DE3517664A1 - Circuit arrangement for an uninterrupted AC supply - Google Patents
Circuit arrangement for an uninterrupted AC supplyInfo
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Abstract
Description
HOFFMAMN ♦ EITLE & PARTNER 3 5 1 7 6 6 AHOFFMAMN ♦ EITLE & PARTNER 3 5 1 7 6 6 A
PATENT- UND RECHTSANWÄLTEPATENT AND LAWYERS
PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHNPATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE DR. RER. NAT. K. HOFFMANN DIPL.-ING. W. LEHN
DIPL.-ING. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORQDIPL.-ING. K. FÜCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. HA. BRAUNS DIPL.-ING. K. GORQ
D1PL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTED1PL.-ING. K. KOHLMANN · LAWYER A. NETTE
- 3 - 41 999- 3 - 41 999
ISKRA-SOZD elektrokovinske industrije n.sol.o., Ljubljana / JugoslawienISKRA-SOZD elektrokovinske industrije n.sol.o., Ljubljana / Yugoslavia
Schaltungsanordnung für ununterbrochene WechselstromversorgungCircuit arrangement for uninterrupted AC power supply
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ununterbrochene Wechselstromversorgung von Verbrauchern, die kenesfalls ohne elektrische Energie bleiben dürfren, wie z.B. besondere Arbeitsprozesse, Rechenanlagen, einzelne ¥ Krankenhausabteilungen usw.. *The invention relates to a circuit arrangement for uninterrupted AC power supply to consumers, which are allowed to stay without electrical energy in case of need, such as special work processes, computing systems, individual hospital departments, etc. *
Die Erfindung ist in die Klassen H 02 J 7/00 und H 02 J 9/06 der Internationalen Patentklassifikation einzureihen.The invention is to be assigned to classes H 02 J 7/00 and H 02 J 9/06 of the International Patent Classification.
Eine Schaltungsanordnung für ununterbrochene Wechselstromversorgung wird überall dort angewendet, wo vom Verbraucher eine ununterbrochene Stromversorgung einer bestimmten Qualität verlangt wird. Je nach den zulässigen Unterbrechungszeitintervallen und Spannungsverzerrungen gibt es mehrere Anordnungsarten für die ununterbrochene Wechselstromversorgung. Die üblichen Schaltungsanordnungen für die ununterbrochene Wechselstromversorgung sind aus Gleichrichter, Batterie und Umformer zusammengesetzt. Redundanz-Schaltungsanordnungen für die ununterbrochene Wechselstromversorgung sind eine Kombination von mehreren solchen Ketten. Die Fa. ISKRA, die solche Schaltungsanordnungen herstellt, benützt in ihnen zweiA circuit arrangement for uninterrupted AC power supply is used wherever the consumer has an uninterrupted power supply of a certain quality is required. There are several types of arrangement depending on the permissible interruption time intervals and voltage distortions for uninterrupted AC power supply. The usual circuit arrangements for the uninterrupted AC power supplies are made up of a rectifier, battery and converter. Redundancy circuit arrangements for the uninterrupted alternating current supply are a combination of several such chains. ISKRA, the produces such circuits, uses two in them
ARABELLASTRASSE 4 . D-8OOO MÜNCHEN 81 ■ TELEFON (Ό893 911O87 . TELEX 5-29619 CPATHED · TELEKOPIERER O183O6ARABELLA STREET 4. D-8OOO MUNICH 81 ■ TELEPHONE (Ό893 911O87. TELEX 5-29619 CPATHED · TELECOPIER O183O6
Umformertypen. Der erste ist mit Hilfe einer McMurray Brückenschaltung mit Ausgangsfiltern, der zweite aber mit einer Zweiimpuls-Thyristor-Schaltung mit Rückkehrdioden und einem Ferroresonanz-Transformator ausgeführt. Der zweite Umformertyp ist verglichen mit dem ersten wesentlich einfacher. Der Ferroresonanztransformator funktioniert gleichzeitig als Transformator, Stabilisator und Filter und besitzt eine einfachere Steuerung.Converter types. The first is with the help of a McMurray Bridge circuit with output filters, but the second with a two-pulse thyristor circuit with return diodes and a ferroresonance transformer. The second type of converter is essential compared to the first easier. The ferroresonance transformer works as a transformer, stabilizer and filter and at the same time has a simpler control.
Fig. 1 stellt die Blockschaltung einer solchen Schaltungsanordnung für ununterbrochene Wechselstromversorgung dar. Die Nachteile dieser Schaltungsanordnung bestehen vor allem darin, daß ein besonderer Gleichrichter zum Batterieladen gebraucht wird, daß das Messen der Batteriekapazität während des Betriebes nicht durchführbar ist und daß die Schaltungsanordnung einen schlechten Wirkungsgrad besitzt.Fig. 1 shows the block diagram of such a circuit arrangement for uninterrupted AC power supply. The disadvantages of this circuit arrangement are mainly in that a special rectifier is needed for battery charging that measuring the battery capacity during the operation is not feasible and that the circuit arrangement has a poor efficiency.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung für ununterbrochene Wechselstromversorgung zu schaffen, die eine Gleichrichterwirkung zum Laden und zur Wartung der Batterie hat und im Falle eines Hauptstromversorgungsausfalls das Umformen ihrer Spannung in Wechselspannung und das Messen der Batteriekapazität während des Betriebes mit der Energierückgabe in das Netz bei konstantem Batteriestrom ermöglicht. Das Umschalten von der Haupt- auf die Reservestromversorgung und umgekehrt muß ohne Unterbrechung durchgeführt werden.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for to provide uninterrupted AC power supply that has a rectifying effect for charging and maintenance of the Battery has and in the event of a main power supply failure, converting its voltage into AC voltage and measuring the battery capacity during operation with the energy returned to the network with constant battery current enables. Switching from the main to the reserve power supply and vice versa must be carried out without interruption be performed.
Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features specified in claim 1.
Eine Weiterbildung der Erfindung geht aus Anspruch 2 hervor. A further development of the invention emerges from claim 2.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung; 1 shows a block diagram of a known circuit arrangement;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;Fig. 2 is a block diagram of an inventive Circuit arrangement;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung; Fig. 4 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung;3 shows an embodiment according to the invention; Fig. 4 is a block diagram of the control circuit;
Fig. 5 ein Diagramm des Auslösens in den verschiedenen Betriebsweisen.5 shows a diagram of the triggering in the various operating modes.
Die Schaltungsanordnung in Fig. 2 wird aus einem Umformer 1, einer Steuereinheit 2 und einer Thyristorschaltereinheit 3 zusammengesetzt. Es ist auch ein Verbraucher 4 dargestellt. Anhand der Fig. 2 ist im folgenden das Funktionieren der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ununterbrochene Wechselstromversorgung erläutert.The circuit arrangement in FIG. 2 consists of a converter 1, a control unit 2 and a thyristor switch unit 3 composed. A consumer 4 is also shown. Referring to Fig. 2, the functioning of the invention is in the following Circuit arrangement for uninterrupted AC power supply explained.
Für ein einwandfreies Funktionieren müssen die folgenden Voraussetzungen vorhanden sein: Die Netz- und die Umformerspannung müssen phasen-/ amplituden- und formgleich sein. Das wird annähernd dadurch erreicht, daß der Umformer und das Netz über eine Drosselspule miteinander verbunden werden. Auf die Amplitude wird Einfluß dadurch ausgeübt/ daß mittels Spannungs-Phasenverschiebung der Energiefluß zwischen dem Netz und der Batterie kontrolliert wird. Wenn die Netzspannung der Umformerspannung voreilt/ fließt die Energie vom Netz in die Batterie und der Umformer wirkt als Gleichrichter; wenn aberThe following prerequisites must be met for proper functioning: The mains voltage and the converter voltage must be of the same phase / amplitude and shape. This is approximately achieved in that the converter and the network are connected to one another via a choke coil. The amplitude is influenced by the fact that the energy flow between the network and the battery is controlled by means of a voltage phase shift. If the mains voltage leads the converter voltage / the energy flows from the mains into the battery and the converter acts as a rectifier; if but
die Umformerspannung der Netzspannung voreilt, fließt die Energie aus der Batterie ins Netz und der Umformer formt die Batteriespannung in die Wechselspannung um. Im Falle eines Netzausfalls formt der Umformer die Batteriespannung in die Wechselspannung um und versorgt die Verbraucher mit Strom. Das Batterietesten ist auf der Voraussetzung konzipiert, daß bei der Energierückgabe ins Netz ein konstanter Strom fließt. Die Entladungszeit bis zur Spannung 1,8V pro Zelle ist der Batteriekapazität Q (Q = I.t) direkt proportional.If the converter voltage leads the line voltage, the energy flows from the battery into the network and the converter forms converts the battery voltage to AC voltage. In the event of a power failure, the converter forms the battery voltage into alternating voltage and supplies the consumers with electricity. Battery testing is on the premise designed so that a constant current flows when the energy is returned to the network. The discharge time to voltage 1.8V per cell is the battery capacity Q (Q = I.t) directly proportional.
In Fig. 3 ist eine Standardschaltung für die Umformung der Batteriespannung in Wechselspannung mit Hilfe eines Frequenztransformators dargestellt. Die Thyristoren werden wechselweise mit der Frequenz 50 Hz eingeschaltet und vom Kommutationsschalter zwangsweise ausgeschaltet. Die Dioden ermöglichen die Kommutation trotz Kurzschluß am Ausgang und Energieüberschuß bei der Kommutation und dem erzwungenen Energieüberschuß auf der Sekundärseite.In Fig. 3 is a standard circuit for converting the battery voltage into AC voltage with the aid of a frequency transformer shown. The thyristors are switched on alternately with the frequency 50 Hz and from Commutation switch forcibly switched off. The diodes enable commutation despite a short circuit at the output and excess energy in commutation and the forced excess energy on the secondary side.
Im Falle der Abwesenheit der Netzspannung herrscht die folgende Situation. Der Fernschalter K1 ist eingeschaltet. Der Umformer 1 erhält von der Steuerschaltung 2 einen Impuls zum Thyristoreinschalten (50 Hz) .In the event of the absence of mains voltage, the following situation prevails. The remote switch K1 is switched on. Of the Converter 1 receives a pulse from control circuit 2 to switch on the thyristor (50 Hz).
Am Umformerausgang herrscht eine sinusförmige Spannung mit der Frequenz des lokalen Oszillators 50 (1 +^ 2 %) . Der Fernschalter K7 ist eingeschaltet, der Fernschalter K8 offen, so daß die Umformerspannung am Verbraucher 4 liegt.There is also a sinusoidal voltage at the converter output the frequency of the local oscillator 50 (1 + ^ 2%). Of the Remote switch K7 is switched on, remote switch K8 is open, so that the converter voltage is applied to consumer 4.
Bei Wiedererscheinen der Netzspannung werden nach der Synchronisation der Fernschalter K8 und der Thyrisotrschalter 31 aktiviert. Dabei wird der Verbraucher 4 vom Netz versorgt, zur gleichen Zeit fließt Energie durch die Drosselspule LWhen the mains voltage reappears, the remote switch K8 and the thyrisotropic switch 3 1 are activated after synchronization. In this case, the consumer 4 is supplied from the mains, and at the same time energy flows through the inductor L
vom Netz in den Umformer und durch die Rückkehrdioden in die Batterie. Die Batteriespannung und der Batteriestrom werden von der Steuerschaltung 2 mit Hilfe der Phasenverschiebung gegenüber der Netzspannung überwacht. Die Regelung funktioniert so, daß sich die Batterie nach der U/I Batterielade-Kennlinie auflädt. Die Steuerschaltung 2 steuert gleichzeitig den Thyristorschalter 3' , so daß er im Falle eines Netzausfalls invers polarisiert ist und ein Spannungsloch am Verbraucher 4 unmöglich macht.from the mains into the converter and through the return diodes in the battery. The battery voltage and the battery current are determined by the control circuit 2 with the aid of the phase shift monitored with respect to the mains voltage. The regulation works in such a way that the battery according to the U / I Battery charging characteristic is charging. The control circuit 2 simultaneously controls the thyristor switch 3 'so that he is inversely polarized in the event of a power failure and makes a voltage drop at the consumer 4 impossible.
Das Batterietesten wird in Anwesenheit der Netzspannung durchgeführt, indem die Energie von der Batterie in den Verbraucher und ins Netz fließt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß jetzt die Steuerschaltung 2 den Umformer so steuert, daß beim Voreilen der Netzspannung der Batteriestrom ungeachtet der Eingangs- und Ausgangsparameter konstant gehalten wird. Der Thyristorschalter 31 leitet den Strom in der ganzen Periode.The battery testing is carried out in the presence of the mains voltage, with the energy flowing from the battery into the consumer and into the mains. The only difference is that the control circuit 2 now controls the converter so that when the mains voltage leads, the battery current is kept constant regardless of the input and output parameters. The thyristor switch 3 1 conducts the current in the entire period.
Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild der Steuerschaltung 2 dar. Sie ist aus dem Gleich/Gleich-Umformer 5, den Gleichrichter-Umformerschaltungen 6, 7, 8, 11, 12, 13 und dem Mikroprozessor 10 zusammengesetzt. Der Gleich/Gleich-Umformer 5 ist ein in Gleichrichterschaltungen übliches Speisegerät und liefert Speisespannungen +15 V, -15 V, +26 V und 18 V, 20 kHz.4 shows a block diagram of the control circuit 2. It is made up of the DC / DC converter 5, the rectifier converter circuits 6, 7, 8, 11, 12, 13 and the microprocessor 10 assembled. The equal / equal converter 5 is a power supply unit commonly used in rectifier circuits and supplies supply voltages +15 V, -15 V, +26 V and 18 V, 20 kHz.
Die Gleichrichter-Umformerschaltung übt die folgenden Funktionen aus:
30The rectifier-converter circuit performs the following functions:
30th
a) Der Block 6 stellt die Spannung mit der Lokalfrequenz 50 Hz her und synchronisiert sie bis zum Erscheinen der Netzspannung (Eingang i) mit der Netzfrequenz.a) The block 6 sets the voltage with the local frequency 50 Hz and synchronizes it with the line frequency until the line voltage appears (input i).
Gleichzeitig liefert er an den Block 9 die Information über die Phasen- und Frequenzanpassung.At the same time it supplies the information about the phase and frequency adjustment to block 9.
b) Die Aufgabe des Blocks 7 ist das Verzögern der synchronisierten Spannung vom Block 6 um 150° bis zu 180° gegenüber der Netzspannung.b) The task of block 7 is to delay the synchronized Voltage from block 6 by 150 ° up to 180 ° with respect to the mains voltage.
Die Schaltung gibt entweder die Energie zurück oder wirkt als ein Gleichrichter.
10The circuit either returns the energy or acts as a rectifier.
10
c) Der Block 8 hat die Aufgabe, die Auslöseimpulse für die Thyristoren zu bilden. Die Information, wann der Auslöseimpuls gebildet werden soll, erhält er vom Verzögerungsblock 7 und dem Ül-Regler 12. Wenn die Schaltung als Gleichrichter funktioniert, geschieht das Auslösen im Intervall 2-3 (Fig. 5), wenn aber die Schaltung die Batterien prüft, geschieht das Auslösen im Intervall 1-2, wobei durch ü und U die Netzspannung bzw. die Spannung am Verbraucher dargeßtellt werden. Die Auslöseimpulse werden im Block 9 verstärkt und über den Ausgang d an die im Umformer 1 enthaltenen Thyristoren geleitet.c) The block 8 has the task of generating the trigger pulses for the thyristors. The information when the Trigger pulse is to be formed, he receives from the delay block 7 and the Ül controller 12. If the circuit works as a rectifier, the triggering happens in the interval 2-3 (Fig. 5), but when the circuit checks the batteries, the triggering occurs in the interval 1-2, with ü and U the mains voltage or the Voltage at the consumer are shown. The trigger pulses are amplified in block 9 and via the output d passed to the thyristors contained in the converter 1.
d) Der Block 12 hat die Aufgabe, die Eingansspannung (Eingang b) und den Eingangsstrom (Eingang c) zu kontrollieren und je nach den Abweichungen von den eingestellten Werten die Information an die Auslöseschaltung 8 zu übermitteln .d) The block 12 has the task of the input voltage (input b) and to control the input current (input c) and depending on the deviations from the set ones Values to transmit the information to the trigger circuit 8.
e) Der Block 11 verstärkt die Information vom Eingang c und stellt mit einer geringen Verzögerung fest, ob die Batterie geladen oder entladen ist. Demgemäß wird die Weisung an den Regler 12 vermittelt, daß er die Batterie laden oder warten soll.e) The block 11 amplifies the information from the input c and detects with a slight delay whether the battery is charged or discharged. Accordingly, the instruction becomes communicates to controller 12 that it should charge or service the battery.
f) Der Block 12 überwacht die Batteriespannung und liefert dem Mikroprozessor 10 die Information über die Batteriespannung, damit die Batterie geschützt wird, und während des Batterietestens.f) The block 12 monitors the battery voltage and delivers the microprocessor 10 the information about the battery voltage, so that the battery is protected, and during battery testing.
g) Die Einschaltelogxkschaltung 9 übt mehrere Funktionen aus:g) The switch-on logic circuit 9 has several functions the end:
- Der erste Auslöseimpuls wird in einen Halbimpuls geformt, damit das richtige Einschalten des Umformers erzielt wird.- The first trigger pulse is formed into a half-pulse so that the converter is switched on correctly will.
Sie aktiviert die Fernschalter K1 {über den Ausgang h), K7 (über den Ausgang e) und den Thyristorschalter 3' (über den Ausgang g) immer je nach dem Einschaltestand (Eingang i) und nach dem Netzspannungsstand (Eingang a). Die Einschaltelogikschaltung 9 sichert ein schnelles Ausschalten des Fernschalters K8 (über den Ausgang f) und durch den-Thyristorschalter 31 und das verzögerte Einschalten anläßlich des Synchronisationsausfalls und des Netzausfalls. It activates the remote switch K1 {via the output h), K7 (via the output e) and the thyristor switch 3 '(via the output g) depending on the switch-on status (input i) and the mains voltage level (input a). The switch-on logic circuit 9 ensures that the remote switch K8 is switched off quickly (via the output f) and by the thyristor switch 3 1 and the delayed switch-on on the occasion of the synchronization failure and the power failure.
Bei Inbetriebsetzen und Ausfall des Umformers wird das Einschalten dreimal versucht und erst nach dem dritten mißglückten Versuch wird ein Umformerfehlersignal ausgelöst. Dadurch wird ein zufälliger Ausfall des Umformers verhindert. Die Schaltungsanordnung besitzt einen Selbstschutz, der beim Kurzschluß an der Gleich-Wechsel-Schaltung das Druchbrennen der Umformerelemente verhindert. Der Umformer muß wiederholt aktiviert werden. When the converter is started up and fails, switching on is attempted three times and only after the third If the attempt is unsuccessful, a converter error signal is triggered. This causes an accidental failure of the converter prevented. The circuit arrangement has a self-protection function in the event of a short circuit in the DC / AC circuit prevents the converter elements from burning through. The converter must be activated repeatedly.
Bei zu niedriger Batteriespannung wird anläßlich einesIf the battery voltage is too low, a
Netzausfalls die schaltungsanordnung von der Batterie abgeschaltet und dadurch ihre Beschädigung verhindert.Power failure disconnects the circuitry from the battery, preventing it from being damaged.
Der Mikroprozessor 10 hat die Aufgabe, das Batterietesten durchzuführen und das Aufsichtszentrum über die Arbeitsweise und den Anordnungszustand zu benachrichtigen. Alle drei Monate wird das Aufsichtszentrum benachrichtigt, daß das Batterietesten durchgeführt werden wird. Die Schaltungsanordnung fängt nach zwei Tagen mit dem Batterietesten an, wenn man im Aufsichtszentrum hinsichtlich der Energielage und der Möglichkeit eines Netzausfalls damit einverstanden ist. Wenn aber die Lage des Hinausschiebens des Batterietestens verlangt, wird durch Tastendruck das Testen um weitere zehn Tage verschoben.The task of the microprocessor 10 is to test the batteries carry out and the supervisory center on the working method and to notify the status of the arrangement. All three months, the supervisory center is notified that battery testing will be performed. The circuit arrangement starts testing the battery after two days when you are in the supervisory center with regard to the energy situation and agrees to the possibility of a power failure. But if the location of pushing out the battery testing if requested, the test can be postponed for a further ten days by pressing a button.
Das Batterietesten an sich verläuft derart, daß während eines fünf- oder zehnstündigen Entladens der Entladestrom und die Batteriespannung kontrolliert werden. Wenn die Batteriespannung unter 1,85 V/Zelle abfällt, wird das Testen beendet. Wenn vom Ladungsmeßgerät die Batteriekapazität höher als 80% gemessen wurde, ist das Testen beendet. Nach dem Laden mit 2,44 V/Zelle wird die Schaltungsanordnung in die Wartungsbetriebsweise umgeschaltet. Nach drei Monaten wird das Testen wiederholt. Wenn die Batteriekapazität nach zweitägigem Aufladen nicht 8 0% übersteigt, wird das Entladen wiederholt. Auf diese Weise wird die Schaltungsanordnung viermal geladen und entladen und dadurch wird ihre Kapazität gesteigert. Wenn nach dem vierten wiederholten Testen die Batteriekapazität die 8 0% nicht übersteigt, ist die Batterie fehlerhaft; das wird dem Aufsichtszentrum durch einen Alarm gemeldet. Alle Anzeigen, die dem Aufsichtszentrum vermittelt werden, werden auch an die Anzeigetafel bei der Anordnung selbst geleitet.The battery testing itself is such that during a five or ten hour discharge the discharge current and the battery voltage can be checked. If the battery voltage drops below 1.85 V / cell, testing will stop completed. When the charge meter has measured the battery capacity to be higher than 80%, testing is ended. To After charging with 2.44 V / cell, the circuit arrangement is switched to maintenance mode. After three months testing is repeated. If the battery capacity does not exceed 8 0% after two days of charging, it will be discharging repeated. In this way, the circuit arrangement is charged and discharged four times and this increases its capacity increased. If after the fourth repeated test the battery capacity does not exceed the 8 0%, the battery is faulty; that will be alerted to the supervisory center reported. All the indications that are conveyed to the supervisory center are also put on the display board when the arrangement is made self directed.
Wenn während des Testens das Netz ausfällt, wird das Testen erst in zwei Tagen nach dem Anschluß ans Netz auf die vorher beschriebene Weise wiederholt.If the network fails during testing, testing will not be carried out until two days after connection to the network previously described manner repeated.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegen inThe advantages of the circuit arrangement according to the invention are in
a) der einfacheren Ausführung ohne einen Gleichrichter, was einen niedrigeren Herstellungspreis, ein einfacheres Warten und eine höhere Zuverlässigkeit sichert;a) the simpler version without a rectifier, which means a lower production price, a simpler one Waiting and ensuring greater reliability;
b) der Möglichkeit des automatischen Batterietestens mit der Energierückgabe ins Netz;b) the possibility of automatic battery testing when energy is returned to the network;
c) einem höheren Wirkungsgrad der Anordnung.c) a higher efficiency of the arrangement.
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Also Published As
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| IT8567449A0 (en) | 1985-05-16 |
| IT1183835B (en) | 1987-10-22 |
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Legal Events
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