EP0346405B1 - Schaltanordnung zum steuern der helligkeit einer lampe - Google Patents

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EP0346405B1
EP0346405B1 EP88909090A EP88909090A EP0346405B1 EP 0346405 B1 EP0346405 B1 EP 0346405B1 EP 88909090 A EP88909090 A EP 88909090A EP 88909090 A EP88909090 A EP 88909090A EP 0346405 B1 EP0346405 B1 EP 0346405B1
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Ingo Maurer
Hermann Kowatsch
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    • H05B39/00—Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/04—Controlling
    • H05B39/08—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices
    • H05B39/083—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices by the variation-rate of light intensity
    • H05B39/085—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices by the variation-rate of light intensity by touch control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S323/00—Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/904—Touch systems

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for controlling the brightness of a lamp according to the preamble of claim 1.
  • This known circuit arrangement is not provided and also not suitable for a low-voltage lamp, for example a halogen lamp, since a corresponding low-voltage source would be required for its operation.
  • a circuit arrangement would require a large outlay and a large volume.
  • a starter and control circuit for an electric discharge lamp is known from EP-A142063.
  • the circuit comprises a ballast capacitor connected in series with the discharge lamp, a preheating ballast capacitor connected in parallel with the discharge lamp, and a power supply unit for supplying electrical power to the ballast capacitors, which is operated by an oscillator circuit via a transformer .
  • the oscillator circuit is fed by a mains voltage rectified by means of two rectifiers.
  • EP-A-202579 relates to a power supply circuit for a special type of load which has a reverse blocking characteristic, as is the case with a magnetron.
  • the power supply circuit of the magnetron comprises a transformer, the secondary side of which is connected in parallel to the magnetron and a parallel capacitor.
  • the invention has for its object to develop a generic circuit arrangement for switching on and off and controlling the brightness of a lamp so that it can be used to control low-voltage lamps.
  • an AC mains voltage N of, for example, 220 V is fed via a fuse SI to a rectifier GL, which is designed in particular as a full-wave rectifier.
  • the mains AC voltage N is supplied via a phase connection PH and a neutral connection NU.
  • the rectifier GL rectifies the mains AC voltage N and generates a first DC voltage G1, which is supplied to a transformer circuit having a primary part P and a secondary part S, which is designed as a half-bridge converter.
  • the primary part P has a primary winding PW which is magnetically coupled to a secondary winding SW of the secondary part S.
  • a low-voltage lamp L in particular a halogen lamp, is connected to the secondary winding SW. This lamp L lights up as soon as a corresponding voltage is induced in the secondary winding SW and a current I flows through the lamp L.
  • the primary part P is controlled by a control unit ST, to which a sensor SE is connected.
  • a control unit ST is generally known and is commercially available, for example, under the designation S 576A (Siemens).
  • the sensor SE is preferably connected to the secondary part S and attached to the lamp.
  • a small current S1 flows from, for example, approximately 200 ⁇ A of rectifier GL via resistors R3, R2, R1, the lamp L and the operator BP.
  • a voltage drop across resistor R2 is evaluated by a comparator in control unit ST. This generates a brightness signal H with which the primary part P is switched on and controlled. If the operator BP touches the sensor only briefly, the lamp L is switched on.
  • the instantaneous value of the brightness signal H is changed by the control unit ST and thus the brightness of the lamp L is changed via the primary part P in accordance with a phase control, so that the brightness of the lamp L is determined by the duration of the touch.
  • the lamp L can be switched off again by briefly touching the sensor SE again.
  • the control unit ST is supplied with voltage by a second DC voltage G2 of, for example, 15 V, which is generated from the pulsating DC voltage G1, which is the Control unit ST is supplied via the resistor R3 connected between points A and B.
  • the sensor SE is controlled via the further resistor R2 connected between the point B and a point C and the resistor R1 connected between the point C and a point D.
  • the control unit ST is connected on the one hand to a ground point MP, to which the rectifier GL and the primary part P are also connected, and on the other hand the control unit ST is also connected to a protective conductor SL of the mains AC voltage N or to the neutral conductor NU.
  • the protective conductor SL or the neutral conductor NU serve as the reference voltage for the synchronization of the control unit ST through the zero crossings of the AC line voltage N.
  • synchronizing via the protective conductor SL it is not important how the mains plug is inserted.
  • it is necessary to have a protective conductor SL which is not the case in all countries.
  • the neutral conductor NU it is important that the mains plug is inserted in the correct direction, so that it is ensured that the control unit ST is connected to the neutral conductor NU and not to the phase connection PH.
  • circuit arrangement Further details of the circuit arrangement are described below together with the circuit diagram shown in FIG. 2 and the time diagrams shown in FIG. 3, in which the time t in the abscissa direction and the instantaneous values of signals at different points in FIG. 2 in the ordinate direction Circuit arrangement are shown.
  • the rectifier GL generates the pulsating direct voltage G1 from the mains alternating voltage N supplied via the fuse SI, which has a peak value at point A of approximately 310 V, based on the ground point MP.
  • This pulsating DC voltage G1 at point A is shown at the top in FIG. 3.
  • This DC voltage G1 ' contains only one half-wave of the AC mains voltage N.
  • the DC voltage G1 is on the one hand to the primary part P and on the other hand via the resistor R3 to a Zener diode Z, which generates the DC voltage G2 at point B as the operating voltage for the control unit ST.
  • a smoothing capacitor C1 is connected in parallel with the Zener diode Z. According to FIG. 3, the DC voltage G2 at point B is a smoothed DC voltage of, for example, 15 V.
  • the transformer circuit is designed in a known manner as a half-bridge converter and generates the high-frequency oscillation HF with a frequency of, for example, 40 kHz in the primary part P, and the high-frequency oscillation is modulated by the pulsating DC voltage G1.
  • This vibration HF is shown in FIG. 2. It generates in the secondary winding SW at point D a high-frequency oscillation S2 ′′′ shown in FIGS. 2 and 3 with an amplitude of, for example, + - 17 V, based on a secondary ground point SM.
  • This vibration S2 ′′′ causes a current I through the lamp L so that it lights up according to the desired brightness.
  • Point D has the voltage curve S2 ⁇ , likewise shown in FIG. 3, with an amplitude of approximately -150 V, based on the DC voltage G2 at point B.
  • the control unit ST With the occurrence of the voltage S1 ⁇ , the control unit ST outputs a signal to a transistor T, which controls it in a conductive manner and generates the brightness signal H in order to switch on the electronic transformer, which is represented schematically by a switch in the primary part P.
  • the high-frequency oscillation HS is thus generated in the primary part P and the current I flows for the operation of the lamp L in the secondary part S.
  • the protective conductor SL or the neutral conductor NU is used, as shown in dashed lines, the AC line voltage N.
  • the protective conductor SL or the neutral conductor NU is connected to the control unit ST via a resistor R4.
  • the connection point of the resistor R4 to the control unit ST is connected to the DC voltage G2 via a capacitor C2.
  • the control unit ST is connected to the DC voltage G2 via a capacitor C3 which eliminates high-frequency interference. This capacitor C3 defines the internal time base of the control unit ST.
  • the lamp L burns with a predetermined brightness. If the operator BP now touches the sensor SE for a long time, the instantaneous value of the brightness signal H changes and the brightness of the lamp L is thus controlled in accordance with a phase control. Lamp L is switched off by briefly touching it again. Then the transformer T is blocked and the transformer circuit is switched off again.

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Helligkeit einer Lampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es ist bereits bekannt, die Hellingkeit einer Lampe in einer an einer Netzwechselspannung angeschlossenen Leuchte durch das Berühren eines als Sensor dienenden elektrisch leitenden Teils der Leuchte oder der Lampe zu steuern (DE-Zeitschrift "Funk-Technik", Band 37, Heft 5, 1982, Seite 192). Bei einem kurzen ersten Berühren des Sensors wird die Lampe eingeschaltet. Durch ein längeres Berühren des Sensors kann die Helligkeit der Lampe im Bedarfsfall verändert werden. Das Ausschalten der Lampe erfolgt durch ein weiteres kurzes Berühren des Sensors. Diese bekannte Schaltungsanordnung weist eine Lampe auf, die über einen Triac an einer Netzwechselspannung angeschlossen ist. Eine Steuereinheit, an der der Sensor angeschlossen ist, gibt ein Helligkeitssignal an der Triac ab. Mit dem Helligkeitssignal wird der Triac eingeschaltet, ausgeschaltet oder entsprechend der gewünschten Helligkeit der Lampe leitend gesteuert. Die Helligkeitssteuerung der Lampe erfolgt dabei entsprechend einer Phasenschnittsteuerung, die durch den Momentanwert des Helligkeitssignals gesteuert wird.
  • Für eine Niedervoltlampe, beispielsweise eine Halogenlampe, ist diese bekannte Schaltungsanordnung nicht vorgesehen und auch nicht geeignet, da zu ihrem Betrieb eine entsprechende Niederspannungsquelle erforderlich wäre. Insbesondere bei Verwendung eines üblichen Transformators für die Erzeugung der entsprechenden Niederspannungsquelle würde eine derartige Schaltungsanordnung einen großen Aufwand und ein großes Volumen erfordern.
  • Aus der EP-A142063 ist eine Starter- und Steuerschaltung für eine elektrische Entladungslampe bekannt. Die Schaltung umfaßt einen Ballast-Kondensator in Serienschaltung zu der Entladungslampe, einen Vorheiz-Ballast-Kondensator, der parallel zu der Entladungslampe geschaltet ist, und eine Leistungsversorgungseinheit zum Zuführen elektrischer Leistung zu den Ballast-Kondensatoren, die von einer Oszillatorschaltung über einen Transformator betrieben wird. Die Oszillatorschaltung wird von einer mittels zwei Gleichrichtern gleichgerichteten Netzspannung gespeist.
  • Die EP-A-202579 betrifft eine Leistungsversorgungsschaltung für eine spezielle Art einer Last, die eine rückwärts blockierende Charakteristik hat, wie dies bei einem Magnetron der Fall ist. Die Leistungsversorgungsschaltung des Magnetrons umfaßt einen Transformator, dessen Sekundärseite in Parallelschaltung an dem Magnetron sowie einem Parallel-Kondensator liegt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ein- und Ausschalten und Steuern der Helligkeit einer Lampe so weiterzubilden, daß mit ihr Niedervolt-Lampen angesteuert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung;
    Fig. 2
    ein vereinfachtes Schaltbild der Schaltungsanordnung; und
    Fig. 3
    Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird eine Netzwechselspannung N von beispielsweise 220 V über eine Sicherung SI einem Gleichrichter GL zugeführt, der insbesondere als ein Doppelweggleichrichter ausgebildet ist. Die Netzwechselspannung N wird über einen Phasenanschluß PH und einen Null-Leiteranschluß NU zugeführt. Der Gleichrichter GL richtet die Netzwechselspannung N gleich und erzeugt eine erste Gleichspannung G1, die einer einen Primärteil P und einen Sekundärteil S aufweisende Transformatorschaltung zugeführt wird, die als ein Halbbrückenwandler ausgebildet ist. Der Primärteil P weist eine Primärwicklung PW auf die mit einer Sekundärwicklung SW des Sekundärteils S magnetisch gekoppelt ist. An der Sekundärwicklung SW ist eine Niedervoltlampe L, insbesondere eine Halogenlampe, angeschlossen. Diese Lampe L leuchtet, sobald in der Sekundärwicklung SW eine entsprechende Spannung induziert wird und durch die Lampe L ein Strom I fließt.
  • Die Steuerung des Primärteils P erfolgt durch eine Steuereinheit ST, an der ein Sensor SE angeschlossen ist. Eine derartige Steuereinheit ST ist allgemein bekannt und beispielsweise unter der Bezeichnung S 576A (Siemens) im Handel erhältlich. Der Sensor SE ist vorzugsweise mit dem Sekundärteil S verbunden und an der Leuchte angebracht. Beim Berühren des Sensors SE durch eine Bedienperson BP fließt ein kleiner Strom S1 von der beispielsweise ca. 200 µA von Gleichrichter GL über Widerstände R3, R2, R1, die Lampe L und die Bedienperson BP. Ein Spannungsabfall am Widerstand R2 wird durch einen Komparator in der Steuereinheit ST ausgewertet. Diese erzeugt ein Helligkeitssignal H, mit dem der Primärteil P eingeschaltet und gesteuert wird. Wenn die Bedienperson BP den Sensor nur kurz berührt, wird die Lampe L eingeschaltet. Bei längerem Berühren wird der Momentanwert des Helligkeitssignals H durch die Steuereinheit ST verändert und damit wird über den Primärteil P die Helligkeit der Lampe L entsprechend einer Phasenanschnittsteuerung verändert, so daß die Helligkeit der Lampe L durch die Dauer der Berührung festgelegt wird. Durch ein weiteres kurzes Berühren des Sensors SE kann die Lampe L wieder ausgeschaltet werden.
  • Die Spannungsversorgung der Steuereinheit ST erfolgt durch eine zweite Gleichspannung G2 von beispielsweise 15 V, die aus der pulsierenden Gleichspannung G1 erzeugt wird, die der Steuereinheit ST über den zwischen Punkten A und B angeschlossenen Widerstand R3 zugeführt wird. Über den zwischen dem Punkt B und einem Punkt C angeschlossenen weiteren Widerstand R2 und den zwischen dem Punkt C und einem Punkt D angeschlossenen Widerstand R1 wird der Sensor SE angesteuert. Die Steuereinheit ST ist einerseits mit einem Massepunkt MP verbunden, an dem auch der Gleichrichter GL und der Primärteil P angeschlossen sind, und andererseits ist die Steuereinheit ST auch an einem Schutzleiter SL der Netzwechselspannung N angeschlossen oder mit den Nulleiter NU verbunden. Der Schutzleiter SL oder der Nulleiter NU dienen als Bezugsspannung für die Synchronisation der Steuereinheit ST durch die Nulldurchgänge der Netzwechselspannung N. Bei einer Synchronisation über den Schutzleiter SL kommt es nicht darauf an, wie der Netzstecker eingesteckt ist. Es ist jedoch erforderlich, daß ein Schutzleiter SL vorhanden ist, was nicht in allen Ländern gegeben ist. Bei einer Synchronisation über den Nulleiter NU ist es jedoch wichtig, daß der Netzstecker in der richtigen Richtung eingesteckt ist, so daß sichergestellt ist, daß die Steuereinheit ST mit dem Nulleiter NU und nicht mit dem Phasenanschluß PH verbunden ist.
  • Weitere Einzelheiten der Schaltungsanordnung werden im folgenden zusammen mit dem in Fig. 2 dargestellten Schaltbild und den in Fig. 3 dargestellten Zeitdiagrammen beschrieben, bei denen in Abszissenrichtung jeweils die Zeit t und in Ordinatenrichtung die Momentanwerte von Signalen an verschiedenen Punkten der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung gezeigt sind.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung erzeugt der Gleichrichter GL aus der über die Sicherung SI zugeführten Netzwechselspannung N die pulsierende Gleichspannung G1, die am Punkt A einen Spitzenwert von etwa 310 V, bezogen auf den Massepunkt MP, aufweist. Diese pulsierende Gleichspannung G1 an dem Punkt A ist in Fig. 3 oben dargestellt. Bezogen auf Erde oder auf den Schutzleiter SL ergibt sich die pulsierende Gleichspannung G1′, wie sie ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Gleichspannung G1′ beinhaltet nur jeweils eine Halbwelle der Netzwechselspannung N. Die Gleichspannung G1 liegt einerseits an dem Primärteil P und andererseits über den Widerstand R3 an einer Zenerdiode Z an, die die Gleichspannung G2 am Punkt B als Betriebsspannung für die Steuereinheit ST erzeugt. Parallel zu der Zenerdiode Z ist ein Glättungskondensator C1 geschaltet. Die Gleichspannung G2 am Punkt B ist entsprechend Fig. 3, bezogen auf den Massenpunkt MP, eine geglättete Gleichspannung von beispielsweise 15 V.
  • Die Transformatorschaltung ist in bekannter Weise als ein Halbbrückenwandler ausgebildet und erzeugt im Primärteil P die hochfrequente Schwingung HF mit einer Frequenz von beispielsweise 40 kHz, und die hochfrequente Schwingung ist durch die pulsierende Gleichspannung G1 moduliert. Diese Schwingung HF ist in Fig. 2 dargestellt. Sie erzeugt in der Sekundärwicklung SW am Punkt D eine in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte hochfrequente Schwingung S2‴ mit einer Amplitude von beispielsweise +- 17 V, bezogen auf einen sekundären Massepunkt SM. Diese Schwingung S2‴ bewirkt einen Strom I durch die Lampe L, so daß diese entsprechend der gewünschten Helligkeit leuchtet.
  • Das Einschalten der Lampe L erfolgt durch Berühren des Sensors SE durch die Bedienperson BP. Der Punkt D weist dann den in Fig. 3 ebenfalls dargestellten Spannungsverlauf S2˝ mit einer Amplitude von etwa -150 V, bezogen auf die Gleichspannung G2 am Punkt B, auf. Über den Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2 wird am Punkt C eine Spannung S1˝ mit einer Amplitude von etsa -15V, bezogen auf die Gleichspannung G2, erzeugt.
  • Mit dem Auftreten der Spannung S1˝ gibt die Steuereinheit ST an einen Transistor T ein Signal ab, das diesen leitend steuert und das Helligkeitssignal H erzeugt, um den elektronischen Transformator einzuschalten, was schematisch durch einen Schalter im Primärteil P dargestellt ist. Damit wird im Primärteil P die hochfrequente Schwingung HS erzeugt und im Sekundärteil S fließt der Strom I für den Betrieb der Lampe L.
  • Zur Gewinnung des Synchronisationssignals für die Steuereinheit ST aus den Nulldurchgängen dient der Schutzleiter SL oder der Nulleiter NU, wie es gestrichelt dargestellt ist der Netzwechselspannung N. Der Schutzleiter SL bzw. der Nulleiter NU ist über einen Widerstand R4 an der Steuereinheit ST angeschlossen. Außerdem liegt der Anschlußpunkt des Widerstands R4 an der Steuereinheit ST über einen Kondensator C2 an der Gleichspannung G2 an. Weiterhin ist die Steuereinheit ST über einen hochfrequenten Störungen beseitigenden Kondensator C3 an der Gleichspannung G2 angeschlossen. Dieser Kondensator C3 legt die interne Zeitbasis der Steuereinheit ST fest.
  • Nach dem Einschalten brennt die Lampe L mit einer vorgegebenen Helligkeit. Falls nun die Bedienperson BP den Sensor SE längere Zeit berührt, verändert sich der Momentanwert des Helligkeitssignals H und damit wird entsprechend einer Phasenanschnittsteuerung die Helligkeit der Lampe L gesteuert. Das Ausschalten der Lampe L erfolgt durch ein erneutes kurzes Berühren. Dann wird der Transformator T gesperrt und die Transformatorschaltung wieder ausgeschaltet.

Claims (3)

  1. Schaltungsanordnung zum Steuern der Helligkeit einer Lampe (L) in einer an eine Netzwechselspannung angeschlossenen Leuchte, bei der sowohl das Einschalten der Lampe als auch das Steuere der Helligkeit durch Berühren einer Sensoreinrichtung (SE) erfolgt, und die eine Steuereinheit (ST) aufweist, an die die Sensoreinrichtung angeschlossen ist, und die ein Steuersignal (H) zum Ein- und Ausschalten der Lampe sowie für deren Helligkeitssteuerung nach Art einer Phasenanschnittsteuerung, erzeugt
    gekennzeichnet durch
    - einen Gleichrichter (GL), an den eingangsseitig die Netzwechselspannung anliegt und der mit einem seiner Ausgangsanschlüsse mit einem Bezugsspannungsanschluß (MP) der Steuereinheit (ST) verbunden ist;
    - eine Hochfrequenz-Halbbrückenwandler-TransformatorSchaltung, deren Primärteil (PW) einerseits mit dem anderen Ausgangsanschluß (A) des Gleichrichters (GL) und andererseits über eine Schaltereinrichtung (P) die durch das Steuersignal (H) von der Steuereinheit (ST) gesteuert wird, mit dem Bezugsspannungsanschluß (MP) verbindbar ist, so daß die in dem Primärteil (PW) der Hochfrequenz-Halbbrückenwandler-Transformator-Schaltung erzeugte Hochfrequenzschwingung entsprechend der gleichgerichteten Netzspannung moduliert ist, und deren Sekundärteil (SW) an die als Niedervoltlampe ausgebildete Lampe (L) angeschlossen ist;
    - eine Gleichspannungserzeugungs-Schaltung (R3, C1, Z) zum Erzeugen einer auf das Potential des Bezugsspannungsanschlusses (MP) bezogenen Gleichspannung an einem Anschlußpunkt (B); und
    - wobei die Sensoreinrichtung (SE) einerseits mit einem Pol der Niederspannungslampe (L) verbunden ist und andererseits mit dem Anschlußpunkt (B) der Gleichspannungserzeugungs-Schaltung (R3, C1, Z) sowie mit einem Steuereingang (C) der Steuereinrichtung (ST) in Wirkverbindung steht, um auf eine Berührung durch die Bedienungsperson hin eine Potentialänderung an dem Steuereingang (C) der Steuereinrichtung (ST) zu bewirken.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sensoreinrichtung (SE) über einen ersten hochohmigen Widerstand (R1) an den Steuereingang (C) der Steuereinheit (ST) angeschlossen ist, der seinerseits über einen zweiten hochohmigen Widerstand (R2) mit dem Anschlußpunkt (B) der Gleichspannungserzeugungs-Schaltung (R3, C1, Z) verbunden ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bezugsspannungsanschluß (MP) der Schaltungsanordnung eine Spannung gegenüber dem Schutzleiter oder dem Null-Leiter hat, welche einer der beiden Halbwellen der Netzwechselspannung (N) entspricht.
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DE3736222 1987-10-26

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EP0346405A1 EP0346405A1 (de) 1989-12-20
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