DE1283360B - Elektrische Einrichtung zur Erzeugung von hohen pulsierenden Stroemen - Google Patents

Elektrische Einrichtung zur Erzeugung von hohen pulsierenden Stroemen

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DE1283360B DEE28376A DEE0028376A DE1283360B DE 1283360 B DE1283360 B DE 1283360B DE E28376 A DEE28376 A DE E28376A DE E0028376 A DEE0028376 A DE E0028376A DE 1283360 B DE1283360 B DE 1283360B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
H 03 k
Deutsche Kl.: 21 d3 - 3/02
Nummer: 1283 360
Aktenzeichen: P 12 83 360.2-32 (E 28376)
Anmeldetag: 16. Dezember 1964
Auslegetag: 21. November 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Einrichtung zur Erzeugung von hohen pulsierenden Strömen mit einstellbarem Impulsabstand und einstellbarer Impulsdauer, enthaltend zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Stromquellen, an deren miteinander verbundenen Polen der eine Eingangspol der Einrichtung angeschlossen ist, und zwei mit ihren Anoden-Kathoden-Strecken gleichsinnig in Reihe geschaltete steuerbare Hauptgleichrichter, deren in der Reihenschaltung einander zugekehrte Elektroden mit dem anderen Ausgangspol der Einrichtung verbunden und deren in der Reihenschaltung voneinander abgewandte Elektroden an die voneinander abgewandten Pole der Stromquellen angeschlossen sind, ferner enthaltend zwei mit ihren Anoden-Kathoden-Strecken gleichsinnig in Reihe geschaltete steuerbare Löschgleichrichter, deren in der Reihenschaltung einander zugekehrte Elektroden über eine aus einer die Löschspannung liefernden Kapazität und einer Induktivität bestehende Reihenschaltung ao mit den einander zugekehrten Elektroden der Hauptgleichrichter verbunden und deren in der Reihenschaltung voneinander abgewandte Elektroden derart an die voneinander abgewandten Pole der Stromquellen angeschlossen sind, daß die Reihenschaltung der Löschgleichrichter gleichsinnig parallel zu der Reihenschaltung der Hauptgleichrichter geschaltet ist.
Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (französische Patentschrift 1 317 487), bei der als Haupt- und Löschgleichrichter Thyristoren verwendet sind, sind die in der Reihenschaltung der Anoden-Kathoden-Strecken einander zugekehrten Elektroden der Hauptgleichrichter und der Löschgleichrichter jeweils unmittelbar miteinander verbunden. Die aus der Kapazität und der Induktivität bestehende Reihenschaltung ist zwischen die Verbindungsstellen der einander zugekehrten Elektroden der Haupt- und Löschgleichrichter gelegt. Wird bei der bekannten Einrichtung einer der beiden Löschgleichrichter aufgesteuert, wird an den anderen Löschgleichrichter sprunghaft eine in Durchlaßrichtung gepolte Spannung angelegt. Es wurde festgestellt, daß dies eine Beschädigung oder Zerstörung der Gleichrichter zur Folge haben kann. Bei Thyristoren kann nämlich ein zu steiler Spannungsanstieg an der in Durchlaßrichtung beanspruchten Anoden-Kathoden-Strecke zu einem unerwünschten Zünden des Thyristors führen. Ist dies der Fall, fließt durch die in Reihe geschalteten Löschthyristoren ein übermäßig hoher Strom, weil die Stromquellen praktisch kurzgeschlossen werden. Zu entsprechenden Störungen Elektrische Einrichtung zur Erzeugung von hohen pulsierenden Strömen
Anmelder:
Jack van Eijnsbergen, St. Gallen (Schweiz)
Vertreter:
Dipl.-Ing. Gerhard Schwan, Patentanwalt,
8000 München
Als Erfinder benannt:
Jack van Eijnsbergen, St. Gallen (Schweiz)
Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 23. Dezember 1963 (A 10 402-63)
kann es auch bei gasgefüllten Entladungsröhren, insbesondere Thyratrons und Ignitrons, kommen, wenn der eine Löschgleichrichter kurz nach dem Sperren des anderen Löschgleichrichters aufgesteuert wird.
Erfindungsgemäß werden die geschilderten Nachteile bei Einrichtungen der eingangs genannten Art dadurch ausgeräumt, daß die Induktivität in Form zweier Teilinduktivitäten zwischen die Löschgleichrichter geschaltet und die Kapazität an die Verbindungsstelle der beiden Teilinduktivitäten angeschlossen ist. Mittels dieser Anordnung ist in einfacher Weise dafür gesorgt, daß Potentialänderungen an der einen der beiden in der Reihenschaltung einander zugekehrten Elektroden der Löschgleichrichter nur verzögert bzw. mit geringerer Flankensteilheit auf die andere dieser beiden Elektroden übertragen werden.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer mit Gleichstrom gespeisten Einrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der durch den einen Hauptgleichrichter und den einen Löschgleichrichter fließenden Ströme,
F i g. 3 den zeitlichen Verlauf der an der Primärwicklung des Transformators in F i g. 1 auftretenden Spannung,
Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der an dem einen Hauptgleichrichter auftretenden Spannung,
809 638/1311
Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Kondensatorspannung,
Fig. 6a und 6b den zeitlichen Verlauf der durch die beiden Löschgleichrichter fließenden Ströme und
Fig. 7a und 7b zwei Beispiele von Impulsfolgen, wie sie mittels der Einrichtung nach der Erfindung erzeugt werden können.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 liegt eine erste Gleichstromquelle zwischen einem Plusleiter (+)
die Spannung schnell von 0 bis beinahe auf die Nennspannung des Plusleiters und bleibt dann bis T2 relativ konstant. Der Strom durchfließt die Wicklung 5 und induziert gleichzeitig in der Wicklung 4 eine Spannung, durch welche das Potential der Elektrode 3 b des Kondensators 3 wegen des ausgewählten Windungsverhältnisses der Wicklungen 5 und 4 bis ungefähr auf +500V ansteigt. Wegen der vorgegebenen Aufladung des Kondensators stellt sich das Po-
zwischen dem Nulleiter NP und der einen Elektrode 36 eines Kondensators 3. Die andere Elektrode 3 a des Kondensators 3 ist über je eine die erwähnten
Plus- und dem Minusleiter verbunden. Parallel zu den Drosselspulen 1 und 2 können nach Bedarf Widerstände 9 bzw. 10 geschaltet sein. Ferner kön-
und einem Nulleiter NP, während eine mit der ersten io tential der Elektrode 3 a des Kondensators auf Gleichstromquelle gleichsinnig in Reihe geschaltete —50 V ein. Zur Zeit T2 wird der Löschgleichrichzweite Gleichstromquelle zwischen den Nulleiter NP teri? gezündet. Die Elektrode 3 a des Kondensators 3 und einen Minusleiter (—) gelegt ist. Im dargestellten ändert ihr Potential von —50 auf +500 V; dement-Beispiel ist der Verbraucher an die Klemmen K, L sprechend ändert sich das Potential der Elektrode 3b der Sekundärwicklung 8 eines Transformators TR 15 von + 500 auf +1050 V. Der Kondensator 3 beginnt angeschlossen, dessen Primärwicklung 5 ausgangs- sich über die Primärwicklung 4 zu entladen und seitig an den Nulleiter NP und eingangsseitig über je übernimmt wegen der größeren Spannung die Stromeinen Hauptgleichrichter A bzw. D und je eine zu- Versorgung des Transformators, da in den Wicklunsätzliche primärseitige Transformatorwicklung 6 gen 5 und 6 eine höhere resultierende Spannung als bzw. 7 an den Plus- und den Minusleiter angeschlos- 20 die Netzspannung induziert wird. Gleichzeitig und sen ist. Eine weitere Transformatorwicklung 4 liegt entsprechend dem Stromanstieg im Löschgleichrichter B nimmt der Strom durch den Hauptgleichrichter A ab (Fig. 2), bis er zur Zeit T3 gänzlich zu fließen aufhört. Der Kondensator 3 entlädt sich dann
Teilinduktivitäten bildende Drosselspule 1 bzw. 2 25 weiter und wird anschließend umgekehrt aufgeladen, und je einen Löschgleichrichter B bzw. C mit dem Im Zeitpunkt T4 liegt die Elektrode 3 b des Kondensators 3 wegen der im Transformator aufgespeicherten magnetischen Energie (Fig. 3) unter dem Nullpotential. Die Elektrode 3 a liegt auf +500V. Der
nen relativ hohe Widerstände parallel zu den Gleich- 30 Löschgleichrichter B hat gelöscht. Während des Entrichtern und dem Transformator allein oder in Korn- ladevorganges des Kondensators 3 hat sich in der bination mit kleinen Kondensatoren geschaltet sein,
wie es in Gleichrichteranlagen üblich ist. Da diese
zusätzlichen Widerstände und Kondensatoren jedoch
zum Verständnis der Erfindung nicht beitragen, sind 35
sie der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.
Als Gleichrichter A, B, C, D sind steuerbare gasgefüllte Entladungsröhren (wie Ignitrons und Thyratrons) oder Thyristoren verwendbar. Die Polung der
Gleichrichter ist aus der Zeichnung ersichtlich und 40 Stromfluß durch den Hauptgleichnchter A aufgehört bedarf keiner näheren Erläuterung. hat, erfolgen durch die höhere Spannung am Konden-
Zur leichteren Beschreibung der Arbeitsweise der sator 3 zunächst ein weiterer geringer Spannungs-Einrichtung sei angenommen, daß die Stromquellen anstieg und dann mit abnehmender und umkehrender gegenüber dem Nulleiter NP ein positives bzw. nega- Spannung am Kondensator 3 ein Spannungsabfall, tives Potential von beispielsweise +500V und 45 der bis zur Zeit T4, zu der auch der Stromfluß durch —500 V aufrechterhalten und daß der Kondensator 3 den Löschgleichrichter B aufgehört hat, zu negativen
Spannungswerten an der Primärwicklung 5 führt. Von der Zeit T1 an steigt die Spannung wieder bis auf Nullpotential, das zur Zeit T5 erreicht wird. Gleichzeitig wird die im Transformator TR aufgespeicherte magnetische Energie sekundärseitig an den angeschlossenen Verbraucher abgegeben.
Der Kondensator 3 ist nun gegenüber seinem Ausgangswert umgekehrt aufgeladen, d. h., die Elektrode
Linie) fließenden Stromes wiedergegeben ist, sowie 55 3 a liegt auf +500 V und die Elektrode 3 b auf NuIldas Diagramm der Fig. 3, das den zeitlichen Ver- potential.
lauf der an der Primärwicklung 5 auftretenden Span- Nach einem vorbestimmbaren Zeitschema können
nung darstellt. nunmehr der Hauptgleichrichter D und anschließend
Zur Zeit T1 wird der Hauptgleichrichter A gezün- der Löschgleichrichter C gezündet werden. Die erdet. Der Strom durch den Hauptgleichrichter A steigt 60 läuterten Vorgänge wiederholen sich in gleicher abhängig von der Belastung langsam an und erreicht Weise, jedoch mit umgekehrter Polarität.
Die Hauptgleichrichter A und D sowie die Löschgleichrichter B und C können nach einem vorgegebenen Zeitschema mittels Zündeinrichtungen bekannter
Drosselspule 1 magnetische Energie gespeichert, die nach der Abschaltung in einer Erhöhung der Kondensatorspannung auf z. B. +500 V wirksam wird.
Im Spannungsdiagramm der Fig. 3 treten diese Vorgänge durch eine plötzliche geringe Spannungsänderung an der Primärwicklung 5 des Transformators TR beim Zünden des Löschgleichrichters B zur Zeit T2 in Erscheinung. Nach T3, d. h. wenn der
auf eine Spannung von z.B. —550V an der Elektrode 3 a aufgeladen ist. Diese Aufladung des Kondensators 3 kann leicht mittels einer üblichen kleinen Ladevorrichtung durchgeführt werden.
Zur näheren Erläuterung dienen das Diagramm der Fig. 2, in welchem der zeitliche Verlauf des durch den Hauptgleichrichter A (ausgezogene Linie) und durch den Löschgleichrichter B (gestrichelte
zur Zeit T2 seinen Sollwert (F i g. 2). Als Spannungsänderung an der Primärwicklung 5 zeigt sich dieser Vorgang folgendermaßen (Fig. 3): Vor dem Ein
schalten liegt an der Primärwicklung keine Spannung, 65 Art gezündet werden. Durch das Zündschema für die da sie ausgangsseitig am Nulleiter angeschlossen ist Hauptgleichrichter A und D wird der Impulsabstand
bestimmt. Die Abschaltung der Hauptgleichrichter A und D erfolgt durch Zuschalten einer größeren Ge-
und alle Gleichrichter gesperrt sind. Mit dem Einschalten des Hauptgleichrichters A zur Zeit T1 steigt
5 6
genspannung auf Grund des Zündens der Lösch- der Drosselspule 1 und der Transformatorwicklung 4 gleichrichter B und C. Das zeitliche Zündschema für gespeicherte magnetische Energie um den zusätzdie Löschgleichrichter B und C bestimmt infolge- liehen positiven Betrag U2, also im angegebenen Beidessen die jeweilige Impulsbreite. Das Löschen der spiel auf +550V, aufgeladen. Im Zeitpunkt T4 Löschgleichrichter B und C wird dabei selbsttätig 5 schaltet auch der Löschgleichrichter B ab. Die posidurch die abnehmende Spannung am Kondensator 3 tive Spannung bleibt bestehen, bis zur Zeit Tx der bewirkt. Löschgleichrichter C gezündet wird. Von da an be-
Zum Verständnis wichtig ist demnach die zeitliche ginnt sich dann der Kondensator 3 wiederum zu ent-Spannungsänderung an den Hauptgleichrichtern A laden. Über den gezündeten Löschgleichrichter C und D. ίο wird er nun wiederum bis auf die negative Quellen-
F i g. 4 zeigt die während des Schaltvorganges spannung — U1 und durch die frei werdende, in der stattfindende Spannungsänderung am Hauptgleich- Drosselspule 2 und dem Transformator gespeicherte richter A. Mit dem Zünden zur Zeit T1 fällt die magnetische Energie um den zusätzlichen negativen Spannung von U1 bis auf einen geringen Restwert U2, Betrag — U2 noch weiter negativ aufgeladen. Für der durch den Spannungsabfall des Gleichrichters 15 jeden Schaltzyklus wiederholt sich dann dieser Vorgegeben ist. Er beträgt z. B. bei Quecksilberdampf- gang.
Gleichrichtern etwa 16 bis 20 V und bei Thyristoren In der Zeitspanne T2 bis T4, in der sich der Kon-
etwa 1 V. Diese Spannung bleibt konstant bestehen, densator 3 von seiner negativen Maximalspannung solange der Hauptgleichrichter A leitet, also bis zu entlädt und auf seine positive Maximalspannung aufdessen Abschalten zur Zeit T3. Von der Zeit ΤΆ ab 20 lädt, fließt durch den Löschgleichrichter B ein Strom wird die dem Hauptgleichrichter A entgegengeschal- (Fig. 6a), der seinen größten Wert bei der Kondentete höhere Kondensatorspannung wirksam, d. h., satorspannung 0 hat. In gleicher Weise fließt durch die Spannung am Hauptgleichrichter A wird in bezug den Löschgleichrichter C (Fig. 6b) ein Strom in auf seine Polarität negativ, bis die Kondensatorspan- der Zeit Tx bis Ty, während der sich die Spannung nung den Nullwert durchlaufen hat (T6). Von hier 25 am Kondensator von ihrem positiven auf ihren negaab wird die Spannung am Hauptgleichrichter A wie- tiven Maximalwert ändert.
der positiv, bis sie zur Zeit T5 wieder ihren Aus- Die Spannungsüberhöhungen ± Uz am Kondensator
gangswert U1 erreicht hat. Für die Funktion der Ein- liefern, wie beschrieben, die negativen Sperrspanrichtung wichtig ist die am Hauptgleichrichter A lie- nungen für die Hauptgleichrichter A und D. Diese gende negative Spannung während der Zeit (T6 — T3) 30 Sperrspannungen sind zweckmäßig, da sie einen zu- = tb. Der maximale Betrag dieser negativen Span- sätzlichen Sicherheitsfaktor für die Schaltung bedeunung ist mit U.t bezeichnet. Zur Zeit T3 hat der ten. Selbstverständlich kann es Fälle geben, in wel-Hauptgleichrichter A gerade abgeschaltet; zur Zeit T6 chen ein solcher Sicherheitsfaktor nicht unbedingt wird die Spannung am Hauptgleichrichter A wieder erforderlich ist. Meistens beträgt jedoch die Spanpositiv. Die Zeitspanne tb muß mindestens so groß 35 nungsänderung am Kondensator 3 mehr als das Dopsein, daß die den Hauptgleichrichter bildende Ent- pelte der Spannung der Stromquellen, jeweils gegen ladungsröhre sich durch Rekombination wieder ent- 0 gerechnet. Man wird deshalb der Wicklung 4 eine ionisiert bzw. der Thyristor sich genügend erholt hat, höhere Windungszahl geben als der Wicklung 5. Wie d. h., sie muß mindestens gleich der dem Haupt- sich dies im Spannungsdiagramm für die Primärgleichrichter eigenen Erholungszeit sein. Dabei darf 40 wicklung 5 äußert, ist in Fig. 3 für zwei verschiedie Größe der negativen Spannung nicht so hoch dene Fälle durch gestrichelte Linien eingezeichnet, sein, daß eine Rückzündung eintritt. Für die Schal- Im einen Fall ist die Windungszahl größer, im änderung günstig ist das allmähliche Ansteigen der nega- ren Fall kleiner als die im beschriebenen Beispiel tiven Spannung, die ihr Maximum erst erreicht, wenn angenommene Windungszahl,
bereits etwa die halbe Erholungszeit vergangen, d. h. 45 Zur Speisung der erfindungsgemäßen Einrichtung der Gleichrichter für Rückzündeffekte nicht mehr so kann an Stelle von Gleichspannung auch Wechselempfindlich ist. spannung benutzt werden. Die in der Reihenschal-
Die Festlegung der Zeit tb und der Höhe der ne- tung der Anoden-Kathoden-Strecken voneinander abgativen Sperrspannung erfolgt durch geeignetes Be- gewandten Elektroden aller vier Gleichrichter liegen messen der Drosselspule 1 bzw. 2 und des Konden- 50 dann an der spannungsführenden Phase des Wechselsators 3, die so zu erfolgen hat, daß das Abschalten Stromnetzes, während der Ausgang der Primärwickder Hauptgleichrichter A und D in einer Zeitspanne lung 5 mit dem Nulleiter NP verbunden ist. Es vererfolgt, die lang genug ist, um Sekundäreffekte zu steht sich, daß beim Wechselspannungsbetrieb geverhindern. Diese Zeit beträgt für Ignitrons z. B. zwi- wisse Beschränkungen im Impulsabstand und in der sehen 20 und 100 Mikrosekunden, sie ist also kurz 55 Impulsdauer vorliegen.
genug, um für einen gewünschten Impulsabstand Der Transformator TR kann auch als Spartrans-
praktisch keine Rolle zu spielen. formator mit einer einzigen langen Primärwicklung
Zur Vervollständigung sind in Fig. 5 der zeit- und entsprechenden Anzapfungen für die Wicklungsliche Spannungsverlauf am Kondensator 3 und in abschnitte 4, 5, 6 und 7 ausgeführt werden. In Son-Fig. 6a und 6b der Stromverlauf durch die Lösch- 60 derfallen können die Spulen 4, 6 und 7 ganz entgleichrichter B bzw. C dargestellt. Wie beschrieben, fallen und können die Elektrode 3 b des Kondenliegt am Kondensator 3 vor dem Zünden des Haupt- sators 3 sowie die in der Reihenschaltung einander gleichrichters A eine Spannung von —550 V. Diese zugekehrten Elektroden der Hauptgleichrichter unSpannung bleibt erhalten, bis sich der Kondensator 3 mittelbar an die Wicklung 5 angeschlossen werden, nach dem Zünden des Löschgleichrichters B zu ent- 65 Auch braucht der Verbraucher nicht über einen laden beginnt. Über den gezündeten Löschgleich- Transformator an die Einrichtung angeschlossen zu richter B wird der Kondensator anschließend bis auf werden. Der Anschluß der Belastung, z. B. ein Madie Spannung + U1 positiv und weiter durch die in gnet, ein Motor, ein elektrolytisches Bad, eine Gas-
entladungsstrecke usw., kann vielmehr auch unmittelbar ohne Zwischenschaltung eines Transformators erfolgen. Doch wird dies immer nur dann der Fall sein, wenn keine sehr hohen Impulsströme zu erzeugen sind. Gerade die Verwendung eines Transformators ermöglicht es, sekundärseitig sehr hohe Impulsströme zu erhalten, ohne daß hohe Verluste auftreten, da dann der Schaltvorgang primärseitig erfolgt und bei wesentlich niedrigeren Stromstärken durchgeführt wird.
Will man pulsierenden Gleichstrom erhalten, so können sekundärseitig ungesteuerte Gleichrichter zwischen den Transformator und den Verbraucher geschaltet werden.
In Fig. 7a ist eine beispielsweise Impulsfolge wiedergegeben, die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erhalten werden kann. Impulsdauer und Impulsabstand sind einstellbar bzw. regelbar, wie dies bei der in Fig. 7b dargestellten Impulsfolge angedeutet ist. Diese Impulsfolge zeigt nur positive Impulse mit verschiedenen Impulsdauern und Impulsabständen, und kann, wie beschrieben, durch Zwischenschalten einer Gleichrichteranordnung erhalten werden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Elektrische Einrichtung zur Erzeugung von hohen pulsierenden Strömen mit einstellbarem Impulsabstand und einstellbarer Impulsdauer, enthaltend zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Stromquellen, an deren miteinander verbundenen Polen der eine Ausgangspol der Einrichtung angeschlossen ist, und zwei mit ihren Anoden-Kathoden-Strecken gleichsinnig in Reihe geschaltete steuerbare Hauptgleichrichter, deren in der Reihenschaltung einander zugekehrte Elektroden mit dem anderen Ausgangspol der Einrichtung verbunden und deren in der Reihenschaltung voneinander abgewandte Elektroden an die voneinander abgewandten Pole der Stromquellen angeschlossen sind, ferner enthaltend zwei mit ihren Anoden-Kathoden-Strecken gleichsinnig in Reihe geschaltete steuerbare Lösehgleichrichter, to deren in der Reihenschaltung einander zugekehrte Elektroden über eine aus einer die Löschspannung liefernden Kapazität und einer Induktivität bestehende Reihenschaltung mit den einander zugekehrten Elektroden der Hauptgleichrichter verbunden und deren in der Reihenschaltung voneinander abgewandte Elektroden derart an die voneinander abgewandten Pole der Stromquellen angeschlossen sind, daß die Reihenschaltung der Lösehgleichrichter gleichsinnig parallel zu der ao Reihenschaltung der Hauptgleichrichter geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität in Form zweier Teilinduktivitäten (1, 2) zwischen die Lösehgleichrichter (B, C) geschaltet und die Kapazität (3) an die Verbmas dungsstelle der beiden Teilinduktivitäten (1, 2) angeschlossen ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Französische Patentschrift Nr. 1317 487;
    ao »Electronic Engineering«, Februar 1963,
    S. 100,101;
    »Handbuch für Hochfrequenz- und Elektro-Techniker«, Verlag für Radio-Foto-Kinotechnik GmbH., Berlin-BorsigwaJde, 1957, Bd. V, S. 204, 251.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEE28376A 1963-12-23 1964-12-16 Elektrische Einrichtung zur Erzeugung von hohen pulsierenden Stroemen Pending DE1283360B (de)

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