DE2238032A1 - FLUIDIC AMPLIFIER - Google Patents
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Description
Dlpl.-Ing. Ziinnuirmann DlpNng. v. WeügerskjfDlpl.-Ing. Ziinnuirmann DlpNng. v. Weügerskjf
8 München 2, Rosentair Tel. 2603989 jT 8 Munich 2, Rosentair Tel. 2603989 jT
- 2. too. 1972- 2nd too. 1972
MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTKIAL CO., LTD. Osaka, JapanMATSUSHITA ELECTRIC INDUSTKIAL CO., LTD. Osaka, Japan
Fluidi scher^Ver stärkerFluidic amplifier
Die Erfindung bezieht sich auf einen rein fluidisehen Verstärker und insbesondere auf einen mono stabilen und einen bistabilen Huidikverstärker.The invention relates to a purely fluid view Amplifier and in particular to a monostable and a bistable Huidik amplifier.
Bei einem fluidbetriebenen System, besonders bei einer Schaltung mit geschlossener Schleife, ist der durch den Eineatz eines als Teilerventil benutzten fluidisehen Verstärkers vermittelte Vorteil überraschend, da den nach dem Stand der Technik bekannten rein fluidisehen Verstärkern verschiβdeneMängel anhaften. Ein erster Mangel liegt darin, daß der fluidi sehe Verstärker im Betrieb nicht stabil ist und daß auch die Speicherfunktion an Zuverlässigkeit zu wünschen übrig läßt, weil die Ausgangsl&st des fluidi sehen Verstärkers in der Praxis normalerweise größer ist. Ein zweiter Mangel liegt in der Verringerung der effektiven Ausgangsleistung, die eintritt, wenn der Fluid strömte Her weiter stromabwärts angeordnet wird, um die Zuvorlässigkeit d®r Speieherfunktion In a fluid operated system, especially a closed loop circuit, the infeed is a fluidic amplifier used as a divider valve Surprising advantage, since the purely fluidic amplifiers known from the prior art adhere to various defects. A first shortcoming is that the fluidi see amplifier in the Operation is not stable and that the memory function is too reliable leaves much to be desired because the output load of the fluidi see amplifier in practice is usually larger. A second deficiency is the reduction in the effective output power, which occurs when the fluid flowed further downstream is arranged in order to prevent the storage function
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tion zu gewährleisten. Diesem Mangel hat man durch Anbringung von Entlastungsmitteln abzuhelfen gesucht, doch läßt sich die Verringerung der effektiven Ausgangsleistung nicht vermeiden und die Fluidikschaltung erhält hierdurch einen komplizierten Aufbau. Ein dritter Mangel ist der beachtliche Abfall des Schalt gewinne, der sich ergibt, wenn die Grenzschichtanhaftung erhöht wird, um eine zuverlässige Speicherfunktion und eine hohe effektive Ausgangeleistung sicherzustellen.tion. One has this deficiency by attaching Attempted to remedy relief means, but the reduction in the effective output power cannot be avoided and the fluidic circuit is thereby given a complicated structure. A third shortcoming is the considerable drop in switching gains that arise results in a reliable memory function and a high effective output when the interface adhesion is increased to ensure.
Die Erfindung hat daher u.a. zur Aufgabe, einen rein fluidisehen Verstärker zu schaffen, der betriebestabil und in der Sjpeicherfunktion zuverlässig ist, auch wenn die Ausgangelast dieses reinen Verstärkers in einer Schaltung mit geschlossener Schleife erhöht wird.One of the objects of the invention is therefore to provide a purely fluidic amplifier which is stable in operation and reliable in its memory function, even if the output load of this pure amplifier is increased in a circuit with a closed loop.
Weiterhin hat die Erfindung zur Aufgabe, einen rein fluidisehen Verstärker zu schaffen, der in einen breiten Bereich die Erzielung einer hohen effektiven Ausgangsleistung gestattet.A further object of the invention is to create a purely fluidic amplifier which can be used in a wide range Achieving a high effective output power allowed.
Des weiteren hat die Erfindung zur Aufgabe, einen rein fluidischen Verstärker zu schaffen, bei dem sowohl eine hohe Ausgangsleistung als auch ein hoher Schaltgewinn erzielt werden kann.Another object of the invention is to provide a pure To create fluidic amplifier in which both a high output power and a high switching gain can be achieved.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigegebenen Zeichnungen hervor. Darin zeigen«The above and other objects, features, and advantages of the invention will appear more clearly from the following Description of preferred embodiments in connection with attached drawings. Show in it «
Fig. 1 eine schematisierte Oberansicht eines erfindungsgemäßen mono stabilen fluidischen Verstärkers»Fig. 1 is a schematic top view of a monostable fluidic amplifier according to the invention »
Fig* la und Ib Fluidströaungsbilder zur Erläuterung der Arbeitsweise dieses Verstärkers«Fig * la and Ib fluid flow pictures to explain the How this amplifier works «
Fig. 2 eine schematisierte Oberansicht eines erfindungsgemäßen bistabilen fluidischen Verstärkeret und2 shows a schematic top view of a bistable fluidic amplifier according to the invention and
Fig. 2a und 2b Fluidetrömungebilder zur Erläuterung seiner Arbeitsweise.2a and 2b fluid flow diagrams to explain its mode of operation.
Der in Fig. 1 dargestellte monostabile fluid!sehe Verstärker weist allgemein ein Basisteil 2 mit einer darin ausgebildetenThe monostable fluid amplifier shown in FIG. 1 generally has a base part 2 with one formed therein
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51u.id.ikschaltung sowie eine obere und untere Abdeckung 2 bzw. 5 auf, die durch Schrauben 20 oder andere geeignete Mittel strömungsdicht mit dem Teil1-1- verbunden sind. Die untere Abdeckung 3 ist mit einer Fluidzuführöffnung 4 und mit einer Zuführöffnung 6 für den Steuerstrom versehen. Die Fluidzuführöffnung 4 ist mit einer Arbeitsstromdüse 5 verbunden, durch die der Arbeitsstrom austritt,, während die für den Steuerstrom vorgesehene Zuführöffnung 6 in eine Steuerdüse 7 überleitet, durch die der Steuerstrom in einen Wechselwirkungsbereich 10 austritt. Der Wechselwirkungsbereich 10 leitet in zwei Auslaßkanäle 8 und 9 über, die ihrerseits wiederum zu Auslassen 18 bzw. 19 führen. Die beiden Auslaßkanäle 8 und 9 sind durch einen Verzweiger oder Teiler I3 voneinander getrennt, an dessen Vorderkante eine abgeschrägte Fläche I4 vorgesehen ist. An derjenigen Seitenwand des Wechselwirkungsraumes 10, in die sich die Steuerdüse 7 öffnet, ist eine erste Wirbelkammer 12 vorgesehen, die von der Steuerdüse 7 durch einen ersten Vorsprung 11 getrennt ist. An der anderen, der Steüerdüse 7 gegenüberliegenden Seitenwand ist ein zweiter Vorsprung I5 vorgesehen, der mit dieser Seitenwand eine zweite Wirbelkammer 16 und eine dritte Wirbelkammer 17 bestimmt.51u.id.ikkreis and an upper and lower cover 2 and 5, which are connected to the part 1 -1- in a flow-tight manner by screws 20 or other suitable means. The lower cover 3 is provided with a fluid supply opening 4 and with a supply opening 6 for the control current. The fluid supply opening 4 is connected to a working flow nozzle 5 through which the working flow exits, while the supply opening 6 provided for the control flow passes into a control nozzle 7 through which the control flow exits into an interaction area 10. The interaction area 10 leads over into two outlet channels 8 and 9, which in turn lead to outlets 18 and 19, respectively. The two outlet channels 8 and 9 are separated from one another by a branch or divider I3, on the front edge of which a beveled surface I4 is provided. On that side wall of the interaction space 10 into which the control nozzle 7 opens, a first swirl chamber 12 is provided, which is separated from the control nozzle 7 by a first projection 11. On the other side wall opposite the control nozzle 7, a second projection 15 is provided which, with this side wall, defines a second vortex chamber 16 and a third vortex chamber 17.
Es soll nun anhand der Fig. la und Ib die betriebliche Wirkweise des mono stabilen Fluidikverstärkers mit dem obigen Aufbau beschrieben werden. Das durch die Öffnung 4 zugeführte Fluid wird im Durchtritt durch die Arbeitsstromdüse 5 beschleunigt und strömt in den Wechselwirkungsbereich 10 aus. Falls durch die Steuerdüse 7 kein Steuerstrom austritt, ist der durch die Arbeitsstromdüse 5 austretende Arbeitsstrom zum Ausströmen durch den Auslaßkanal 8 beaufschlagt und wird durch den Auslaß 18 ausgestoßen. In diesem Fall ist das Fluidströmungsbild das in Fig. la gezeigte. Im Bereich der Steuerdüse 7 und der ersten Wirbelkammer 12 bilden sich Wirbel oder Niederdruck-Trennblasen A und B, so daß der Arbeitsßtrom infolge der Wirbeltätigkeit oder der Erscheinung der Grenzschichtanhaftung in zwangläufiger Strömungsführung zu dem einen Kanal 8 hingelenkt wird. Bei einer Erhöhung der Ausgangslast an diesem einen Auslaßkanal 8, die in Fig. la als Widerstand 22 dargestellt ist, nimmt der Leckstrom 24 zu, d.h. der zum Eintritt in denIt is now based on Fig. La and Ib the operational The mode of action of the monostable fluidic booster with the above structure will be described. The fluid supplied through the opening 4 is accelerated as it passes through the working flow nozzle 5 and flows out into the interaction area 10. If by the steering nozzle 7 no control current emerges, the working flow exiting through the working flow nozzle 5 is to flow out through the outlet channel 8 is applied and is expelled through the outlet 18. In this case the fluid flow pattern is that shown in Fig. La. in the In the area of the control nozzle 7 and the first vortex chamber 12, vortices or low-pressure separating bubbles A and B are formed, so that the working flow as a result of vortex activity or the appearance of boundary layer adhesion in positive flow guidance to which a channel 8 is directed. With an increase in the output load on this an outlet channel 8, which is shown in Fig. la as resistor 22, the leakage flow 24 increases, i.e. that to the entry into the
anderenothers
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anderen Ausiaßkanal 9 abgelenkte Fluidstrom. Bei den nach dem Stand der Technik bekannten fluidisehen Verstärkern wird dieser Leckstrom 24 in keiner Weise genutzt und der in dem einen Auslaßkanal 8 hervorgerufene Kückdruck sucht sich nun im Sinne einer Beseitigung· der Wirbel A und B auszuwirken, wohingegen in der zweiten Wirbelkammer 16 ein neuer Wirbel entsteht. Infolgedessen kommt es leicht zu einer Ablenkung des Arbeitsstroms in Richtung des anderen Auslaßkanals 91 so daß sich die in dem einen Auslaßkanal θ hervorgebrachte effektive Ausgangsleistung stark verringert. Im Rahmen der Erfindung ist demgegenüber an der Vorderkante des Verzweigers 13 die abgeschrägte Fläche 14 vorgesehen, so daß ein Teil des Leck strom s an der Seitenwand der dritten Wirbelkammer 17 entlangfließt, wie dies in Fig. la durch die Pfeile 23 angedeutet ist, um hierauf durch den zweiten Vorsprung 15 in der Weise abgelenkt zu werden, daß er auf den Arbeitestrom auf trifft, während darüber hinaue ein Teil des Strome 23 an dem zweiten Vorsprung 15 vorbeietrömt und in die zweite Wirbelkammer 16 eintritt, wodurch die unerwünschte Wirbelbildung in der zweiten Wirbelkammer verhindert wird.other Ausiaßkanal 9 deflected fluid flow. In the case of the state Fluidic amplifiers known in the art become this leakage current 24 is not used in any way and the back pressure produced in the one outlet channel 8 is now looking for the purpose of eliminating the Acting vortices A and B, whereas in the second vortex chamber 16 a new vortex arises. As a result, it comes easily to a deflection of the working flow in the direction of the other outlet channel 91 so that the θ produced in the one outlet channel effective output power greatly reduced. In the context of the invention, on the other hand, the inclined surface 14 is provided on the front edge of the splitter 13, so that part of the leakage current s flows along the side wall of the third vortex chamber 17, as indicated in Fig. la by the arrows 23, to then through the second projection 15 to be deflected in such a way that he encounters the work stream while looking over it a part of the stream 23 flows past the second projection 15 and into the second vortex chamber 16 occurs, whereby the undesired vortex formation in the second vortex chamber is prevented.
Der Arbeitsstrom bleibt daher auch bei einer Erhöhung des Widerstandes 22 in Richtung des einen Auslaßkanal β β beaufschlagt, was die Erzielung einer hohen effektiven Ausgangsleistung gestattet. In der Praxis ist eine effektive Ausgangsleistung in der Höhe etwa des l,6fachen erzielbar.The working current therefore remains applied even if the resistance 22 increases in the direction of one outlet channel β β, which allows a high effective output power to be achieved. In practice, an effective output power is in height about 1.6 times achievable.
Unter Bezugnahme auf das in Fig. Ib dargestellte Strömungsbild soll nun die Arbeitsweise des mono stabilen fluidi sehen Verstärkers für den Fall beschrieben werden, daß durch die Steuerdüse 7 ein Steuerstrom austritt. Beim Austritt des Steuerstroms durch die Steuerdüse 7 verschwindet der Wirbel A im Bereich der Steuerdüse 7» so daß sich die Grenzschichtanhaftung dee Arbeitsstrome an der Seite des einen Auslaßkanals 8 verringert. Gleichseitig entsteht in der zweiten Wirbelkammer 16 ein Wirbel C1 wodurch der Arbeitestrom nun unter der Beaufschlagung mit den von diesen Wirbel C ausgehenden Kräften zum anderen Auslaßkanal 9 hingelenkt wird. Hierdurch aber verschwindet auch der Wirbel B in der ersten Wirbelkammer 12, so daß die Anhaftung des Arbeitestrome an derWith reference to the flow pattern shown in Fig. Ib, the operation of the monostable fluidi amplifier will now be described for the case that a control current emerges through the control nozzle 7. When the control current exits through the control nozzle 7, the vortex A disappears in the area of the control nozzle 7, so that the boundary layer adhesion of the working flow on the side of the one outlet channel 8 is reduced. At the same time, a vortex C 1 arises in the second vortex chamber 16, as a result of which the working flow is now directed to the other outlet channel 9 under the action of the forces emanating from this vortex C. But this also disappears the vortex B in the first vortex chamber 12, so that the adherence of the working current to the
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Seite des Auslaßkanals 8 jetzt ganz aufgehoben wird. Gleichzeitig bildet sich in der dritten Wirbelkammer 17 ein Wirbel D, was wegen der durch die Wirbel C und D bewirkten Anhaftungserscheinungen nunmehr eine zwangläufige Strömungsführung des Arbeitsstroms zum anderen Auslaßkanal 9 zur Folge hat.Side of the outlet channel 8 is now completely canceled. Simultaneously a vortex D is formed in the third vortex chamber 17, because of the adhesion phenomena caused by vertebrae C and D now an inevitable flow guidance of the working flow to the other outlet channel 9 results.
Bei einer Erhöhung der in Pig. Ib in Form eines Widerstandes 26 dargestellten Ausgangsbelastung im Auslaßkanal 9 wird der Le ck strom 27 zum Auslaßkanal 8 stärker. Ein Teil dieses Leck strom s 27 fließt an der Seitenwand der ersten Wirbelkammer 9 entlang, wie dies in Fig. Ib durch die Pfeile 28 verdeutlicht ist, und hat damit eine Sichtung, in der er mit dem ArbeitsstxOm zusammenstoßen muß, so daß der Arbeitsstroai hierdurch in Richtung des Auslaßkanals 9 beaufschlagt wird. In dem Auslaßkanal 9 läßt sich daher eine hohe effektive Ausgangsleistung erzielen. Es ist somit klar, daß der erfindungsgemäße mono stabile Fluidikverstärker einen hohen Schaltgewinn hat, da für den Steuerstrom zum Schalten des Arbeitastroaa nur ein solcher Durchsatz erforderlich ist, daß der Wirbel A im Bereich der Steuerdüse 7 verschwindet.With an increase in Pig. Ib in the form of a resistance 26 output load shown in the outlet channel 9, the leakage flow 27 to the outlet channel 8 is stronger. Part of this leakage current s 27 flows along the side wall of the first swirl chamber 9, like this is illustrated in Fig. Ib by the arrows 28, and thus has a sighting in which he must collide with the workstxOm, so that the work flow in the direction of the outlet channel 9 is applied. In the outlet channel 9 can therefore be a high achieve effective output power. It is therefore clear that the monostable fluidic amplifier according to the invention has a high switching gain, since for the control current for switching the Arbeitastroaa only such a throughput is required that the vortex A is in the area the control nozzle 7 disappears.
Wird die Zuführung des Steuerstroms unterbrochen, so "bringt der durch die Arbeitsstromdüse 5 auetretende Arbeitsstrom die Wirbel C und D zum Verschwinden, wodurch der Arbeitastron zu· Auelaßkanal 8 zurückgelenkt wird, um wieder in der in Fig. la gezeigten Weise durch diesen auszuströmen.If the supply of the control current is interrupted, "brings the working current emerging through the working current nozzle 5 creates the eddy C and D to disappear, whereby the working astron is to · Auelaßkanal 8 is deflected back to flow out again in the manner shown in Fig. La through this.
Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bistabilen fluidisehen Verstärkers gezeigt ist. Der in Fig. 2 dargestellte bistabile Fluidikverstärker weist allgemein ein Basisteil 30 sowie eine obere und untere Abdekkung 31 bzw. 32 auf, die mit de» Teil 30 durch Schrauben 33 oder andere geeignete Mittel leekdlcht verbunden sind. In dem Teil 30 ist • ine FluitfikVchaltuag ausgebildet und die untere Abdeckung 32 ist mit einer Fluidzuführöffnung 34 sowie alt zwei Zuführöffnungen 36 und 39 für den Steuerstrom versehen. Die Fluidzuführöffnung 34 iet »it einer Arbeit β «tremdü*· 35 verbünd·», während die beiden Zufuhr-Öffnungen für den Steuerstro» in Steuerdüsen 37 bzw. 40 überleiten. Die Arbeiteetroadü·· 35 und die beiden Steuerdüsen 37 und 40 öffnenReference is now made to FIG. 2, in one embodiment a bistable fluidic amplifier according to the invention is shown. The bistable fluidic amplifier shown in FIG. 2 generally has a base part 30 and an upper and lower cover 31 or 32, which are connected to the »part 30 by screws 33 or other suitable means are leekly connected. In the part 30 is • Ine FluitfikVchaltuag formed and the lower cover 32 is provided with a fluid supply opening 34 and old two supply openings 36 and 39 for the control current. The fluid supply opening 34 iet »With a work β« tremdü * · 35 allied · », while the two supply openings for the control flow in control nozzles 37 and 40, respectively. Open the working eetroadü ·· 35 and the two control nozzles 37 and 40
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sich in einen Wechselwirkungsbereich 42, von dem zwei Auslaßkanäle 47 und 48 abzweigen, die in Auslässe 52 bzw. 53 einmünden. Die beiden Auslaßkanäle 47 und 48 sind durch einen Verzweiger 49 voneinander getrennt, der einen keilförmigen fiandkantenbereich oder zwei abgeschrägte Flächen 50 und 51 aufweist. Die beiden Steuerdüsen 37 und 40 sind an den in den Wechselwirkungsraum 42 überleitenden Enden erweitert, so daß hierdurch zwei erste Wirbelkammer«! 38 und 41 gebildet werden. Entlang zweier Seitenwandungen des Wechselwirkungsraumes 42 ist stromabwärts von den beiden ersten Wirbelkammern 3Θ und 41 ein Paar zweiter Wirbelkammern 45 und 46 vorgesehen, die von den beiden ersten Wirbelkammern durch je einen Vorsprung 43 bzw. getrennt sind.into an interaction area 42, from which two outlet channels 47 and 48 branch off, which open into outlets 52 and 53, respectively. The two outlet channels 47 and 48 are separated from one another by a branch 49 which has a wedge-shaped fiandkantenbereich or two has beveled surfaces 50 and 51. The two control nozzles 37 and 40 are widened at the ends leading into the interaction space 42, so that two first vortex chambers «! 38 and 41 are formed. Along two side walls of the interaction space 42 is downstream of the first two vortex chambers 3Θ and 41 a pair of second vortex chambers 45 and 46 provided by the first two vortex chambers are separated by a projection 43 or respectively.
Ee sei nun anhand der Fig· 2a und 2b die Arbeitsweise des bistabilen fluidischen Verstärkers mit dem obigen Aufbau erläutert. Hierbei sei angenommen, daß der aus der Arbeitestromdüse 35 austretende ArbeitBstrom zunächst so gerichtet sei, daß er den einen Auslafikanal 47 durchströmt, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist. Der Arbeitsstrom wird nach Zuführung durch die Öffnung 34 bein Durchströmen der Arbeitsstromdüse 35 beschleunigt und tritt 00 in den Wechselwirkungsbereich 42 ein. In der ersten Wirbelkammer 38 und in der zweiten Wirbelkammer 45 bilden sich infolge des Mit führe ns durch den Arbeitsstrom Wirbel E und F, so daß der Arbeit astro* unter des Einfluß dieser Wirbel zu dem einen Auelaßkanal 47 hingelenkt wird. Erhöht sich die Ausgangslast an diesem einen Auelaßkanal, die in Fig. 2a in Form eines Widerstandes 54 dargestellt ist« so- nimmt der aus dem einen Auelaßkanal 47 zum anderen Auelaßkanal 48 fließende Leckstrom 56 entsprechend zu. Bei den nach dem Stand der Technik bekannten bistabilen Fluidikverstärkern wird dieser Leck strom 56 in keiner Weise genutzt, und die Wirbel E und F werden infolge des in dem Auelaßkanal 47 erzeugten Rückdrucke zerstört oder lösen sich auf oder aber es bildet sich in der ersten Wirbelkammer 4I ein unerwünschter Wirbel, so daß die effektive Ausgangsleistung in dem Auslaßkanal 47 abnimmt. Im Rahmen der Erfindung wird nun demgegenüber ein Teil des Leck strom β 56 durch die auf der einen Seite des Auslaßkanal β 47 vorgesehene abgeschrägt· Fläche 50 des Verzweigers 49Let Ee now, with reference to FIGS. 2a and 2b, the mode of operation of the bistable fluidic amplifier explained with the above structure. It is assumed here that the work flow emerging from the work flow nozzle 35 is initially directed in such a way that it flows through the one outlet channel 47, as shown in FIG. 2a. Of the After being fed through the opening 34, the working stream is accelerated when flowing through the working stream nozzle 35 and enters the 00 Interaction area 42 a. In the first vortex chamber 38 and in of the second vortex chamber 45 are formed as a result of the with lead ns the working current vortices E and F, so that the work astro * under the Influence of these eddies to which one Auelaßkanal 47 is directed. If the output load on this one Auelaß Canal increases, which is in 2a is shown in the form of a resistor 54, so the from the one Auelaßkanal 47 to the other Auelaßkanal 48 flowing Leakage current 56 accordingly. In the case of the state-of-the-art known bistable fluidic amplifiers, this leakage current is 56 in is not used in any way, and the eddies E and F are destroyed or loosen as a result of the back pressure created in the outlet channel 47 on or else an undesired vortex forms in the first vortex chamber 4I, so that the effective output power in the outlet channel 47 decreases. In the context of the invention, however, is now Part of the leakage flow β 56 through the beveled surface 50 of the branch 49 provided on one side of the outlet channel β 47
stromaufwärtsupstream
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EF | Willingness to grant licences |