur Beeinflussung eines Stellgliedes, welches auf die zu regelnde Spannung einwirkt, benutzt.It is also a voltage or current regulator for DC or AC voltage became known in which a bridge circuit is used in whose branches are ohmic resistances. One of these resistors is controllable and is formed by the voltage to be regulated or the to regulating Electricity changed in size. An auxiliary AC voltage is applied to one of the bridge diagonals coupled. The control voltage and its frequency are on the other bridge diagonal is equal to the frequency of the auxiliary AC voltage, decoupled. This tension will to influence an actuator that acts on the voltage to be regulated, used.
Die Erfindung geht von dieser bekannten Regelschaltung aus. Gemäß der Erfindung wird jedoch zur Verbesserung der Langzeitkonstanz der Schaltung, zur Erhöhung der Genauigkeit der Regelung bzw. zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit vorgeschlagen, die Brückenschaltung als Wechselstrombrücke auszubilden, in deren einem Zweig ein durch die konstant zu haltende Gleichspannung -bzw. den konstant zu haltenden Gleichstrom in seiner elektrischen Größe steuerbares Element eingeschaltet ist. Zur Auskopplung der Regelspannung aus der zweiten Brückendiagonale ist ein Auskoppelglied vorgesehen; dieses (gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Verstärkers) sowie die Anordnung zur Erzeugung der Hilfswechselspannung sind mit einer Schaltungsanordnung zum Vergleich der Phasen der beiden anliegenden Wechselspannungen verbunden. In der zuletzt genannten Schaltungsanordnung wird eine Regelgleichspannung erzeugt, deren Größe von der Amplitude und der Phase der Ausgangsspannung der Brücke abhängig ist. Diese Spannung wird dem Stellglied zugeführt.The invention is based on this known control circuit. According to However, the invention is used to improve the long-term constancy of the circuit Increasing the accuracy of the control or to increase the control speed proposed to design the bridge circuit as an AC bridge in which a branch by the constant DC voltage to be kept -bzw. the constant to be kept direct current switched on in its electrical size controllable element is. To decouple the control voltage from the second bridge diagonal, a Decoupling member provided; this (if necessary with the interposition of a Amplifier) as well as the arrangement for generating the auxiliary AC voltage are with a circuit arrangement for comparing the phases of the two applied alternating voltages tied together. A control DC voltage is used in the last-mentioned circuit arrangement generated, the size of which depends on the amplitude and phase of the output voltage of the bridge is dependent. This voltage is fed to the actuator.
Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist -in der F i g. 1 der Zeichnung dargestellt. Die konstant zu haltende Gleichspannung liegt zwischen den Eingangsklemmen 1a und 1 b, Die geregelte Gleichspannung wird zwischen den Klemmen 2 a und 2 b abgenommen. Mit 3 ist das Stellglied bezeichnet. Ein Teil der Ausgangsleistung des Stellgliedes 3 wird über das einstellbare Potentiometer 4 ausgekoppelt und zur Steuerung einer Kapazitätsdiode 5 benutzt. Diese Kapazitätsdiode bildet zusammen mit dem Kondensator 6 einen Zweig der Wechselstrombrücke 7. In dem angegebenen Ausführunb Beispiel werden auch die anderen Brückenzweige durch Kondensatoren 6 a, 6 b und 6 c gebildet. An die Punkte 8 und 9, d. h. an die eine Brückendiagonale ist auch die Hilfswechselspannung, die in dem Oszillator 7a erzeugt wird, gelegt. Zwischen die Punkte 10 und 11, d. h. in die andere Brückendiagonale ist die Primärseite eines übertragers 12 eingeschaltet, dessen Sekundärseite mit einem Wechselstromverstärker 13 verbunden ist. In dem Glied 14 wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 13 mit der Ausgangsspannung des Oszillators 7a in der Phase verglichen. Außerdem wird in diesem Glied 14 eine Gleichspannung erzeugt, deren Betrag von der Amplitude der Ausgangsspannung des Verstärkers 13 abhängig ist. Die Polarität dieser Gleichspannung wird durch den Phasenvergleich der beiden zugeführten gleichfrequenten Wechselspannungen bestimmt. Die Spannung wird zur Einstellung des Stellgliedes 3 in bekannter Weise benutzt.An exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention is shown in FIG. 1 of the drawing. The DC voltage to be kept constant is between input terminals 1a and 1b. The regulated DC voltage is picked up between terminals 2 a and 2 b. With 3 the actuator is designated. Part of the output power of the actuator 3 is decoupled via the adjustable potentiometer 4 and used to control a capacitance diode 5. This capacitance diode, together with the capacitor 6, forms a branch of the alternating current bridge 7. In the example given, the other bridge branches are also formed by capacitors 6a, 6b and 6c. The auxiliary AC voltage that is generated in the oscillator 7a is also applied to points 8 and 9, that is to say to the one bridge diagonal. The primary side of a transformer 12, the secondary side of which is connected to an alternating current amplifier 13, is connected between points 10 and 11, ie in the other bridge diagonal. In the element 14, the output voltage of the amplifier 13 is compared in phase with the output voltage of the oscillator 7a. In addition, a direct voltage is generated in this element 14, the amount of which depends on the amplitude of the output voltage of the amplifier 13. The polarity of this direct voltage is determined by the phase comparison of the two supplied alternating voltages of the same frequency. The voltage is used to adjust the actuator 3 in a known manner.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist die folgende: Hat die Eingangsspannung zwischen den Klemmen 1 a und 1 b und damit die Ausgangsspannung zwischen den Klemmen 2 a und 2 b die gewünschte Größe, dann ist bei entsprechender Bemessung der Brückenglieder und bei entsprechender Stellung des Potentiometers 4 die Wechselstrombrücke 7 gerade abgeglichen. Am Ausgang des Verstärkers 13 tritt also keine Spannung auf; desgleichen erhält man am Ausgang des Glieds 14 keine Spannung und das Stellglied bleibt im. vorherigen Zustand. Weicht dagegen die Eingangsspannung zwischen den Klemmen 1 a und 1 b vom Sollwert ab, so wird die Wechselstrombrücke 7 verstimmt. Bei der Verstimmung hängt die Größe des Stroms zwischen den Punkten 10 und 11, also in der Primärwicklung des Übertragers 12, von der Größe der Abweichung der Istspannung von dem Sollwert ab. Die Richtung des' Stroms in der Primärwicklung hängt davon ab, ob der Istwert den Sollwert übersteigt oder unterschreitet. Bei dem Übersteigen der Istspannung erhält die Gleichspannung am Ausgang des Glieds 14, deren Betrag wie bereits ausgeführt, von der Amplitude der Ausgangsspannung des Übertragers 12 abhängig ist, eine bestimmte Polarität. Ist dagegen die Eingangsspannung zwischen den-Klemmen 1 a und 1 b kleiner als der Sollwert, dann ergibt sich am Ausgang des Glieds 14 die umgekehrte Polarität. Das Stellglied wird somit durch die Gleichspannung am Ausgang des- Glieds 14 um den für die Konstanthaltung ermittelten. Betrag in der richtigen Stellrichtung geregelt.The mode of operation of the circuit arrangement is as follows: If the input voltage between terminals 1 a and 1 b, and thus the output voltage between terminals 2 a and 2 b, is of the desired size, then with the appropriate dimensioning of the bridge elements and the appropriate setting of the potentiometer 4, the AC bridge 7 just balanced. So there is no voltage at the output of the amplifier 13; likewise, there is no voltage at the output of member 14 and the actuator remains in. previous state. If, on the other hand, the input voltage between terminals 1 a and 1 b deviates from the nominal value, the AC bridge 7 is detuned. When detuning, the magnitude of the current between points 10 and 11, that is to say in the primary winding of the transformer 12, depends on the magnitude of the deviation of the actual voltage from the nominal value. The direction of the 'current in the primary winding depends on whether the actual value exceeds or falls below the setpoint. When the actual voltage is exceeded, the direct voltage at the output of the element 14, the amount of which, as already stated, depends on the amplitude of the output voltage of the transformer 12, receives a certain polarity. If, on the other hand, the input voltage between terminals 1 a and 1 b is less than the nominal value, then the polarity is reversed at the output of element 14. The actuator is thus determined by the DC voltage at the output of the element 14 by that for keeping constant. Amount regulated in the correct actuating direction.
Das Glied 14 kann beispielsweise- in folgender Weise aufgebaut sein: Es wird aus den beiden zugeführten Spannungen (aus dem Verstärker 13 und dem Oszillator 7a) sowohl die Summe als auch die Differenz gebildet. Die entstehenden Spannungen werden gleichgerichtet und gegeneinandergeschaltet. Daß sich hierbei die gewünschte Gleichspannung ergibt, ist an Hand des Vektordiagramms der F i g. 2 gezeigt. Es sind in der F i g. 2 zwei Fälle dargestellt, die sich nur dadurch unterscheiden, daß einmal die Eingangsspannung um einen bestimmten Betrag zu klein und zum andern um den gleichen Betrag zu groß ist. In der F i g. 2 a stellt der Vektor 15 die Ausgangsspannung des Verstärkers 13 dar, während der Vektor 16 die Ausgangsspannung des Hilfsoszillators 7 a (zum gleichen Zeitpunkt) versinnbildlicht. Es wird einmal die Summe der beiden Spannungen gebildet, wodurch sich die durch den Vektor 17 dargestellte Spannung ergibt. Außerdem wird, wie bereits ausgeführt, noch die Differenz der Vektoren 15 und 16 gebildet (Vektor 15 a und 16 a), wobei man die Spannung mit dem Vektor 17 a erhält. Nach der Gleichrichtung erhält man einmal eine Gleichspannung mit dem Betrag 18 (aus der Summenspannung) und zum andern einen Betrag 18a (aus der Differenzspannung). Durch Gegeneinanderschaltung dieser beiden Gleichspannungen verbleibt eine Restspannung 19 mit einer bestimmten Polarität.The element 14 can for example be constructed in the following way: Both the sum and the difference are formed from the two voltages supplied (from the amplifier 13 and the oscillator 7a). The resulting voltages are rectified and switched against each other. That this results in the desired DC voltage can be seen from the vector diagram of FIG. 2 shown. There are in FIG. 2 shows two cases which differ only in that on the one hand the input voltage is too low by a certain amount and on the other hand it is too high by the same amount. In FIG. 2a, the vector 15 represents the output voltage of the amplifier 13, while the vector 16 symbolizes the output voltage of the auxiliary oscillator 7a (at the same point in time). The sum of the two voltages is formed once, resulting in the voltage represented by the vector 17. In addition, as already stated, the difference between the vectors 15 and 16 is formed (vector 15 a and 16 a), the voltage being obtained with the vector 17 a. After rectification, a direct voltage with the amount 18 is obtained on the one hand (from the sum voltage) and on the other hand an amount 18a (from the differential voltage). By connecting these two DC voltages against one another, a residual voltage 19 remains with a specific polarity.
Wird dagegen die Brücke in entgegengesetzter Richtung verstimmt, dann erhält man die in F i g. 2 b mit 15 b (Ausgangsspannung des Übertragers) und 16b (Oszillatorausgangsspannung) bezeichneten Spannungsvektoren. Bei der Summenbildung verbleibt eine Spannung, die durch den Vektor 17 b symbolisiert ist, während bei der Differenzbildung sich eine Spannung mit dem Vektor 17 c ergibt. Nach Gleichrichtung (Beträge 18 b und 18 c) der beiden Spannungen 17 b und 17 c und Gegeneinanderschaltung erhält man eine .Spannung 19a, die zwar den gleichen Betrag wie die Spannung 19 aufweist, jedoch (bewirkt durch die Gegeneinanderschaltung) nunmehr umgekehrte Polarität hat. Es sei noch erwähnt, daß man an Stelle der oben geschilderten Schaltungsanordnung für das Glied 14 auch einen sogenannten Ringmodulator verwenden kann.If, on the other hand, the bridge is detuned in the opposite direction, then the one in FIG. 2 b with 15 b (output voltage of the transformer) and 16b (oscillator output voltage) designated voltage vectors. In the formation of the sum, a voltage remains which is symbolized by the vector 17 b, while in the formation of the difference a voltage with the vector 17 c results. After rectifying (amounts 18 b and 18 c) of the two voltages 17 b and 17 c and connecting them against each other, a voltage 19a is obtained, which has the same amount as voltage 19, but (caused by the opposing connection) now has the opposite polarity. It should also be mentioned that instead of the circuit arrangement described above for the element 14, a so-called ring modulator can also be used.
Verwendet man als Stellglied z. B. einen Transistor, so kann man die gleichgerichtete Hilfsoszillatorspannung auch zur Einstellung des Transistorarbeitspunktes benutzen. Die verstärkte und gegenüber der Hilfsoszillatorspannung kleinere Brückenspannung braucht hier nur noch zu der Hilfswechselspannung transformatorisch addiert und die Summe gleichgerichtet zu werden; hierbei findet automatisch ein Phasenvergleich statt. In Abhängigkeit von der gegenseitigen Phasenlage der beiden Wechselspannungen wird die Transistorvorspannung größer oder kleiner. Bei dieser Ausführungsform vereinfacht sich somit das Glied zur Erzeugung der Steilgleichspannung gegenüber den oben beschriebenen Anordnungen.Is used as an actuator z. B. a transistor, so you can rectified auxiliary oscillator voltage also for setting the transistor operating point use. The bridge voltage, which is amplified and is smaller than that of the auxiliary oscillator voltage only needs to be added to the auxiliary alternating voltage by means of a transformer and the sum to be rectified; a phase comparison takes place automatically instead of. Depending on the mutual phase position of the two alternating voltages the transistor bias becomes larger or smaller. Simplified in this embodiment thus the element for generating the steep DC voltage compared to the ones described above Arrangements.
Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gegenüber der vorn aufgeführten Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung einer Gleichspannung unter Verwendung eines Quarzoszillators einen weit geringeren Aufwand benötigt. Der Hilfsoszillator7a braucht keineswegs frequenzkonstant zu sein, da sich Frequenzabweichungen nicht nachteilig auswirken können. Die Brücke selbst ist in ihrem Aufbau einfach. Selbstverständlich kann sie auch aus Induktivitäten mit einer entsprechenden stromgesteuerten Induktivität in einem Zweig gebildet werden. Auch können andere bekannte Brückenschaltungen Verwendung finden. Auch das Glied 14 ist, wie oben ausgeführt, keineswegs eine komplizierte Schaltungsanordnung. Trotzdem können Genauigkeiten von etwa (-gu = 105 (und noch bessere Genauigkeiten) mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielt werden. In bezug auf Genauigkeit ist also die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung durchaus vergleichbar mit der gerade erwähnten, bekannten Schaltungsanordnung mit einem Quarzoszillator.It can be seen that the circuit arrangement according to the invention is opposite the circuit arrangement listed above for keeping a direct voltage constant far less effort is required using a crystal oscillator. The auxiliary oscillator 7a does not need to be constant in frequency since there are frequency deviations can not have an adverse effect. The bridge itself is simple in its construction. Of course, it can also consist of inductors with a corresponding current-controlled Inductance can be formed in a branch. Other known bridge circuits can also be used Find use. As stated above, the link 14 is by no means a complicated one Circuit arrangement. Nevertheless, accuracies of about (-gu = 105 (and still better accuracies) can be achieved with the circuit arrangement according to the invention. In terms of accuracy, the circuit arrangement according to the invention is absolutely sufficient comparable to the just mentioned, known circuit arrangement with a quartz oscillator.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DET22079A DE1216975B (en) | 1962-05-08 | 1962-05-08 | Circuit arrangement for keeping a direct voltage or a direct current constant |
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Publications (1)
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DE1216975B true DE1216975B (en) | 1966-05-18 |
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ID=7550395
Family Applications (1)
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DET22079A Pending DE1216975B (en) | 1962-05-08 | 1962-05-08 | Circuit arrangement for keeping a direct voltage or a direct current constant |
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DE (1) | DE1216975B (en) |
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1962
- 1962-05-08 DE DET22079A patent/DE1216975B/en active Pending
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