EP0300270B1 - Verklinkung für einen Schnellschalter - Google Patents

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EP0300270B1
EP0300270B1 EP88110748A EP88110748A EP0300270B1 EP 0300270 B1 EP0300270 B1 EP 0300270B1 EP 88110748 A EP88110748 A EP 88110748A EP 88110748 A EP88110748 A EP 88110748A EP 0300270 B1 EP0300270 B1 EP 0300270B1
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EP
European Patent Office
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roller
contact bridge
switch
link
acts
Prior art date
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EP88110748A
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English (en)
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Inventor
Henri Duffour
Serge Martin
Ernst Studer
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/50—Manual reset mechanisms which may be also used for manual release
    • H01H71/505—Latching devices between operating and release mechanism
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/505—Latching devices between operating and release mechanism
    • H01H2071/506—Latching devices between operating and release mechanism using balls or rollers in the latching device

Definitions

  • the invention is based on a latch for a quick-action switch according to the preamble of claim 1.
  • a latch which converts the response of an electrical trigger into an actuation of a switching element connected downstream.
  • the pawl acts against a roller of a spring-loaded lock
  • the torque exerted by the force actuating the pawl should be approximately the same as the torques generated by frictional forces, which prevent the pawl from moving.
  • a latching device for a high-speed switch is known with a roller rotatably mounted on an axis in a movable contact bridge. When switched on, a ratchet rod actuated by a magnet acts on the roller, presses the contact bridge against a fixed contact and thus closes the circuit with the quick switch.
  • the necessary contact force is also provided by the magnet via the latch rod transferred to the role.
  • the quick switch When the quick switch is switched off normally, the magnet is de-energized and a pre-tensioned switch-off spring that also acts on the roller pulls the contact bridge into the switch-off position. The arc that occurs is extinguished in a known manner.
  • this normal switch-off takes too long and a trigger that is actuated directly by the short-circuit current is excited. This trigger acts on the latch rod and ensures that the latch between the roller and the latch rod is released.
  • the switch-off spring acting on the roller then takes effect immediately and the contact bridge is quickly pulled in the switch-off direction.
  • the trigger acting on the ratchet rod for example a trigger magnet, must be of strong dimensions in order to be able to move the ratchet rod safely relative to the roller, since large opposing forces have to be overcome. If the trigger is designed to be somewhat weaker, the switch-off time is increased to impermissible values.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as characterized in the claims, solves the problem of creating a latch for a switched-on contact bridge of a high-speed switch that can be released very quickly, so that high breaking currents, in particular short-circuit currents, can be interrupted particularly quickly.
  • the advantage achieved by the invention is essentially to be seen in the fact that immediately after the release of the latch, a component of the force still acting on the roller in the switch-on direction additionally accelerates the movement of the latch rod and thus enables an even faster switch-off movement of the contact bridge.
  • a contact system of a quick switch is shown in a highly simplified manner.
  • a fixed contact 2 is fastened to a busbar 1.
  • a movable contact piece 3 is pressed onto the fixed contact 2 and is connected to one end of a movable contact bridge 4.
  • the other end of the movable contact bridge 4 is rotatably mounted in a roller bearing 5 which is suitable for carrying the current.
  • This roller bearing 5 is embedded in a busbar 6.
  • the components 1 to 6 described so far form the main circuit of the high-speed switch.
  • the contact bridge 4 is then no longer supplied with current and runs into its switch-off position without further electrical stress. As soon as the arc, which jumps in a known manner from the spark horns 8, 9 onto a large number of quenching plates (not shown), is extinguished, the current flow through the quick switch is definitely interrupted. The recurring voltage is then present between the fixed contact 2 and the contact piece 3.
  • the contact bridge 4 has an opening 12 extending in the direction of its longitudinal axis. Side walls of this opening 12 carry an axis 13 on which a cylindrical roller 14 is rotatably mounted. The axis 13 and the roller 14 have a common central axis which runs perpendicular to the direction of movement of the contact bridge 4.
  • the roller 14 rests on a latch rod 15, the end face of which facing the roller 14 is designed as a slotted link 16 which is at least partially adapted to the roller contour.
  • the end of the pawl rod 15 facing away from the roller is rotatably mounted in an insulating part 17.
  • a connecting piece 18 connects the insulating part 17 to a switch-on and switch-off device which is known in principle and which is not shown.
  • a spring 19 which is supported on a support 20 made of insulating material, presses the pawl rod 15 upward against the roller 14.
  • the on and off device acts on the roller 14 and thus on the contact bridge 4 via the pawl rod 15. In the switched-on state, it also applies the contact force between the fixed contact 2 and the contact piece 3, any contact erosion is automatically compensated for in the process.
  • the forces which act on the contact bridge 4 in the switch-on direction are applied by the switch-on and switch-off device.
  • a switch-off spring 22 which acts directly on the contact bridge 4, pulls the same into its switch-off position.
  • the opening spring 22 is insulated at least on one side to prevent stray currents from the opening spring. If very large currents, for example short-circuit currents, are to be switched off, the switch-off process must be accelerated.
  • An additional trigger 25, for example a magnet, which is directly excited by the high current acts by means of a pawl 26 on the end 27 of the pawl rod 15, which projects through the opening 12. The pawl rod 15 is pressed down and the roller 14 rolls along the backdrop 16 in the switch-off direction. The latching between roller 14 and latch rod 15 is released very quickly in this way.
  • FIG. 2 is first considered in more detail.
  • the end face of the latch rod 15 designed as a backdrop 16 is partially adapted to the roller contour. From a point A, the part of the link 16 adapted to the roll contour merges into a section running tangentially to the roll 14.
  • the link 16 is designed such that when the contact bridge 4 is switched on, the friction forces acting on the roller 14 are compensated for.
  • the section of the link 16 running tangentially to the roller 14 is inclined at an angle of 90 ° - ⁇ with respect to the switch-on direction.
  • the switch-on direction is indicated by an arrow 28.
  • the angle ⁇ itself is defined as the angle between the switch-on direction and the connecting line 29, which connects the point A with the center Z of the axis 13.
  • the same angle ⁇ also occurs as the angle between the section of the link 16 running tangentially to the roller 14 and a line running perpendicular to the switch-on direction of the latch rod 15.
  • the section of the link 16 which runs tangentially to the roller 14 does not have to run straight up to the upper edge of the latch rod 15, it can also be rounded somewhat, as indicated by a broken line 30, in order to facilitate the running of the roller 14.
  • a force P1 acts in the switch-on direction, it is by the Applied on and off device.
  • This force P1 can be broken down into its components P2 and P3 in a known manner.
  • the component P3 can be moved in parallel until its direction of action coincides with the direction of the tangential portion of the link 16. It then acts on point A from above.
  • This force component P3 counteracts an exactly equal force P4 on the same axis.
  • This force P4 is the sum of the frictional forces that occur in the axis 13, roller 14 and link 16 system.
  • the roller 14 can have an outer running surface into which a groove-shaped recess is embedded. This recess serves as a guide for the end face of the pawl rod 15.
  • the pawl rod 15 slides sideways from the roller 14 is avoided. Tilting of the two parts is also avoided. Furthermore, it is possible to adapt the end face of the latch rod 15 to the shape of the recess in the roller 14 in order to obtain an even better guidance.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung geht aus von einer Verklinkung für einen Schnnellschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • STAND DER TECHNIK
  • Aus der Patentschrift US-A-3 864 649 ist ein Schnellschalter bekannt, der eine über eine Rolle auf einen beweglichen Kontakt einwirkende Klinke aufweist. Die der Rolle zugewandten Seite der Klinke ist etwas der Rollenkontur angepasst. Der bewegliche Kontakt wird durch eine Feder in Ausschaltrichtung beaufschlagt, die Klinke verhindert im eingeschalteten Zustand jedoch die Auschaltbewegung des Kontakts. Sobald die Klinke durch einen Auslöser betätigt wird, gibt sie die Ausschaltbewegung des Kontakts frei. Die Klinke muss vollständig seitwärts verschoben werden, damit die Rolle und damit die Kontaktbewegung freigegeben wird.
  • Aus der Patentschrift US-A-2031 458 ist eine Verklinkung bekannt, die das Ansprechen eines elektrischen Auslösers umsetzt in eine Betätigung eines nachgeschalteten Schaltelementes. Bei dieser Verklinkung wirkt die Klinke gegen eine Rolle einer mit Federkraft beaufschlagten Verriegelung, wobei das durch die die Klinke betätigende Kraft ausgeübte Drehmoment annähernd gleich sein soll, wie die durch Reibungskräfte erzeugten Drehmomente, welche eine Bewegung der Klinke verhindern.
    Es ist eine Verklinkung für einen Schnellschalter bekannt mit einer in einer beweglichen Kontaktbrücke drehbar auf einer Achse gelagerten Rolle. Beim Einschalten wirkt eine durch einen Magnet betätigte Klinkenstange auf die Rolle ein, drückt die Kontaktbrücke gegen einen festen Kontakt und schliesst so den Stromkreis durch den Schnellschalter. Die nötige Kontaktkraft wird ebenfalls von dem Magnet über die Klinkenstange auf die Rolle übertragen. Bei einer normalen Ausschaltung des Schnellschalters wird der Magnet entregt und eine ebenfalls auf die Rolle einwirkende, vorgespannte Ausschaltfeder zieht die Kontaktbrücke in Ausschaltstellung. Der dabei auftretende Lichtbogen wird auf bekannte Art gelöscht. Fliesst jedoch ein Kurzschlussstrom durch den Schnellschalter, so dauert diese normale Ausschaltung zu lange und ein durch den Kurzschlusstrom direkt betätigter Auslöser wird angeregt. Dieser Auslöser wirkt auf die Klinkenstange ein und sorgt dafür, dass die Verklinkung zwischen Rolle und Klinkenstange gelöst wird. Die auf die Rolle wirkende Ausschaltfeder wird dann sofort wirksam und die Kontaktbrücke wird rasch in Ausschaltrichtung gezogen.
  • Der auf die Klinkenstange einwirkende Auslöser, beispielsweise ein Auslösemagnet, muss kräftig dimensioniert sein, um die Klinkenstange sicher relativ zur Rolle bewegen zu können, da grosse Gegenkräfte zu überwinden sind. Wird der Auslöser etwas schwächer ausgelegt, so wird dadurch die Ausschaltzeit auf unzulässige Werte erhöht.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Verklinkung für eine eingeschaltete Kontaktbrücke eines Schnellschalters zu schaffen, die sehr rasch aufgehoben werden kann, so dass hohe Ausschaltströme insbesondere Kurzschlussströme besonders schnell unterbrochen werden können.
  • Der durch die Erfindung erreichte Vorteil ist im wesentlichen darin zu sehen, dass unmittelbar nach dem Aufheben der Verklinkung eine Komponente der immer noch auf die Rolle in Einschaltrichtung einwirkenden Kraft die Bewegung der Klinkenstange zusätzlich beschleunigt und damit eine noch schnellere Ausschaltbewegung der Kontaktbrücke ermöglicht.
  • Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnungen, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellen, näher erläutert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Kontaktsystems eines Schnellschalters,
    • Fig. 2 eine Detailskizze der erfindungsgemässen Verklinkung, und
    • Fig. 3 eine Darstellung der in der Verklinkung nach Fig. 2 wirksamen Kräfte.
  • Bei allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In der Fig. 1 ist ein Kontaktsystem eines Schnellschalters stark vereinfacht dargestellt. An einer Stromschiene 1 ist ein Festkontakt 2 befestigt. Im eingeschalteten Zustand wird auf den Festkontakt 2 ein bewegliches Kontaktstück 3 gepresst, welches mit einem Ende einer beweglichen Kontaktbrücke 4 verbunden ist. Die bewegliche Kontaktbrücke 4 ist mit ihrem anderen Ende drehbar in einem für die Stromführung geeigneten Abwälzlager 5 gelagert. Dieses Abwälzlager 5 ist in eine Stromschiene 6 eingelassen. Die bisher beschriebenen Bauelemente 1 bis 6 bilden die Hauptstrombahn des Schnellschalters. Während des Ausschaltvorganges, wenn ein zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktstück 3 brennender Lichtbogen in bekannter Weise auf Funkenhörner 8 und 9 kommutiert, wird kurzzeitig eine Nebenstrombahn 10 mit Strom beaufschlagt. Die Kontaktbrücke 4 wird dann nicht mehr mit Strom beaufschlagt und läuft ohne weitere elektrische Belastung in ihre Ausschaltstellung. Sobald der Lichtbogen, der in bekannter Weise von den Funkenhörnern 8, 9 auf eine Vielzahl nicht dargestellter Löschbleche überspringt, erlischt, ist die Stromführung durch den Schnellschalter definitiv unterbrochen. Zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktstück 3 steht dann die wiederkehrende Spannung an.
  • Die Kontaktbrücke 4 weist einen in Richtung ihrer Längsachse erstreckten Durchbruch 12 auf. Seitenwände dieses Durchbruchs 12 tragen eine Achse 13 auf welcher eine zylindrisch ausgebildete Rolle 14 drehbar gelagert ist. Die Achse 13 und die Rolle 14 weisen eine gemeinsame Mittelachse auf, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kontaktbrücke 4 verläuft. Im eingeschalteten Zustand der Kontaktbrücke 4 ruht die Rolle 14 auf einer Klinkenstange 15, deren der Rolle 14 zugewandte Stirnseite als zumindest teilweise der Rollenkontur angepasste Kulisse 16 ausgebildet ist. Das der Rolle abgewandte Ende der Klinkenstange 15 ist drehbar in einem Isolierteil 17 gelagert. Ein Verbindungsstück 18 verbindet das Isolierteil 17 mit einer nicht dargestellten, prinzipiell bekannten Ein- und Ausschaltvorrichtung. Eine Feder 19, die sich auf einen Support 20 aus Isoliermaterial abstützt, drückt die Klinkenstange 15 nach oben gegen die Rolle 14. Die Ein- und Ausschaltvorrichtung wirkt über die Klinkenstange 15 auf die Rolle 14 und damit auf die Kontaktbrücke 4 ein. Im eingeschalteten Zustand bringt sie auch die Kontaktkraft zwischen dem Festkontakt 2 und dem Kontaktstück 3 auf, etwaiger Kontaktabbrand wird dabei automatisch ausgeglichen.
  • Die Kräfte welche in Einschaltrichtung auf die Kontaktbrücke 4 wirken, werden durch die Ein- und Ausschaltvorrichtung aufgebracht. Für eine normale, betriebsbedingte Ausschaltung, wird die Kraft in Einschaltrichtung aufgehoben und eine Ausschaltfeder 22, welche direkt auf die Kontaktbrücke 4 einwirkt, zieht dieselbe in deren Ausschaltstellung. Die Ausschaltfeder 22 ist mindestens einseitig isoliert aufgehängt, um Streuströme durch die Ausschaltfeder zu vermeiden. Wenn sehr grosse Ströme, beispielsweise Kurzschlussströme, abzuschalten sind, so muss der Abschaltvorgang beschleunigt werden. Ein zusätzlicher Auslöser 25, beispielsweise ein Magnet, der durch den hohen Strom direkt angeregt wird, wirkt mittels einer Klinke 26 auf das Ende 27 der Klinkenstange 15, welches durch den Durchbruch 12 ragt, ein. Dabei wird die Klinkenstange 15 nach unten gedrückt und die Rolle 14 rollt entlang der Kulisse 16 in Ausschaltrichtung. Die Verklinkung zwischen Rolle 14 und Klinkenstange 15 wird auf diese Weise sehr schnell gelöst.
  • Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Verklinkung sei zunächst die Fig. 2 näher betrachtet. Die als Kulisse 16 ausgebildete Stirnseite der Klinkenstange 15 ist teilweise der Rollenkontur angepasst. Ab einem Punkt A geht der der Rollenkontur angepasste Teil der Kulisse 16 in einen tangential zur Rolle 14 verlaufenden Abschnitt über. Die Kulisse 16 ist so ausgebildet, dass im eingeschalteten Zustand der Kontaktbrücke 4 die Rolle 14 beaufschlagende Reibungskräfte kompensiert sind. Der tangential zur Rolle 14 verlaufende Abschnitt der Kulisse 16 ist gegenüber der Einschaltrichtung um einen Winkel 90°-α geneigt. Die Einschaltrichtung wird durch einen Pfeil 28 angedeutet. Der Winkel α selbst ist als Winkel zwischen der Einschaltrichtung und der Verbindungslinie 29, die den Punkt A mit dem Mittelpunkt Z der Achse 13 verbindet, definiert. Der gleiche Winkel α tritt auch auf als Winkel zwischen dem tangential zur Rolle 14 verlaufenden Abschnitt der Kulisse 16 und einer senkrecht zur Einschaltrichtung der Klinkenstange 15 verlaufenden Linie. Der tangential zur Rolle 14 verlaufende Abschnitt der Kulisse 16 muss nicht bis zur Oberkante der Klinkenstange 15 gerade verlaufen, er kann auch, wie durch eine gestrichelte Linie 30 angedeutet, etwas abgerundet werden, um das Ablaufen der Rolle 14 zu erleichtern.
  • Aus Fig. 3 sind die wesentlichen Kräfte ersichtlich, die im Punkt A zwischen Rolle 14 und Klinkenstange 15 wirksam sind. Eine Kraft P₁ wirkt in Einschaltrichtung, sie wird durch die Ein- und Ausschaltvorrichtung aufgebracht. Diese Kraft P₁ kann in bekannter Weise in ihre Komponenten P₂ und P₃ zerlegt werden. Die Komponente P₂ wirkt in Richtung auf den Mittelpunkt Z der Achse 13 und die Komponente P₃, die durch die Beziehung P₃ = P₁ · sinα
    Figure imgb0001
     dargestellt werden kann, senkrecht zur Komponente P₂. Die Komponente P₃ kann parallel verschoben werden, bis ihre Wirkungsrichtung mit der Richtung des tangential verlaufenden Abschnitts der Kulisse 16 zusammenfällt. Sie wirkt dann von oben her auf den Punkt A ein. Dieser Kraftkomponente P₃ wirkt eine genau gleich grosse Kraft P₄ auf der gleichen Achse entgegen. Diese Kraft P₄ ist die Summe der Reibungskräfte, die in dem System Achse 13, Rolle 14 und Kulisse 16 auftreten.
  • Dabei ist die Reibungskraft P₄₁, die zwischen Rolle 14 und Kulisse 16 auftritt durch die Beziehung P₄₁ = P₁ · cosα · C₆
    Figure imgb0002
     bestimmt, wobei C₆ der Reibungskoeffizient zwischen Rolle 14 und Kulisse 16 ist. Die Reibungskraft zwischen Achse 13 und Rolle 14 wird im Verhältnis des Radius R₁ der Achse 13 zum Radius R₂ der Rolle 14 verkleinert. Im Punkt A wirkt von dieser letzteren Reibungskraft die Komponente
    Figure imgb0003
  • Die Kraft P₄ ist durch die Beiehung P₄ = P₄₁ + P₄₂
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005
     bestimmt.
  • Werden die Komponente P₃ und die Kraft P₄ einander gleichgesetzt, so ergibt sich daraus für die Bemessung des Winkels α folgende Gleichung:
    Figure imgb0006
  • Die Rolle 14 kann eine äussere Lauffläche aufweisen, in die eine rillenförmige Ausnehmung eingelassen ist. Diese Ausnehmung dient als Führung für die Stirnseite der Klinkenstange 15. Ein seitliches Abrutschen der Klinkenstange 15 von der Rolle 14 wird dadurch vermieden. Ebenso wird dadurch ein Verkanten der beiden Teile vermieden. Ferner ist es möglich die Stirnseite der Klinkenstange 15 der Form der Ausnehmung der Rolle 14 anzugleichen, um eine noch bessere Führung zu erhalten.

Claims (3)

  1. Verklinkung für einen Schnellschalter, mit einer in einer beweglichen Kontaktbrücke (4) drehbar auf einer Achse (13) gelagerten Rolle (14), mit einer in Einschaltrichtung auf die Rolle (14) einwirkenden, drehbar gelagerten Klinkenstange (15), deren der Rolle (14) zugewandte Stirnseite als zumindest teilweise der Rollenkontur angepasste Kulisse (16) ausgebildet ist, mit einer die Kontaktbrücke (4) in Ausschaltrichtung beaufschlagenden Kraft, die insbesondere durch ein Federelement (22) aufgebracht wird, mit einem auf die Klinkentstange (15) einwirkenden Auslöser (25), dadurch gekennzeichnet,

       dass die Kulisse (16) so ausgebildet ist, dass im eingeschalteten Zustand der Kontaktbrücke (4) die Rolle (14) beaufschlagende Reibungskräfte kompensiert sind, was dadurch erreicht wird, dass der der Rollenkontur angepasste Teil der Kulisse (16) in einen tangential zur Rolle (14) verlaufenden Abschnitt übergeht, und dass der tangential zur Rolle (14) verlaufende Abschnitt der Kulisse (16) gegenüber der Einschaltrichtung um einen Winkel 90°-α geneigt ist, wobei der Winkel α wie folgt bemessen ist:
    Figure imgb0007
        dabei ist C₅ der Reibungskoeffizient zwischen Achse (13) und Rolle (14), C₆ der Reibungskoeffizient zwischen Rolle (14) und Kulisse (16), R₁ der Radius der Achse (13) und R₂ der Radius der Rolle (14).
  2. Verklinkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
       dass die Lauffläche der Rolle (14) eine als Führung für die Stirnseite der Klinkenstange (15) dienende Ausnehmung aufweist.
  3. Verklinkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
       dass die Stirnseite der Klinkenstange (15) der Form der Ausnehmung angeglichen ist.
EP88110748A 1987-07-22 1988-07-06 Verklinkung für einen Schnellschalter Expired - Lifetime EP0300270B1 (de)

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EP0300270A1 EP0300270A1 (de) 1989-01-25
EP0300270B1 true EP0300270B1 (de) 1993-01-20

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KR (1) KR970004395B1 (de)
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