EP0238843A1 - Druckgasschalter - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on a gas pressure switch according to the first part of patent claim 1.
- the invention relates to a prior art of printer switches, such as is shown in FIGS. 1 and 2 of DE-A1-33 21 740.
- the known switch has a housing enclosing an arc chamber, a pressure accumulator and an expansion space. Two switching pieces that are movable relative to one another are arranged in the housing, one of which can be guided through a nozzle.
- the opening of this nozzle can be changed with regard to its outflow cross-section, namely by means of movable nozzle parts which are guided inwards by means of pressure springs when the pressure gas switch is switched off. This reduces the outflow cross-section of the nozzle and thus reduces the pressure loss when extinguishing gas flows out of the pressure accumulator or the arc chamber via the nozzle into the expansion space.
- the invention as characterized in the claims, is based on the object of printing To create gas switch, in which the outflow cross-section of the nozzle can be changed regardless of the effect of expensive compression springs.
- the pressure gas switch according to the invention is characterized by a simple design and by a nozzle, the outflow cross section of which is essentially determined by the pressure conditions in the arc chamber and the pressure accumulator. Elaborate compression springs are now unnecessary, in addition, any welding of the nozzle parts that may occur can be eliminated in a simple manner.
- 1 denotes a tubular housing made of insulating material filled with an insulating gas, such as sulfur hexafluoride, for example a few bar pressure, which in its basic structure has an arc chamber 2, a pressure accumulator 3 and one Enlarges expansion space 4.
- an insulating gas such as sulfur hexafluoride, for example a few bar pressure
- a pressure accumulator 3 Arranged in the housing 1 are a fixed switching element 5, which is connected to a power connection, not shown, and is essentially cylindrical, and a movable switching element 6, which is connected to a power connection, which is also not shown, and is also essentially cylindrical.
- the switching piece 5 is designed as a tube, the switching piece 6, however, as a pin.
- the contact piece 5 is also possible to design the contact piece 5 as a pin and the contact piece 6 as a tube or both contact pieces each as a tube or as a pin.
- the housing 1 In the interior of the housing 1 there are two insulating material bodies 7 and 8, which are offset with respect to one another in the direction of the housing axis, of which the insulating material body 7 carries the switching piece 5 and the insulating material body 8 carries a nozzle 9.
- the two insulating material bodies 7, 8 limit with their mutually facing sides the pressure accumulator 3 coaxially surrounding the contact pieces 5, 6.
- a channel 10 cut out between the insulating bodies 7, 8 connects the pressure accumulator 3 when it is switched off (FIG. 1, right half) and in the switch-off position (FIG. 3) with the arc chamber 2.
- two nozzle parts 13, 14 made of insulating material are displaceably guided transversely to the axis of the housing 1.
- the nozzle parts 13, 14 each have a shell-shaped surface adapted to the contact piece 6 on the sides facing one another, and also a guide body 15, 16, which each extend in a direction transverse to the direction of movement of the nozzle parts 13, 14 and transverse to the axis of the housing 1 Undercut 17 or 18 of the groove 11 is slidably mounted.
- the ends of the nozzle parts 13, 14 facing the switching piece 5 are guided in the groove 12.
- the ends of the nozzle parts 13, 14 facing away from the switching element 5 have conical bevels 20, 21.
- this gas pressure switch In the switch-on position (left halves of FIGS. 1 and 2), the switching element 6 passes through the nozzle 9 and is moved into the hollow switching element 5. The nozzle parts 13 and 14 are pressed apart by the switching element 6 and rest with their shell-shaped surfaces on the outer surface of the switching element 6.
- the switching element 6 When switching off, the switching element 6 is moved downwards by a drive, not shown, and as soon as the switching elements 5 and 6 come out of engagement, an arc 22 forms between them in the arc chamber 2 (right halves of FIGS. 1 and 2). Gas heated by the arc 22 flows from the arc chamber 2 through the channel 10 containing the groove 12 into the pressure accumulator 3 and is stored there as compressed compressed gas.
- the nozzle parts 13, 14 remain pressed apart due to the high pressure in the arc chamber 2 during the high current phase of the current to be switched off even after the switching element 6 has emerged from the opening of the nozzle 9 (right halves of FIGS. 1 and 2).
- the pressure in the arc chamber 2 decreases. If the pressure of the gas in the pressure accumulator 3 exceeds the pressure of the gas present in the arc chamber 2, this now leads from the pressure accumulator 3 via the channel 10 into the arc chamber 2 and from there through the opening of the nozzle 9 into the expansion space 4 the gas flowing nozzle parts 13 and 14, which are mounted essentially without force, against one another and, as can be seen from FIG. 3 and from the broken line in FIG. 2, considerably reduces the outflow cross section of the nozzle 9.
- the insulating material bodies 7 and 8 are shaped into an integral body.
- This body contains two channels 26, 27 which have the same function as the channel 10 and which connect the arc chamber 2 to the pressure accumulator 3 in the switched-off state.
- the groove 12 is formed in such a way that the connecting path running from the arc chamber 2 to the pressure accumulator 3 via the two channels 26, 27 and the groove 12 is interrupted by the nozzle parts 13 and 14 which bear against the walls of the groove 12 during the high current phase.
- the gas heated by the arc is guided from the arc chamber 2 into the pressure accumulator 3 via bores 23 in the nozzle parts 13 and 14.
- the pressure accumulator 3 is designed as a compression volume of a piston-cylinder compression device, the piston 24 of which is not connected via a linkage 25 to the shown drive of the switch is non-positively connected. Due to the high gas pressure in the arc chamber 2 in the high current phase, the nozzle parts 13 and 14 are pressed against the walls of the groove 12 and the connection path between the arc chamber 2 and the pressure accumulator 3 is interrupted. At the same time the pressure of the gas in the pressure accumulator 3 is increased by the downward movement of the piston 24 moved by the switch drive.
- the high pressure formed in the arc chamber 2 in the high current phase is prevented from having an effect via the channels 26, 27 in the pressure accumulator 3 and, for example, blocking the piston 24 coupled to the drive.
- the gas pressure in the pressure accumulator 3 becomes greater than in the arc chamber 2.
- the nozzle parts 13 and 14 are moved inwards by the gas located in the pressure accumulator 3 and supplied via the two channels 26 and 27, and the switching arc with a small discharge cross section Blow nozzle 9 with particularly fresh extinguishing gas.
- FIGS. 6 and 7 essentially corresponds to that according to FIG. 5, but the grooves 11, 12 provided in the insulating body 7, 8 combined into a single body are now designed as a cylindrical recess 28.
- the nozzle parts 13, 14 designed as cylinder half-shells are mounted in this recess 28.
- the nozzle parts 13, 14 are guided on pin-shaped guide bodies 29 of the insulating material bodies 7, 8 combined into a single body.
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Abstract
Der Druckgasschalter weist ein Gehäuse (1) auf, welches eine Lichtbogenkammer (2), einen Druckspeicher (3) und einen Expansionsraum (4) umschliesst. Im Gehäuse sind zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke (5, 6) angeordnet. Eines (6) dieser Schaltstücke (5, 6) ist durch eine Düse (9) führbar, deren Abströmquerschnitt durch bewegliche Düsenteile (13, 14) veränderbar ist. Beim Ausschalten sind die Lichtbogenkammer (2) und der mit der Lichtbogenkammer (2) kommunizierbare Druckspeicher (3) durch die Düse (9) hindurch mit dem Expansionsraum (4) verbunden.
Bei diesem Druckgasschalter soll der Abströmquerschnitt der Düse (9) in einfacher Weise und unabhängig von der Wirkung aufwendiger Druckfedern veränderbar sein.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Düsenteile (13, 14) im wesentlichen kräftefrei gelagert und zumindest teilweise im Verbindungsweg (Kanal 10, Nut 12) zwischen der Lichtbogenkammer (2) und dem Druckspeicher (3) angeordnet sind.
Description
- Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckgasschalter gemäss dem ersten Teil von Patentanspruch 1.
- Hierbei nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Druckerschaltern Bezug, wie er etwa in den Fig. 1 und 2 der DE-A1-33 21 740 dargestellt ist. Der bekannte Schalter weist ein eine Lichtbogenkammer, einen Druckspeicher und einen Expansionsraum umschliessendes Gehäuse auf. Im Gehäuse sind zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke angeordnet, von denen eines durch eine Düse führbar ist. Die Oeffnung dieser Düse ist hinsichtlich ihres Abströmquerschnitts veränderbar und zwar durch bewegliche Düsenteile, welche beim Ausschalten des Druckgasschalters mittels Druckfedern nach innen geführt werden. Hierdurch wird der Abströmquerschnitt der Düse verringert und damit der Druckverlust beim Abströmen von Löschgas aus dem Druckspeicher bzw. der Lichtbogenkammer über die Düse in den Expansionsraum vermindert.
- Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck gasschalter zu schaffen, bei dem der Abströmquerschnitt der Düse unabhängig von der Wirkung aufwendiger Druckfedern veränderbar ist.
- Der erfindungsgemässe Druckgasschalter zeichnet sich durch einfache Bauform sowie durch eine Düse aus, deren Abströmquerschnitt im wesentlichen bestimmt ist von den Druckverhältnissen in der Lichtbogenkammer und dem Druckspeicher. Aufwendige Druckfedern sind nun entbehrlich, darüber hinaus können möglicherweise auftretende Verschweissungen der Düsenteile in einfacher Weise behoben werden.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt:
- Fig. 1 eine Aufsicht auf einen in axialer Richtung geführten Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters,
- Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den Druckgasschalter gemäss Fig. 1,
- Fig. 3 eine Aufsicht auf den in axialer Richtung geführten Schnitt durch den Druckgasschalter gemäss Fig. 1 in der Ausschaltposition,
- Fig. 4 eine Aufsicht auf einen in axialer Richtung geführten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters, und
- Fig. 5 eine Aufsicht auf einen in axialer Richtung geführten Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters,
- Fig. 6 eine Aufsicht auf einen in axialer Richtung geführten Schnitt durch eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters, und
- Fig. 7 eine Aufsicht auf einen längs VII-VII geführten Schnitt durch den Druckgasschalter gemäss Fig. 6.
- In allen Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters bezeichnet 1 ein mit einem Isoliergas, wie Schwefelhexafluorid von beispielsweise einigen bar Druck, gefülltes rohrförmiges Gehäuse aus Isolierstoff, welches in seinem grundsätzlichen Aufbau eine Lichtbogenkammer 2, einen Druckspeicher 3 und einen Expansionsraum 4 umschliesst. Im Gehäuse 1 sind ein mit einem nicht dargestellten Stromanschluss verbundenes und im wesentlichen zylinderförmig ausgebildetes feststehendes Schaltstück 5 und ein mit einem ebenfalls nicht dargestellten Stromanschluss verbundenes und ebenfalls im wesentlichen zylinderförmig ausgebildetes bewegliches Schaltstück 6 angeordnet. Ersichtlich ist hierbei das Schaltstück 5 als Rohr ausgebildet, das Schaltstück 6 hingegen als Stift. Es ist jedoch auch möglich, das Schaltstück 5 als Stift und das Schaltstück 6 als Rohr bzw. beide Schaltstücke jeweils als Rohr oder als Stift auszubilden.
- Im Inneren des Gehäuses 1 befinden sich zwei in Richtung der Gehäuseachse gegeneinander versetzt angeordnete Isolierstoffkörper 7 bzw. 8, von denen der Isolierstoffkörper 7 das Schaltstück 5 und der Isolierstoffkörper 8 eine Düse 9 trägt. Die beiden Isolierstoffkörper 7, 8 begrenzen mit ihren einander zugewandten Seiten den die Schaltstücke 5, 6 koaxial umgebenden Druckspeicher 3. Ein zwischen den Isolierstoffkörpern 7, 8 ausgesparter Kanal 10 verbindet beim Ausschalten (Fig. 1, rechte Hälfte) und in der Ausschaltposition (Fig. 3) den Druckspeicher 3 mit der Lichtbogenkammer 2. In den einander zugewandten Seiten beider Isolierstoffkörper 7, 8 befindet sich jeweils eine Nut 11, 12. In der im Isolierstoffkörper 8 vorgesehenen Nut 11 sind zwei aus Isolierstoff bestehende Düsenteile 13, 14 quer zur Achse des Gehäuses 1 verschieblich geführt. Die Düsenteile 13, 14 weisen an den einander zugewandten Seiten jeweils eine an das Schaltstück 6 angepasste schalenförmige Oberfläche auf, sowie jeweils einen Führungskörper 15, 16, welcher jeweils in einer quer zur Bewegungsrichtung der Düsenteile 13, 14 und quer zur Achse des Gehäuses 1 erstreckten Hinterschneidung 17 bzw. 18 der Nut 11 verschieblich gelagert ist. Die Düsenteile 13, 14 bilden zusammen mit einem auf dem Isolierstoffkörper 8 angeformten und hohl ausgebildeten Ansatz 19 die Düse 9, durch welche beim Ausschalten die Lichtbogenkammer 2 und damit auch der Druckspeicher 3 mit dem Expansionsraum 4 verbunden werden. Die dem Schaltstück 5 zugewandten Enden der Düsenteile 13, 14 sind in der Nut 12 geführt. Die vom Schaltstück 5 abgewandten Enden der Düsenteile 13, 14 weisen konische Anschrägungen 20, 21 auf.
- Die Wirkungsweise dieses Druckgasschalters ist nun wie folgt: In der Einschaltposition (linke Hälften der Fig. 1 und 2) durchsetzt das Schaltstück 6 die Düse 9 und ist in das hohl ausgebildete Schaltstück 5 eingefahren. Die Düsenteile 13 und 14 werden vom Schaltstück 6 auseinander gedrückt und legen sich mit ihren schalenförmigen Oberflächen an die Aussenfläche des Schaltstückes 6 an.
- Beim Ausschalten wird das Schaltstück 6 von einem nicht dargestellten Antrieb nach unten bewegt und bildet sich sobald die Schaltstücke 5 und 6 ausser Eingriff kommen zwischen ihnen in der Lichtbogenkammer 2 ein Lichtbogen 22 aus (rechte Hälften von Fig. 1 und 2). Vom Lichtbogen 22 aufgeheiztes Gas strömt von der Lichtbogenkammer 2 durch den die Nut 12 enthaltenden Kanal 10 in den Druckspeicher 3 und wird dort als komprimiertes Druckgas gespeichert. Die Düsenteile 13, 14 bleiben wegen des hohen Druckes in der Lichtbogenkammer 2 während der Hochstromphase des abzuschaltenden Stroms auch nach Austritt des Schaltstückes 6 aus der Oeffnung der Düse 9 auseinandergedrückt (rechte Hälften der Fig. 1 und 2).
- Nähert sich der abzuschaltende Strom seinem Nulldurchgang, so nimmt der Druck in der Lichtbogenkammer 2 ab. Uebersteigt der Druck des im Druckspeicher 3 befindlichen Gases den Druck des in der Lichtbogenkammer 2 vorhandenen Gases, so führt das nun vom Druckspeicher 3 über den Kanal 10 in die Lichtbogenkammer 2 und von dort durch die Oeffnung der Düse 9 in den Expansionsraum 4 strömende Gas die im wesentlichen kräftefrei gelagerten Düsenteile 13 und 14 gegeneinander und reduziert hierbei - wie aus Fig. 3 und aus der gestrichelten Darstellung von Fig. 2 ersichtlich ist - den Abströmquerschnitt der Düse 9 erheblich.
- Hierdurch wird übermässiger Druckverlust vor dem Stromnulldurchgang durch äusserst einfache Massnahmen und ohne die Verwendung von Federelementen erreicht, so dass für die Beblasung des Lichtbogens in einfacher Weise stets ausreichend Druckgas zur Verfügung steht. Möglicherweise auftretende Verschweissungen der Düsenteile 13 und 14 werden hierbei durch das beim Einschalten auf die Anschrägungen 20, 21 aufschlagende bewegliche Schaltstück 6 aufgebrochen.
- Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 sind die Isolierstoffkörper 7 und 8 zu einem einstückigen Körper geformt. Dieser Körper enthält zwei zum Kanal 10 funktionsgleiche Kanäle 26, 27, welche im Ausschaltzustand die Lichtbogenkammer 2 mit dem Druckspeicher 3 verbinden. Die Nut 12 ist derart ausgebildet, dass der über die beiden Kanäle 26, 27 und die Nut 12 verlaufende Verbindungsweg von der Lichtbogenkammer 2 zum Druckspeicher 3 durch die während der Hochstromphase an den Wänden der Nut 12 anliegenden Düsenteile 13 und 14 unterbrochen ist. Während der Hochstromphase wird das vom Lichtbogen aufgeheizte Gas über Bohrungen 23 in den Düsenteilen 13 und 14 von der Lichtbogenkammer 2 in den Druckspeicher 3 geführt. Bei Annäherung an den Stromnulldurchgang des abzuschaltenden Stromes öffnet nun auch der von den Kanälen 26 und 27 über die Nut 12 geführte Verbindungsweg und kann dann der Lichtbogen sowohl über die Bohrungen 23 als auch über die Nut 12, d.h. doppelt, beblasen werden (vgl. rechte Hälfte von Fig. 4).
- Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters nach Fig. 5 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 4, jedoch entfallen die Bohrungen 23 und ist darüber hinaus der Druckspeicher 3 als Kompressionsvolumen einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung ausgebildet, deren Kolben 24 über ein Gestänge 25 mit dem nicht dargestellten Antrieb des Schalters kraftschlüssig verbunden ist. Bedingt durch den in der Hochstromphase hohen Gasdruck in der Lichtbogenkammer 2 sind die Düsenteile 13 und 14 an die Wände der Nut 12 gepresst und ist der Verbindungsweg zwischen der Lichtbogenkammer 2 und dem Druckspeicher 3 unterbrochen. Zugleich wird der Druck des im Druckspeicher 3 befindlichen Gases durch Abwärtsbewegung des vom Schalterantrieb bewegten Kolbens 24 erhöht. Beim Abschalten starker Ströme wird hierbei verhindert, dass der in der Hochstromphase in der Lichtbogenkammer 2 gebildete hohe Druck sich über die Kanäle 26, 27 im Druckspeicher 3 auswirkt und etwa den mit dem Antrieb gekoppelten Kolben 24 blockiert. Bei Annäherung an den Stromnulldurchgang wird der Gasdruck im Druckspeicher 3 grösser als in der Lichtbogenkammer 2. Die Düsenteile 13 und 14 werden von dem im Druckspeicher 3 befindlichen und über die beiden Kanäle 26 und 27 zugeführten Gas nach innen bewegt und der Schaltlichtbogen bei kleinem Abströmquerschnitt der Düse 9 mit besonders frischem Löschgas beblasen.
- Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters nach den Figuren 6 und 7 entspricht in wesentlichen Teilen derjenigen nach Fig. 5, jedoch sind die in den zu einem einzigen Körper zusammengefassten Isolierstoffkörpern 7, 8 vorgesehenen Nuten 11, 12 nunmehr als zylinderförmige Ausnehmung 28 ausgestaltet. In dieser Ausnehmung 28 sind die als Zylinder-Halbschalen ausgebildeten Düsenteile 13, 14 gelagert. Die Düsenteile 13, 14 sind an stiftförmigen Führungskörpern 29 der zu einem einzigen Körper zusammengefassten Isolierstoffkörper 7, 8 geführt.
- Durch diese Massnahmen lässt sich der Druckgasschalter nach der Erfindung unter Beibehalt seiner vorteilhaften Eigenschaften in besonders wirtschaftlicher Weise herstellen, da hierbei etwa das vergleichsweise aufwendige Ausfräsen von Hinterschneidungen und quaderförmig ausgebildeten Nuten entfällt.
Claims (10)
1. Druckgasschalter mit einem eine Lichtbogenkammer (2), einen Druckspeicher (3) und einen Expansionsraum (4) umschliessenden Gehäuse (1), in dem zwei relativ zueinander bewegliche Schaltstücke (5, 6) angeordnet sind, von denen ein erstes (6) durch eine Düse (9) führbar ist, deren Abströmquerschnitt durch bewegliche Düsenteile (13, 14) veränderbar ist, und durch welche beim Ausschalten die Lichtbogenkammer (2) und der mit der Lichtbogenkammer (2) kommunizierbare Druckspeicher (3) mit dem Expansionsraum (4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) im wesentlichen kräftefrei gelagert und zumindest teilweise im Verbindungsweg zwischen der Lichtbogenkammer (2) und dem Druckspeicher (3) angeordnet sind.
2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) gegeneinander verschieblich angeordnet und auf einem die Düse (9) tragenden Isolierstoffkörper (8) geführt sind.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) als Zylinder-Halbschalen ausgebildet und an Führungskörpern (29) des Isolierstoffkörpers (8) geführt sind.
4. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) in einer ersten Nut (11) des Isolierstoffkörpers (8) geführt sind.
5. Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) jeweils einen Füh rungskörper (15, 16) aufweisen, welcher in einer Hinterschneidung (17, 18) der ersten Nut (11) verschieblich gelagert ist.
6. Druckgasschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) zusätzlich in einer zweiten Nut (12) geführt sind, welche sich im Verbindungsweg zwischen der Lichtbogenkammer (2) und dem Druckspeicher (3) auf einem das zweite Schaltstück (5) tragenden weiteren Isolierstoffkörper (7) befindet.
7. Druckgasschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nut (11) im Einschaltzustand mit dem Druckspeicher (3) verbunden ist.
8. Druckgasschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der über die zweite Nut (11) verlaufende Verbindungsweg zwischen Lichtbogenkammer (2) und Druckspeicher (3) durch die Düsenteile (13, 14) zwischen der zweiten Nut (11) und dem Druckspeicher (3) unterbrochen ist.
9. Druckgasschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) von der Lichtbogenkammer (2) zum Druckspeicher (3) erstreckte Bohrungen (23) aufweisen.
10. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (13, 14) jeweils eine an das erste Schaltstück (6) angepasste schalenförmige Oberfläche aufweisen sowie jeweils eine konische Anschrägung (20, 21), auf welche das erste Schaltstück (6) beim Einschalten schlägt.
Applications Claiming Priority (2)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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Owner name: BBC BROWN BOVERI AG |
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RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: LUGINBUEHL, CHARLES |