DE4204301A1 - Roentgenroehre mit strahlenaustrittsfenster - Google Patents
Roentgenroehre mit strahlenaustrittsfensterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Kathode,
einer Anode und einem die Kathode und Anode aufnehmenden
Vakuumgehäuse, welches mit einem aus Titan gebildeten Strah
lenaustrittsfenster für die von der Anode ausgehende Röntgen
strahlung versehen ist.
Um die in einer Röntgenröhre erzeugte Strahlung in der Medizin
insbesondere zu bildgebenden Zwecken nutzen zu können, müssen
zwei Bedingungen erfüllt sein. Zum einen muß der Austritt der
Röntgenstrahlung aus dem Vakuumgehäuse gewährleistet sein. Zum
anderen muß z. B. gemäß der deutschen Norm DIN 6 815 bzw. dem
Entwurf vom Juli 1990 zur Neufassung dieser Norm ein Röntgen
strahler eine Filterung der Röntgenstrahlung (sogenannte Ge
samtfilterung) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Röntgen
röhrenspannung und/oder dem Verwendungszweck des Röntgenstrah
lers sowie eventuell dem Fokus-Haut-Abstand wenigstens einem
bestimmten Aluminium(Al)- oder Molybdän-Gleichwert entspricht.
Bei herkömmlichen Röntgenröhren wird die erste Bedingung durch
Verwendung eines Vakuumgehäuses aus Glas oder durch Verwendung
eines aus Metall und Keramik oder Metall und Glas bestehenden
Vakuumgehäuses mit einem aus Beryllium gebildeten Strahlenaus
trittsfenster gelöst. Die Materialien Glas bzw. Beryllium
haben niedrige Ordnungszahlen (Beryllium Z = 4, Glas Z = ca.
14) und schwächen die erzeugte Strahlung nur unwesentlich. Bei
Verwendung von Strahlenaustrittsfenstern aus Beryllium ist
nachteilig, daß dieses Material toxisch und hinsichtlich der
Verbindungs- und Verarbeitungstechnologien problematisch ist.
Günstiger ist in dieser Hinsicht Titan, das ebenfalls als
Material für Strahlenaustrittsfenster bekannt ist
(DE 34 17 250 A1 und DE 28 33 093 A1). Da Röntgenröhren übli
cherweise zur Bildung eines Röntgenstrahlers in ein Schutz
gehäuse eingebaut werden, wird die erforderliche Filterung
herkömmlicherweise dadurch erreicht, daß Kupferbleche und/oder
Aluminiumkeile im weiteren Strahlengang angebracht werden, was
mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Röntgen
strahlung wenig geschwächt aus der Röntgenröhre austritt, der
im Zusammenhang mit dem Strahlenaustrittsfenster zu treibende
Fertigungsaufwand gering ist und der zur Erzielung der erfor
derlichen Filterung zu treibende Aufwand gering ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt
genröhre mit einer Kathode, einer Anode und einem Kathode und
Anode aufnehmenden Vakuumgehäuse, welches mit einem aus Titan
gebildeten Strahlenaustrittsfenster für die von der Anode aus
gehende Röntgenstrahlung versehen ist, dessen Dicke so gewählt
ist, daß seine Filterwirkung in Abhängigkeit vom jeweiliqen
Anwendungsbereich der Röntgenröhre, die Filterwirkung gemäß
der Tabelle
Anwendungsbereich | |||
Filterwirkung | |||
Röntgenaufnahmen, | |||
Computertomographie (CT), @ | Durchleuchtung @ | Fokus-Haut-Abstand (FHA) 30 cm | 2,5 mm Aluminium (Al)-Gleichwert |
Durchleuchtung mit C- und U-Bogengeräten @ | 20 cm FHA FHA 30 cm | 3,0 mm Al-Gleichwert | |
Mammographie | 0,5 mm Al-Gleichwert | ||
Mammographie mit Molybdänanodenröhre | Filter | ||
Röntgenröhrenspannung 40 kV | 0,03 mm Molybdän-Gleichwert | ||
Aufnahmeeinrichtungen, für die Röntgenröhrenspannungen über 100 kV vorgesehen sind, außer: CT, Untersuchungsgeräte für Nahbedienung mit Zielgerät und mobile Einrichtungen | 2,5 mm Al-Gleichwert | ||
Dentalaufnahmetechnik mit Tubus und intraoralem Bildempfänger oder extraoralem Bildempfänger einschl. Schädel-Fernaufnahmetechnik @ | Dental-Panorama-Schichtaufnahmetechnik mit umlaufendem Röntgenstrahler mit Blendensystem @ | Röntgenröhrenspannung 70 kV | 1,5 mm Al-Gleichwert |
Röntgenröhrenspannung <70 kV | 2,5 mm Al-Gleichwert | ||
Dental-Panorama-Aufnahmetechnik (mit intraoralem Röntgenstrahler mit Blendensystem) | 3,0 mm Al-Gleichwert | ||
Dental-Aufnahmetechnik mit Tubus bei verkürztem Fokus-Haut-Abstand und extraoralem Bildempfänger (Kontaktaufnahme) @ | FHA = 6 cm | 3,0 mm Al-Gleichwert | |
FHA = 5 cm | 4,0 mm Al-Gleichwert |
weder wesentlich unterschreitet noch deutlich übersteigt. Da
Titan mit Z = 22 eine relativ kleine Ordnungszahl aufweist,
ist ein nur geringfügig geschwächter Austritt der Röntgen
strahlung aus der Röntgenröhre gewährleistet. Da Titan auch
bei relativ geringer Dicke die jeweils vorgeschriebene Filter
wirkung aufweist, können besondere Maßnahmen zur Filterung im
Röntgenstrahler bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre entfal
len. Vielmehr bewirkt allein das Titan-Austrittsfenster schon
die gemäß DIN 6815 bzw. dem Entwurf vom Juli 1990 erforder
liche Filterung, wenn seine Dicke nach vorstehender Tabelle
gewählt ist. Außerdem läßt sich Titan, das übrigens nicht
toxisch ist, infolge seiner guten Verformbarkeit, Zerspanbar
keit und Lötbarkeit leicht verarbeiten. Im vorliegenden Falle
soll unter einer die vorgeschriebene Filterwirkung nicht
wesentlich unterschreitenden Filterwirkung eine Filterwirkung
verstanden werden, die so bemessen ist, daß sich im Falle des
Einbaus der Röntgenröhre in ein Schutzgehäuse oder dergleichen
zusammen mit der in der Regel nur geringen Filterwirkung des
Strahlenaustrittsfensters des Schutzgehäuses die vorgeschrie
bene Filterwirkung einstellt, ohne daß es weiterer Maßnahmen
bedarf. Nach DIN 6 815 oder anderen Vorschriften vorgeschriebe
ne Zusatzfilter dürfen natürlich vorhanden sein. Unter einer
die vorgeschriebene Filterwirkung nicht deutlich übersteigen
den Filterwirkung soll verstanden werden, daß die vorhandene
Filterwirkung die vorgeschriebene Filterwirkung um nicht mehr
als das Dreifache übersteigt. In diesem Falle tritt die Rönt
genstrahlung noch wenig geschwächt aus der Röntgenröhre aus.
Vorzugsweise beträgt die Dicke des Strahlenaustrittsfensters
höchstens 0,6 mm. Eine derartige Dicke des Strahlenaustritts
fensters reicht zum einen aus, um dessen Vakuumdichtigkeit
sicherzustellen und eine gute Verarbeitbarkeit zu gewähr
leisten. Andererseits ist die Schwächung der aus der Röntgen
röhre austretenden Röntgenstrahlung so gering, daß auch bei
kritischen Anwendungen, z. B. der Computertomographie, noch
eine hinreichende Röntgenstrahlen-Dosis gewährleistet ist. Der
Al-Gleichwert eines Titan-Strahlenaustrittsfensters von 0,6 mm
Dicke beträgt übrigens ca. 4,8 mm. Als absolute Untergrenze
der Dicke des Strahlenaustrittsfensters ist diejenige Dicke
einzuhalten, die zur Erzielung der jeweils vorgeschriebenen
Filterwirkung erforderlich ist. Aus Gründen der Verarbeitbar
keit und/oder zur Gewährleistung der Vakuumdichtigkeit kann es
zweckmäßig bzw. erforderlich sein, größere Dicken zu wählen.
Anhand der Tabelle und der vorstehenden Ausführungen wird
deutlich, daß eine Röntgenröhre, deren Strahlenaustrittsfen
ster eine Filterwirkung von 3 mm Al-Gleichwert aufweist, für
praktisch alle Anwendungsbereiche mit Ausnahme der Mammo
graphie und bestimmter Dental-Aufnahmetechniken brauchbar ist.
Da für diese beiden Anwendungsbereiche ohnehin Spezialröhren
verwendet werden, können also mit einer Röntgenröhre, deren
Strahlenaustrittsfenster gemäß einer bevorzugten Ausführungs
form der Erfindung 3 mm Al-Gleichwert beträgt, alle wesent
lichen Anwendungsbereiche abgedeckt werden, so daß nicht für
jeden Anwendungsbereich eine besondere Röntgenröhre bereit
gehalten werden muß.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
sieht vor, daß ein aus einem metallischen Werkstoff gebildeter
Bereich des Vakuumgehäuses mit dem Strahlenaustrittsfenster
versehen ist. In diesem Fall ist es besonders einfach, das
Strahlenaustrittsfenster mit dem Vakuumgehäuse zu verbinden.
Dies geschieht in bevorzugter Weise durch Löten, wobei sich
insbesondere ein Lot mit der Bezeichnung VH 720 (Legierung
Ag 60 CuIn 13) eignet.
Während Beryllium nur schwer verarbeitbar ist, Beryllium-
Strahlenaustrittsfenster sind deshalb eben ausgebildet und
über ein rahmenförmiges Bauteil mit dem eigentlichen Vakuum
gehäuse verbunden, ist Titanblech in der für Strahlenaus
trittsfenster geeigneten Dicke problemlos verformbar, so daß
in vorteilhafter Weise gemäß einer Ausführungsform der Er
findung die Gestalt des Strahlenaustrittsfensters wenigstens
im wesentlichen derjenigen Gestalt entspricht, die die Wandung
des Vakuumgehäuses im Bereich des Strahlenaustrittsfensters
aufweisen würde. Wenn also beispielsweise die mit dem Strah
lenaustrittsfenster versehene Wandung des Vakuumgehäuses
zylindrisch gekrümmt ist, weist auch das Strahlenaustritts
fenster eine zylindrische Krümmung auf, wobei der Krümmungs
radius des Strahlenaustrittsfensters wenigstens im wesent
lichen dem des genannten Bereiches des Vakuumgehäuses ent
spricht und die Achsen, um die die Wandung des Vakuumgehäuses
bzw. das Strahlenaustrittsfenster zylindrisch gekrümmt sind,
wenigstens im wesentlichen übereinstimmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch
eine erfindungsgemäße Röntgenröhre, und
Fig. 2 ebenfalls in schematischer Darstellung einen Schnitt
gemäß der Linie II-II in Fig. 1.
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre, die z. B. für die Computer
tomographie vorgesehen ist, weist ein insgesamt mit 1 be
zeichnetes Vakuumgehäuse auf, das eine Kathodenanordnung 2 und
eine Drehanodenanordnung 3 aufnimmt. Das zur Mittelachse M der
Röntgenröhre im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführte
Vakuumgehäuse 1 weist zwei Keramikringe 4, 6 auf, die durch
metallische Rohrteile 7, 8 miteinander verbunden sind. Dabei
ist der Keramikring 4 in das eine Ende des Rohrteiles 7 einge
setzt und mit diesem durch Löten vakuumdicht verbunden. In das
andere Ende des Rohrteiles 7 ist das eine als radial auswärts
gerichteter Flansch 5 ausgeführte Ende des Rohrteiles 8 einge
setzt und mit diesem ebenfalls durch Löten vakuumdicht be
festigt. In das von dem Rohrteil 7 entfernte Ende des Rohr
teiles 8 ist der Keramikring 6 eingesetzt und wieder durch
Löten vakuumdicht 4 befestigt. In die Bohrung des Keramikrin
ges 4 ist das Halterungsteil 9 der Kathodenanordnung 2 einge
setzt und vakuumdicht mit dem Keramikring 4 verlötet. An dem
Halterungsteil 9 ist ein Tragarm 10, der an seinem freien Ende
einen eine wendelförmige Glühkathode 11 aufnehmenden Ansatz 12
aufweist, derart befestigt, daß die Glühkathode 11 in bezug
auf die Mittelachse M exzentrisch angeordnet ist. Zur Verbin
dung der Glühkathode 11 mit einer nicht dargestellten Heiz
spannungsquelle sind zwei elektrische Leitungen 13 und 14
vorgesehen. In die Bohrung des Keramikringes 6 ist eine metal
lische Achse 15 durch Löten vakuumdicht eingesetzt. Auf dieser
ist der Anodenteller der Drehanodenanordnung 3, der in bezug
auf die Mittelachse M rotationssymmetrisch ausgebildet ist, um
die Mittelachse M drehbar gelagert. Die hierzu vorgesehenen
Wälzlager, die nicht dargestellt sind, befinden sich in an
sich bekannter Weise innerhalb eines becherförmigen Rotors 17,
der mit dem Anodenteller 16 über ein Schaftstück 18 drehfest
verbunden ist.
Der Rotor 17 ist Bestandteil eines insgesamt mit 19 bezeich
neten Elektromotors zum Antrieb des Anodentellers 16. Der
Elektromotor 19 weist außerdem einen Stator 20 auf, der auf
das Rohrteil 8 aufgesetzt ist. Der aus einem elektrisch lei
tenden Werkstoff gebildete Rotor 17 und der Stator 20 wirken
nach Art eines Kurzschlußläufermotors zusammen, um den Ano
denteller 16 in Drehung zu versetzen.
Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung wird der Anodenteller 16
mittels des Elektromotors 19 in Rotation versetzt. Außerdem
wird zwischen den Leitungen 13 und 14 eine Heizspannung ange
legt, so daß die Glühkathode 11 glüht. Weiter wird zwischen
der Achse 15, die über die Wälzlager, den Rotor 17 und das
Schaftstück 18 mit dem Anodenteller 16 elektrisch leitend ver
bunden ist, und einer der Leitungen 13 oder 14 die Röhrenspan
nung angelegt. Die aus der Glühwendel 11 austretenden Elektro
nen werden dann in Richtung auf den Anodenteller 16 beschleu
nigt, so daß sich ein mit E bezeichneter strichliert angedeu
teter Elektronenstrahl ergibt. Dieser trifft im Brennfleck BF
auf die kegelstumpfförmige Auftrefffläche 21 des Anodentellers
16 auf. Zumindest im Bereich der Auftrefffläche 21 besteht der
Anodenteller 16 aus einem zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
geeignetem Material, beispielsweise einer Wolfram-Rhenium-Le
gierung. Infolge der Rotation des Anodentellers 16 bildet sich
auf der Auftrefffläche 21 eine ringförmige Brennfleckbahn aus.
Um einen möglichst ungehinderten Austritt des von dem Brenn
fleck BF ausgehenden Röntgenstrahlenbündels aus dem Vakuumge
häuse 1 zu ermöglichen, ist dieses mit einer beispielsweise
kreisförmigen oder insbesondere bei Röntgenröhren für die
Computertomographie rechteckigen Bohrung 22 versehen, welche
mittels eines Strahlenaustrittsfensters 23 verschlossen ist.
Das Strahlenaustrittsfenster 23, das im Falle einer kreisför
migen Bohrung 22 vorzugsweise von kreisscheibenförmiger und im
Falle einer rechteckigen Bohrung von rechteckiger Gestalt ist,
weist etwas größere Abmessungen als die Bohrung 22 auf und ist
mit dem Rohrteil 7 vakuumdicht verlötet. Der Zentralstrahl ZS
des Nutz-Röntgenstrahlenbündels verläuft vorzugsweise etwa
mittig durch die Bohrung 22.
Im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist das Strahlen
austrittsfenster 23 aus Titan gebildet. Da Titan eine relativ
kleine Ordnungszahl von Z = 22 aufweist, ist ein im wesent
lichen ungeschwächter Austritt der Röntgenstrahlung aus dem
Vakuumgehäuse 1 gewährleistet. Die Dicke des Strahlenaus
trittsfensters 23 ist so gewählt, daß seine Filterwirkung die
von 2,5 mm Al-Gleichwert weder unterscheidet noch wesentlich
übersteigt. Vorzugsweise ist eine Dicke von nicht mehr als
0,6 mm vorgesehen. Eine derartige Dicke des Strahlenaustritts
fensters 23 reicht zum einen aus, um dessen Vakuumdichtigkeit
sicherzustellen und eine gute Verarbeitbarkeit zu gewährlei
sten. Andererseits ist die Schwächung der aus der Röntgenröhre
austretenden Röntgenstrahlung so gering, daß beispielsweise
auch noch bei der Computertomographie bei weitem eine ausrei
chende Röntgenstrahlen-Dosis gewährleistet ist. Da bei einer
Dicke des Strahlenaustrittsfensters 23 von 0,6 mm dessen
Al-Gleichwert ca 4,8 mm beträgt, sind in vorteilhafter Weise
keinerlei zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die für die
Computertomographie vorgeschriebene Filterwirkung von 2,5 mm
Al-Gleichwert zu erreichen. Außerdem ist die beschriebene
Röntgenröhre für alle Anwendungsbereiche mit Ausnahme bestimm
ter Dental-Aufnahmetechniken und der Mammographie verwendbar,
da - von den Ausnahmen abgesehen - auch für diese Anwendungs
bereiche die vorgeschriebene Filterwirkung weder wesentlich
unter- noch deutlich überschritten wird. Das aus Titan gebil
dete Strahlenaustrittsfenster 23 bietet außerdem den Vorteil,
daß es problemlos verformbar ist. Das Strahlenaustrittsfenster
23 kann also in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise mit einer
an die des Rohrteiles 7 angepaßten Krümmung versehen und somit
unmittelbar, d. h. ohne Zwischenteile, wie Rahmen und derglei
chen, mit dem Rohrteil 7 verlötet werden. Das Strahlenaus
trittsfenster 23 weist somit sozusagen eine Gestalt auf, die
im wesentlichen derjenigen entspricht, die das Vakuumgehäuse 1
bzw. dessen Rohrteil 7 im Bereich der Bohrung 22 bzw. des
Strahlenaustrittsfensters 23 aufweisen würde. Als Lot zur
Verbindung des Strahlenaustrittsfensters 23 mit dem Rohrteil 7
eignet sich insbesondere ein Lot mit der Bezeichnung VH 720,
falls als Material für das Rohrteil 7 Kupfer oder auch Stahl
vorgesehen ist. Das Verlöten der Keramikringe 4, 6 mit den
angrenzenden Metallteilen erfolgt in herkömmlicher Weise nach
vorheriger Metallisierung der Keramikringe 4, 6 im Bereich der
Lötstellen.
Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles ist ein
metallischer Bereich des Vakuumgehäuses 1 mit dem Strahlenaus
trittsfenster 23 versehen. Grundsätzlich besteht jedoch auch
die Möglichkeit, aus Keramik bestehende Bereiche von Vakuum
gehäusen mit Strahlenaustrittsfenstern aus Titan zu versehen.
Außerdem beschränkt sich die Verwendung von Strahlenaustritts
fenstern aus Titan nicht auf Drehanoden-Röntgenröhren wie im
Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles, sondern kann
auch im Falle von Festanoden-Röntgenröhren erfolgen. Anstelle
des Keramikringes 4 kann ein Glasteil vorgesehen sein. Statt
des Keramikringes 6 und des Rohrteiles 8 mit dem Flansch 5
kann ein einziges Glas- oder Keramikteil verwendet werden.
Claims (6)
1. Röntgenröhre für medizinische Zwecke mit einer Kathode (11),
einer Anode (16) und einem Kathode (11) und Anode (16) aufneh
menden Vakuumgehäuse (1), welches mit einem aus Titan gebil
deten Strahlenaustrittsfenster (23) für die von der Anode (16)
ausgehende Röntgenstrahlung versehen ist, dessen Dicke so ge
wählt ist, daß seine Filterwirkung in Abhängigkeit von dem
jeweiligen Anwendungsbereich die Filterwirkung gemäß der
Tabelle
Anwendungsbereich
Filterwirkung
Röntgenaufnahmen,
Computertomographie (CT),
@ Durchleuchtung
@ Fokus-Haut-Abstand (FHA) 30 cm 2,5 mm Aluminium (Al)-Gleichwert
Durchleuchtung mit C- und U-Bogengeräten
@ 20 cm FHA FHA 30 cm 3,0 mm Al-Gleichwert
Mammographie 0,5 mm Al-Gleichwert
Mammographie mit Molybdänanodenröhre Filter
Röntgenröhrenspannung 40 kV 0,03 mm Molybdän-Gleichwert
Aufnahmeeinrichtungen, für die Röntgenröhrenspannungen über 100 kV vorgesehen sind, außer: CT, Untersuchungsgeräte für Nahbedienung mit Zielgerät und mobile Einrichtungen 2,5 mm Al-Gleichwert
Dentalaufnahmetechnik mit Tubus und intraoralem Bildempfänger oder extraoralem Bildempfänger einschl. Schädel-Fernaufnahmetechnik
@ Dental-Panorama-Schichtaufnahmetechnik mit umlaufendem Röntgenstrahler mit Blendensystem
@ Röntgenröhrenspannung 70 kV 1,5 mm Al-Gleichwert
Röntgenröhrenspannung <70 kV 2,5 mm Al-Gleichwert
Dental-Panorama-Aufnahmetechnik (mit intraoralem Röntgenstrahler mit Blendensystem) 3,0 mm Al-Gleichwert
Dental-Aufnahmetechnik mit Tubus bei verkürztem Fokus-Haut-Abstand und extraoralem Bildempfänger (Kontaktaufnahme)
@ FHA = 6 cm 3,0 mm Al-Gleichwert
FHA = 5 cm 4,0 mm Al-Gleichwert
weder wesentlich unterschreitet noch deutlich übersteigt.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Strahlenaustrittsfenster
(23) eine Filterwirkung von 3 mm Al-Gleichwert aufweist.
3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke des Strahlen
austrittsfensters (23) höchstens 0,6 mm beträgt.
4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß ein aus einem
metallischen Werkstoff gebildeter Bereich (7) des Vakuumge
häuses (1) mit dem Strahlenaustrittsfenster (23) versehen ist.
5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß Strahlenaustrittsfenster (23)
durch Löten, vorzugsweise mittels des Lotes VH 720, mit dem
Vakuumgehäuse (1) verbunden ist.
6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Gestalt
des Strahlenaustrittsfensters (23) wenigstens im wesentlichen
derjenigen Gestalt entspricht, die die Wandung (7) des Vakuum
gehäuses (1) im Bereich des Strahlenaustrittsfensters (23)
aufweisen würde.
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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- 1992-02-13 DE DE4204301A patent/DE4204301A1/de not_active Ceased
- 1992-04-29 CH CH1360/92A patent/CH683728A5/de not_active IP Right Cessation
- 1992-07-31 JP JP22529792A patent/JP3270129B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3270129B2 (ja) | 2002-04-02 |
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