DE19527974A1 - Magnetische Abschirmung von elektrischen Anlagen - Google Patents
Magnetische Abschirmung von elektrischen AnlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine magnetische Abschirmung von elek
trischen Kabeleinrichtungen Umspannungsanlagen Schaltanlagen
und/oder Verteilungsanlagen.
In Wohngebieten wird Elektrizität über mittlere Entfernungen mit
einer Spannung von etwa 10-30 kV transportiert. Diese sogenannte
Mittelspannung ist einerseits niedrig genug, um ohne großen
Aufwand die Isolierung zu ermöglichen, und andererseits hoch
genug, um Leitungsverluste zu minimieren. Für den Nahbereich muß
die Mittelspannung auf die an den Hausanschlüssen vorgesehene
Niederspannung transformiert werden, also üblicherweise auf 400
V-Drehstrom (drei Phasen von je 230 V gegen Erde). Die dazu er
forderlichen Umspannungsanlagen mit zugeordneten Schaltanlagen
und Verteilungsanlagen befinden sich häufig in Kellern von Wohn
gebäuden.
In der Vergangenheit haben die magnetischen Streufelder, die von
diesen Umspannungsanlagen, Schaltanlagen, Verteilungsanlagen und
den dazwischen angeordneten Kabeleinrichtungen, durch die auf
der Niederspannungsseite hohe Ströme fließen können, ausgehen,
nicht zu nennenswerten Problemen geführt. Bei der zunehmenden
Verwendung von Computern kommt es jedoch immer häufiger vor, daß
ein hochauflösender Bildschirm in einem Raum steht, der sich
unmittelbar über einem Kellerraum mit einer Umspannungsanlage
mit zugeordneten Komponenten des beschriebenen Typs befindet.
Wenn keine Maßnahmen ergriffen werden, können in 10 m Entfernung
von der Anlage durchaus Magnetfelder von 1 bis 3 µ-Tesla auf
treten. Computerbildschirme, insbesondere hochauflösende Bild
schirme, aber auch Fernsehgeräte werden dadurch deutlich sicht
bar gestört.
Durch feldarme Bauformen lassen sich die magnetischen Felder
reduzieren. Wenn beispielsweise an der Niederspannungsseite des
Transformators für jede Phase mehrere Kabel vorgesehen sind,
können durch geschickte geometrische Anordnungen der einzelnen
Kabel in einem Kabelstrang die im Außenbereich auftretenden
magnetischen Felder reduziert werden. Das Umklemmen der Kabel am
Transformator führt allerdings zu unübersichtlichem Verlauf der
Kabel und ist daher in der Praxis unerwünscht. Man kann auch den
üblicherweise an der Kellerdecke verlegten Kabelstrang, der den
Transformator mit der Niederspannungsverteilung verbindet, auf
den Kellerboden umlegen, um so den Abstand des Kabelstrangs zu
den über dem Keller befindlichen Räumen zu vergrößern. Dies ist
jedoch aufwendig und teuer. Man hat daher nach Möglichkeiten
gesucht, die von den genannten Anlagen ausgehenden magnetischen
Felder zumindest teilweise abzuschirmen.
Es ist bekannt, daß sich eine hochwertige magnetische Abschir
mung mit Hilfe von sogenanntem My-Metall, einem Material sehr
hoher magnetischer Permeabilität, erreichen läßt. Dazu muß die
Anlage, von der die störenden Magnetfelder ausgehen, vollständig
mit Blechen aus My-Metall umgeben werden. Als Alternative könnte
auch der zu schützende Gegenstand, z. B. ein Bildschirm, durch
praktisch vollständiges Abschirmen mit My-Metall vor den stören
den magnetischen Feldern geschützt werden. Dies ist jedoch sehr
aufwendig und erfordert große Sorgfalt, da My-Metall sehr weich
ist und durch unbeabsichtigtes Verbiegen seine günstigen magne
tischen Eigenschaften verliert.
Man hat auch versucht, z. B. Kabelstränge in metallischen Kanälen
zu führen, wodurch sie elektrisch abgeschirmt werden. In der
Wandung solcher Kanäle werden durch die beim Stromfluß erzeugten
magnetischen Felder Wirbelströme induziert, die den ursprüng
lichen magnetischen Feldern teilweise entgegenwirken. Während
sich im mittleren Bereich der Kanäle tatsächlich eine Reduzie
rung der außen auftretenden magnetischen Felder nachweisen läßt,
führen starke Randeffekte am Ende der Kanäle zu hohen magneti
schen Feldern, so daß diese Möglichkeit in der Praxis unbrauch
bar ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine magnetische Abschirmung
von elektrischen Kabeleinrichtungen, Umspannungsanlagen, Schalt
anlagen und/oder Verteilungsanlagen zu schaffen, die kostengün
stig und mit einer für die Praxis ausreichenden Wirkung erstellt
werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine magnetische Abschirmung mit
den Eigenschaften des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestal
tungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist die abzuschirmende Einrichtung oder Anlage
von mindestens einem in Längsrichtung hochpermeablen Abschirm
band umgeben. Dabei sind benachbarte Abschnitte desselben Ab
schirmbandes oder verschiedener Abschirmbänder auf Zwischenraum
angeordnet.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit Hilfe der in
Längsrichtung hochpermeablen Abschirmbänder außerhalb der Ab
schirmung eine für die Praxis brauchbare Reduzierung der magne
tischen Felder erzielbar ist, obwohl zwischen den Abschirmbän
dern bzw. deren Abschnitten erhebliche Zwischenräume bestehen
können.
Die erfindungsgemäße magnetische Abschirmung ist kostengünstig,
da keine lückenlose Flächendeckung erforderlich ist. Aus diesem
Grunde wird auch die freie Konvektion der Umgebungsluft nur
geringfügig behindert, so daß die beim Betrieb der abgeschirmten
Einrichtung oder Anlage auftretende Verlustwärme ohne weiteres
abgeführt werden kann und keine besonderen Kühlmaßnahmen erfor
derlich sind.
Vorzugsweise weist ein Abschirmband einen oder mehrere überein
ander angeordnete Streifen aus kornorientiertem Transformatoren
blech auf. Dieses Material ist leicht erhältlich und führt nur
zu geringen Verlustleistungen in der Abschirmung.
Vorzugsweise sind die verwendeten Abschirmbänder isoliert und
geerdet. Dadurch lassen sich eindeutige Erdungsverhältnisse
erreichen. Insbesondere können Erdschleifen durch den isolierten
Aufbau der Abschirmung und einseitige Erdung vermieden werden.
So lassen sich durch geeignete Wahl des Materials für die Ab
schirmbänder und die Isolierung der Abschirmbänder Wirbelströme
in der Abschirmung minimieren. Neben einer geringen Verlustlei
stung wird dadurch auch erreicht, daß an den Enden der Abschir
mung signifikante Effekte in Form unerwünscht hoher Magnetfelder
durch Wirbelströme nicht auftreten.
Die magnetische Abschirmung für einen als Kabeleinrichtung die
nenden Kabelstrang weist vorzugsweise ein Abschirmband auf, das
direkt um den Kabelstrang oder auf einen um den Kabelstrang an
geordneten Träger gewickelt ist. Die Breite des Zwischenraums
zwischen benachbarten Abschnitten des Abschirmbandes kann minde
stens 80% der Breite des Abschirmbandes betragen, was ein Bei
spiel dafür ist, daß die freiliegende Fläche zwischen den Ab
schirmbändern vorzugsweise mindestens 80% der von den Abschirm
bändern eingenommenen Fläche beträgt. Bei derart abgeschirmten
Kabelsträngen treten an den Enden der Abschirmung keine uner
wünscht hohen magnetischen Felder auf.
Ein als Umspannungsanlage dienender Transformator ist vorzugs
weise in Längsrichtung von mindestens einem Abschirmband und
quer dazu von mindestens zwei auf Abstand zueinander angeord
neten Abschirmbänden umgeben. Die freiliegende Fläche zwischen
den Abschirmbändern kann dabei erheblich mehr als 80% der von
den Abschirmbändern eingenommenen Fläche betragen. Eine derarti
ge magnetische Abschirmung erlaubt einen freien Zugang zu dem
Transformator und seinen Anschlüssen sowie eine ausreichende
Kühlung durch die Umgebungsluft. Trotz des geringen Einsatzes an
Abschirmbändern wird eine für die Praxis ausreichende Wirkung
erzielt. Hier sind die Abschirmbänder vorzugsweise jeweils an
den Enden metallisch überlappend zusammengefügt und an jeweils
einer Stelle geerdet.
Es empfiehlt sich, die Abschirmbänder in Abstimmung auf die
abzuschirmende Einrichtung oder Anlage so zu dimensionieren und
anzuordnen, daß keine Sättigung des in Längsrichtung des Ab
schirmbandes hochpermeablen Materials auftritt.
Die erfindungsgemäße magnetische Abschirmung läßt sich ohne
weiteres nachträglich an vorhandenen Einrichtungen oder Anlagen
anbringen, wobei in der Praxis gut reproduzierbare Eigenschaften
erzielt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Abschirmband,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Abschirmband aus Fig. 1
entlang der Linie II-II,
Fig. 3 die magnetische Abschirmung eines Kabelstrangs mit
Hilfe eines Abschirmbandes,
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3,
Fig. 5 eine Stirnansicht eines mit einer magnetischen Ab
schirmung versehenen Transformators und
Fig. 6 eine Seitenansicht des Transformators mit der magneti
schen Abschirmung aus Fig. 5.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung, die sich mit Hilfe der erfin
dungsgemäßen magnetischen Abschirmung abschirmen läßt, ist eine
Umspannungsstation im Keller eines Gebäudes. Dabei wird Mittel
spannung von zum Beispiel 10 kV an einen Transformator herange
führt, gegebenenfalls über eine Mittelspannungsschaltanlage. An
der Oberseite des Transformators befinden sich die Mittelspan
nungsanschlüsse. An der Ausgangsseite des Transformators sind
mehrere Anschlüsse für die Niederspannung angeordnet, im Aus
führungsbeispiel je drei Anschlüsse für jede der drei Dreh
stromphasen (230 V gegen Erde). Die dort angeklemmten Kabel sind
in einem Kabelstrang von zum Beispiel 5 m Länge, durch den hohe
Ströme fließen, zu einer Niederspannungsverteilung geführt. Von
dort gehen eine größere Anzahl von Niederspannungsleitungen
geringeren Querschnitts ab, die unterirdisch zu den Gebäuden in
der Umgebung führen.
Zur magnetischen Abschirmung der einzelnen Komponenten dient ein
Abschirmband 1, das in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Das
Abschirmband 1 enthält zwei übereinander angeordnete Streifen 3
aus kornorientiertem Transformatorenblech, das in Längsrichtung
hochpermeabel ist. Vorzugsweise wird "Transformatorenblech IV"
verwendet. Die Breite jedes der Streifen 3 beträgt beispiels
weise ca. 100 mm und die Stärke beispielsweise jeweils ca. 0,35
mm. Die Länge des Abschirmbandes 1 richtet sich nach dem jewei
ligen Anwendungsfall und beträgt zum Beispiel 5 m bis 10 m.
Je größer die Stärke des verwendeten Abschirmmaterials ist, d. h.
bei einer mehrlagigen Ausführung, je größer die Anzahl der ver
wendeten Streifen 3 ist, umso größer ist der Faktor, um den das
unerwünschte magnetische Feld abgeschirmt wird. Dabei besteht
näherungsweise ein linearer Zusammenhang. In der Praxis haben
sich Abschirmbänder I mit ein bis neun übereinander angeordneten
Streifen 3 mit jeweils einer Stärke von ca. 0,35 mm bewährt.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die beiden übereinander angeordneten
Streifen 3 von einer gemeinsamen Isolierung 5 umgeben. Es ist
auch denkbar, für jeden Streifen 3 eine separate Isolierung
vorzusehen. Im Ausführungsbeispiel besteht die Isolierung aus
einem wärmegeschrumpften Schlauch. Da die Streifen 3 scharfkan
tig sind, empfiehlt es sich, entlang den Längsseiten und gegebe
nenfalls auch entlang den Schmalseiten einen Kantenschutz 7
vorzusehen, etwa ein reißfestes Klebeband, das verhindert, daß
die Isolierung 5 beim Aufschrumpfen einreißt.
An einem Ende des Abschirmbandes 1 ist ein Erdungsanschluß 10
angebracht, der aus einem Erdungskabel 11, einem Kabelschuh 12,
einer Schraube 13 und einer Mutter 14 besteht. Der Kabelschuh 12
ist elektrisch leitend mit den Streifen 3 verbunden. Wie Fig.
2 zeigt, umgibt die Isolierung 5 auch den Kabelschuh 12, die
Schraube 13 und die Mutter 14.
In den Fig. 3 und 4 ist die magnetische Abschirmung eines
Kabelstrangs 20 dargestellt, der den Transformator mit der Nie
derspannungsverteilung verbindet. Der Kabelstrang 20 besteht aus
neun Einzelkabeln 21, siehe Fig. 4. Zur magnetischen Abschir
mung dient ein Abschirmband 1 der zuvor beschriebenen Art, das
hier mit 22 bezeichnet ist. Das Abschirmband 22 ist wendelförmig
um den Kabelstrang 20 gewickelt. An einem Ende befindet sich ein
Erdungsanschluß 23. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Breite
des Abschirmbandes 22 ca. 100 mm, und die Zwischenräume 24 zwi
schen benachbarten Abschnitten des Abschirmbandes 22 sind so
gewählt, daß sie senkrecht zu den Längskanten des Abschirmbandes
22 gemessen ebenfalls ca. 100 mm breit sind. Die freiliegende
Fläche ist daher ungefähr genauso groß wie die von dem Abschirm
band 22 eingenommene Fläche.
Bei der Anordnung gemäß den Fig. 3 und 4 wird der Zutritt von
Kühlluft nicht unzulässig behindert. Eine noch bessere Konvek
tion ergibt sich, wenn das Abschirmband 22 nicht (wie in den
Fig. 3 und 4) direkt um den Kabelstrang 20 gewickelt ist,
sondern auf einen den Kabelstrang 20 umgebenden Träger. Ein
solcher Träger kann aus beliebigem Material bestehen, z. B. aus
Aluminium oder Kunststoff, und er kann zum Erhöhen der Konvek
tion mit Aussparungen versehen sein. In den meisten Fällen ist
ein Abstand zwischen dem Abschirmband 22 und dem nächst benach
barten Einzelkabel 21 von ca. 50 mm ausreichend.
Die gute Scherung der Eisenkennlinie bei offenen Eisenwegen
gewährleistet einen Betrieb des Abschirmbandes 22 unterhalb des
Sättigungsbereichs des Transformatorenbleches.
Wenn ein einzelnes zur Verfügung stehendes Abschirmband zu kurz
ist, um den Kabelstrang 20 zu umwickeln, können solche Abschirm
bänder als Teilstücke an ihren Enden metallisch überlappend
zusammengefügt werden, um ein längeres Abschirmband 22 zu bil
den.
Ein Beispiel für die Wirksamkeit der magnetischen Abschirmung
des Kabelstrangs 20 geben die folgenden Zahlenwerte: Bei einem
längeren Kabelstrang 20 beträgt in dessen mittlerem Bereich der
Abschirmfaktor für das magnetische Feld etwa 5, gemessen in 2 m
Entfernung vom Kabelstrang 20. Dabei ist die magnetische Ab
schirmung so aufgebaut, wie im Zusammenhang mit den Fig. 1
und 2 beschrieben, d. h. insbesondere werden zwei Streifen 3 aus
Transformatorenblech IV von je 0,35 mm Dicke verwendet. In der
Nähe der Enden des Kabelstrangs 20 ändert sich das magnetische
Feld, ebenso wie es bei kürzeren Kabelsträngen entlang deren
Längsrichtung generell stärkeren Schwankungen unterworfen ist.
Trotzdem läßt sich auch in diesen Fällen mit Hilfe der beschrie
benen Anordnung des Abschirmbandes 22 eine für die Praxis aus
reichende magnetische Abschirmung erzielen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen die magnetische Abschirmung eines
Transformators 30, der sich auf einer fahrbaren Plattform 31
befindet und an seiner Oberseite Mittelspannungsanschlüsse 32
aufweist. Die magnetische Abschirmung besteht hier aus einem
längs verlaufenden Abschirmband 34, einem ersten quer verlaufen
den Abschirmband 35 und einem zweiten, auf Abstand dazu angeord
neten quer verlaufenden Abschirmband 36. Die Abschirmbänder 34,
35 und 36 haben jeweils einen Aufbau, wie im Zusammenhang mit
den Fig. 1 und 2 beschrieben, wobei jeweils mehrere Streifen
aus Transformatorenblech IV übereinander angeordnet sind. Im
Gegensatz zu der Abschirmung des Kabelstrangs 20 (siehe Fig.
3 und 4) überlappen die Abschirmbänder 34, 35, 36 jeweils an
ihren Enden metallisch, so daß jeweils geschlossene Eisenwege
entstehen. Außerdem ist jedes der Abschirmbänder 34, 35, 36 zur
Vermeidung von Erdschleifen jeweils an einer Stelle geerdet (in
den Fig. 5 und 6 nicht eingezeichnet).
Die Abschirmbänder 1 sind so weich, daß sie sich beispielsweise
als Abschirmband 22 ohne Mühe um den Kabelstrang 20 wickeln
lassen. Die den Transformator 30 umgebenden Abschirmbänder 34,
35, 36 müssen daher auf einem Träger angeordnet sein, damit sie
einen ausreichenden Abstand zu dem Transformator 30 einhalten,
insbesondere zu den Mittelspannungsanschlüssen 32. Als Träger
können beispielsweise Abstandshalter oder Rahmen für die einzel
nen Abschirmbänder 34, 35, 36 dienen. Das Material dafür ist
beliebig; zum Beispiel sind Aluminium oder Kunststoff geeignet.
Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführung beträgt
der Abstand der Abschirmbänder 34, 35, 36 zu dem Transformator
30 an den Seiten jeweils ca. 10 cm, an der Oberseite dagegen ca.
30 cm.
Obwohl von den Abschirmbändern 34, 35, 36 nur ein geringer Teil
der den Transformator 30 umgebenden Fläche abgedeckt ist, wird
eine in der Praxis ausreichende Abschirmwirkung erzielt. Bei
neun übereinander angeordneten Streifen aus Transformatorenblech
IV von je 0,35 mm Dicke beträgt der Abschirmfaktor in einer Höhe
von ca. 2 m über der Oberseite des Transformators 30 ca. 2 bis
3. Da die in dem Transformator 30 entstehenden magnetischen
Felder geringer sind als die von dem Kabelstrang 20 ausgehenden,
reicht es in der Praxis vielfach aus, den Transformator 30 weni
ger stark abzuschirmen als den Kabelstrang 20.
Generell gilt, daß die magnetische Abschirmung umso besser wird,
je größer die Gesamtdicke des in Längsrichtung hochpermeablen
Materials ist und je dichter das Abschirmband oder die Abschirm
bänder angeordnet sind. In der Praxis wird man sich an einem
Kompromiß zwischen dem an einem gegebenen Ort noch akzeptablen
magnetischen Feld und dem für die magnetische Abschirmung erfor
derlichen Aufwand orientieren. Dabei lassen sich günstige Anord
nungen durch Versuche ermitteln. Dies gilt auch für die magneti
sche Abschirmung von gegebenenfalls vorhandenen Mittelspannungs
schaltanlagen und für die von Niederspannungsverteilungen. Um
eine Niederspannungsverteilung können Abschirmbänder in ähnli
cher Weise wie um den Transformator 30 angeordnet werden. Bei
größeren Stromstärken ist jedoch der Materialaufwand höher.
Claims (11)
1. Magnetische Abschirmung von elektrischen Kabeleinrichtungen
(20), Umspannungsanlagen (30), Schaltanlagen und/oder Ver
teilungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabelein
richtung (20), Umspannungsanlage (30), Schaltanlage und/
oder Verteilungsanlage von mindestens einem in Längsrich
tung hochpermeablen Abschirmband (1; 22; 34, 35, 36) umge
ben ist, wobei benachbarte Abschnitte desselben Ab
schirmbandes (22) oder verschiedener Abschirmbänder (34,
35, 36) auf Zwischenraum (24) angeordnet sind.
2. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß mindestens ein Abschirmband (1) einen oder
mehrere übereinander angeordnete Streifen (3) aus korn
orientiertem Transformatorenblech aufweist.
3. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschirmband (1) eine
Isolierung (5) aufweist.
4. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschirmband (1)
geerdet ist.
5. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Fläche zwi
schen den Abschirmbändern (1) mindestens 80% der von den
Abschirmbändern (1) eingenommenen Fläche beträgt.
6. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein als Kabeleinrichtung die
nender Kabelstrang (20) von einem gegebenenfalls in Längs
richtung aus mehreren Teilstücken zusammengefügten Ab
schirmband (22) umwickelt ist.
7. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Breite des Zwischenraums (24) zwischen
benachbarten Abschnitten des Abschirmbandes (22) mindestens
80% der Breite des Abschirmbandes (22) beträgt.
8. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abschirmband (22) an einem Ende
geerdet ist.
9. Magnetische Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein als Umspannungsanlage die
nender Transformator (30) in Längsrichtung von mindestens
einem Abschirmband (34) und quer dazu von mindestens zwei
auf Abstand zueinander angeordneten Abschirmbändern (35,
36) umgeben ist.
10. Magnetische Abschirmung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abschirmbänder (34, 35, 36) jeweils an
den Enden metallisch überlappen und an jeweils einer Stelle
geerdet sind.
11. Verwendung eines Blechstreifens (3) aus kornorientiertem
Transformatorenblech zum magnetischen Abschirmen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19527974A DE19527974C2 (de) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | Magnetische Abschirmung von elektrischen Einrichtungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19527974A DE19527974C2 (de) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | Magnetische Abschirmung von elektrischen Einrichtungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19527974A1 true DE19527974A1 (de) | 1997-01-30 |
DE19527974C2 DE19527974C2 (de) | 1997-07-31 |
Family
ID=7768239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19527974A Expired - Fee Related DE19527974C2 (de) | 1995-07-24 | 1995-07-24 | Magnetische Abschirmung von elektrischen Einrichtungen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19527974C2 (de) |
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1995
- 1995-07-24 DE DE19527974A patent/DE19527974C2/de not_active Expired - Fee Related
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