EP0463127B1 - Anordnung zur feststellung eines objektes mittels körperschall, sowie deren verwendung - Google Patents

Anordnung zur feststellung eines objektes mittels körperschall, sowie deren verwendung Download PDF

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EP0463127B1
EP0463127B1 EP91900710A EP91900710A EP0463127B1 EP 0463127 B1 EP0463127 B1 EP 0463127B1 EP 91900710 A EP91900710 A EP 91900710A EP 91900710 A EP91900710 A EP 91900710A EP 0463127 B1 EP0463127 B1 EP 0463127B1
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sound
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signal
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L29/00—Safety means for rail/road crossing traffic
    • B61L29/24—Means for warning road traffic that a gate is closed or closing, or that rail traffic is approaching, e.g. for visible or audible warning
    • B61L29/28—Means for warning road traffic that a gate is closed or closing, or that rail traffic is approaching, e.g. for visible or audible warning electrically operated
    • B61L29/32—Timing, e.g. advance warning of approaching train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or vehicle train, e.g. pedals
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/06—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts actuated by deformation of rail; actuated by vibration in rail
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L29/00—Safety means for rail/road crossing traffic
    • B61L29/08—Operation of gates; Combined operation of gates and signals
    • B61L29/18—Operation by approaching rail vehicle or rail vehicle train
    • B61L29/22—Operation by approaching rail vehicle or rail vehicle train electrically
    • B61L29/222—Operation by approaching rail vehicle or rail vehicle train electrically using conductor circuits with separate contacts or conductors
    • B61L29/224—Operation by approaching rail vehicle or rail vehicle train electrically using conductor circuits with separate contacts or conductors using rail contacts

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for detecting an object with a structure-borne sound sensor for detecting the structure-borne noise generated by the object and transmitted to the sensor in a sound-conducting medium, and with an evaluation circuit which receives an output signal from the sensor and emits a warning signal when this output signal is predetermined Criteria met, as well as the use of this arrangement for the detection of an approaching vehicle.
  • the object of the invention is to further develop the above-mentioned arrangements for the detection of an object by means of the structure-borne noise generated by the object in such a way that even an object with a steadily increasing or decreasing intensity of the structure-borne noise generated is signaled reliably in any case and also in the presence of other interference vibrations.
  • the evaluation circuit checks the intensity periodically at regular time intervals by means of a comparator and triggers a warning signal, and if the warning signal is held until the intensity has dropped below the predetermined threshold value.
  • a warning signal is triggered when the intensity of the structure-borne noise has successively passed the two threshold values in a specific frequency range at predetermined time intervals, which is an unmistakable sign for an object with a continuously increasing intensity of the structure-borne noise generated.
  • Such an arrangement can advantageously be used, for example, for the detection of an approaching vehicle.
  • a rail vehicle e.g. a train or a locomotive on a track
  • the structure-borne noise transducers are attached to the rails and register the structure-borne noise generated by the train and transmitted via the rails to the measuring location, the intensity of which increases steadily as a train approaches.
  • the special signal evaluation ensures that a warning signal is triggered with the greatest possible certainty, even if there are disturbing noises, but that a certain selectivity is nevertheless guaranteed, so that an accident with generally catastrophic consequences can be avoided with greater certainty than if one relies on frequently unreliable human observation, especially under unfavorable weather conditions, such as fog, or in the event of fatigue or other misconduct on the part of the security guards.
  • FIG. 1 shows an arrangement for the detection of an object in the form of a train 2 approaching a track construction site B on a track 1.
  • the train 2 or the locomotive generates a characteristic structure-borne noise in the rails 1, which is transmitted from the train 2 to the construction site B via the rails as a sound-conducting medium at the speed of sound, ie at a few km / sec.
  • a structure-borne noise sensor 3 is attached to one or both rails, that is, in good sound-conducting contact. It is expedient to provide a sound pickup with a piezoelectric acoustic / electrical transducer, or a structure-borne sound pickup of another known design. This sensor 3 gives an electrical Output signal from which is fed to a signal evaluation circuit C.
  • the evaluation circuit C has, at its input, a frequency element 4 which has a frequency passband which is adapted to the frequency spectrum of a moving train and is preferably selected in the kHz range.
  • the output signal is then fed to a time discriminator 5, which is controlled by a clock generator 6.
  • the time discriminator generates two output signals for the intensity of the structure-borne noise recorded in the selected frequency range at two different times. These two signals, which are time-shifted with respect to one another, are applied to the inputs of a comparator 7, which continuously compares the intensities of two successive signal intensities with one another and sends a signal to a warning device 8 as soon as the two intensities differ by a predetermined amount.
  • This can be the triggering or activation of a warning signal for the construction team if the intensity when a train approaches a certain level has risen, or to reset or switch off the warning signal when the intensity drops when a train moves away.
  • FIG. 2 shows an example of a functional diagram of the evaluation circuit C.
  • the curve shows the time course of the intensity S of the output signal of the sensor 3 in the selected frequency range.
  • the comparator 7 of the evaluation circuit compares the intensities at successive times t1, t2, t3 ... etc., and in particular determines whether a predetermined threshold value T has been gradually exceeded between two times.
  • the threshold value T was exceeded briefly between the measuring times t1 and t2, for example as a result of a brief action such as a blow to the rail, but the intensity for both measuring times is below the threshold value, so that no warning signal is triggered in this case .
  • the intensity gradually increases and crosses the threshold value T between t2 and t3.
  • a warning signal is triggered at t3, which signals an approaching train.
  • the warning signal is held, even if it should briefly drop below the threshold T again, as shown between t4 and t5. Only when the intensity gradually decreases, as shown between t6 and t7, is the warning signal reset, as a sign that the train has left again.
  • FIG. 3 shows an advantageous development of the invention using an analog functional diagram.
  • Two staggered threshold values T1 and T2 are provided for the intensity S. As long as the intensity remains below the lower threshold T1, there is no reaction.
  • a prewarning signal is triggered first, e.g. a warning device activated and made ready for operation. If the intensity drops below the threshold T1 at time t4, the prewarning signal is reset until it e.g. is activated again at time t5 as a result of the threshold being exceeded again. If the intensity then increases further beyond the upper threshold T2, e.g. at the measurement time t6, the main warning signal is triggered at this point in time and thus signals the approach of a train.
  • the evaluation circuit C can also be constructed differently within the scope of the inventive concept. In order to perform its function, it must be set up to signal a predetermined increase (or decrease) in the output signal of the structure-borne noise sensor in a predetermined period.
  • the evaluation can also advantageously be carried out using a microprocessor. Instead of digital, the evaluation can also be carried out analog. For example, when a lower threshold T1 is exceeded, the discriminator 5 can activate a time switch which, after a predetermined delay time has elapsed, causes the discriminator to check whether the signal has exceeded the upper threshold T2 at this point in time or exceeds this threshold T2 within a certain time window .
  • the invention can also be used for the detection of other objects, provided that they cause structure-borne noise with a continuously increasing intensity at a remote measuring location, e.g. for signaling the approach of road vehicles, e.g. Tracked vehicles to a specific location by detecting ground vibrations and triggering appropriate measures.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feststellung eines Objektes mit einem Körperschall-Aufnehmer zur Detektion des vom Objekt erzeugten und in einem schallleitenden Medium zum Aufnehmer übertragenen Körperschalles , und mit einer Auswerteschaltung, welche vom Aufnehmer ein Ausgangssignal empfängt und ein Warnsignal abgibt, wenn dieses Ausgangssignal vorgegebene Kriterien erfüllt, sowie eine Verwendung dieser Anordnung zur Feststellung eines herannahenden Fahrzeuges.
  • Eine derartige Anordnung und Verwendung ist aus EP-A-0 024 978 bekannt.
  • Aus CH-A-643 078 ist eine Anordnung bekannt, welche zur Feststellung eines Einbrechers beim Versuch, eine Wand oder Tresortür zu durchbrechen, dient, indem die in der Mauer, Wand oder Tür als schalleitendem Medium zum Körperschall-Aufnehmer übertragenen Körperschall-Schwingungen detektiert und von der Auswerteschaltung verarbeitet werden. Die Signal-Auswertung bei dieser Anordnung erfolgt so, dass die bei einem Einbruchversuch auftretenden Schwingungen sicher von Störschwingungen aus der Umgebung unterschieden werden und eine fehlerhafte Alarmsignalgabe vermieden wird. Hierbei wird angestrebt, eine Signalgabe so lange zu unterdrücken, bis sichergestellt ist, dass der empfangene Körperschall wirklich von einem Einbruchversuch verursacht wurde.
  • Für andere Verwendungen, bei denen beispielsweise ein Objekt, das einen Körperschall mit stetig zunehmender oder abnehmender Intensität erzeugt, auf jeden Fall signalisiert werden muss, wobei eine durch allfällige Störschwingungen verursachte kurzzeitige fehlerhafte Signalgabe durchaus zugelassen werden kann, eignen sich die genannten vorbekannten Anordnungen nur bedingt. Für derartige Fälle bevorzugte man bisher eine rein menschliche Ueberwachung, die häufig unzuverlässig ist und häufig zu schweren Unfällen führte.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die genannten Anordnungen zur Feststellung eines Objektes mittels des vom Objekt erzeugten Körperschalls derart weiterzubilden, dass auch ein Objekt mit stetig zunehmender oder abnehmender Intensität des erzeugten Körperschalls in jedem Fall und auch bei Vorliegen von anderweitigen Störschwingungen sicher signalisiert wird.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteschaltung die Intensität periodisch in regelmässigen Zeitabständen mittels eines Komparators prüft und ein Warnsignal auslöst, und wenn das Warnsignal so lange gehalten wird, bis die Intensität unter den vorgegebenen Schwellenwert abgesunken ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere Schwellenwerte vorgesehen sind, und ein Warnsignal dann ausgelöst wird, wenn die Intensität des Körperschalls in einem spezifischen Frequenzbereich in vorbestimmten Zeitabständen nacheinander die beiden Schwellenwerte durchschritten hat, was ein untrügliches Zeichen für ein Objekt mit stetig zunehmender Intensität des erzeugten Körperschalls ist.
    • Gewerbliche Anwendung
  • Eine derartige Anordnung lässt sich mit Vorteil z.B. für den Nachweis eines herannahenden Fahrzeuges verwenden. Insbesondere ist sie zum Nachweis eines Schienenfahrzeuges, z.B. eines Eisenbahnzuges oder einer Lokomotive auf einem Geleise geeignet, um z.B. eine eine Geleisebau-Equipe vor einem herannahenden Zug zu warnen oder rechtzeitig eine Barriere an einem Strassenübergang zu schliessen und wieder zu öffnen. Die Körperschall-Aufnehmer sind dabei an den Schienen angebracht und registrieren den vom Zug erzeugten und über die Schienen zum Messort übertragenen Körperschall, dessen Intensität beim Herannahen eines Zuges stetig zunimmt. Die spezielle Signalauswertung sorgt dabei dafür, dass mit grösstmöglicher Sicherheit ein Warnsignal ausgelöst wird, auch wenn Störgeräusche vorhanden sind, dass aber trotzdem eine, gewisse Selektivität gewährleistet ist, so dass ein Unfall mit in der Regel katastrophalen Folgen mit grösserer Sicherheit vermieden werden kann, als wenn man sich auf eine häufig unzuverlässige menschliche Beobachtung verlässt, insbesondere unter ungünstigen Wetterbedingungen, wie Nebel, oder bei Uebermüdung oder sonstigem Fehlverhalten des Wachpersonals.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Signalisierung eines herannahenden Zuges an einer entfernten Geleisebaustelle mit einer zugehörigen Auswerteschaltung in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 ein Funktionsdiagramm für die Signalauswertung zur Warnsignalgabe, und
    • Fig. 3 ein Funktionsdiagramm einer anderen Signalauswerteschaltung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • In Figur 1 ist eine Anordnung zur Feststellung eines Objektes in der Form eines auf einem Gleis 1 an eine Gleisbaustelle B herannahenden Zuges 2 gezeigt. Der Zug 2 oder die Lokomotive erzeugt in den Schienen 1 ein charakterisches Körperschall-Geräusch, das über die Schienen als schalleitendes Medium mit Schallgeschwindigkeit, d.h. mit einigen km/sec vom Zug 2 zur Baustelle B weitergeleitet wird. Dort ist an einer oder an beiden Schienen ein Körperschallaufnehmer 3 fest, d.h. in gutem schalleitenden Kontakt angebracht. Zweckmässig ist es, einen Schallaufnehmer mit einem piezoelektrischen akustisch/elektrischen Wandler vorzusehen, oder einen Körperschallaufnehmer anderer bekannter Ausführung. Dieser Aufnehmer 3 gibt ein elektrisches Ausgangssignal ab, das einer Signalauswerteschaltung C zugeleitet wird.
  • Die Auswerteschaltung C weist, an ihrem Eingang ein Frequenzglied 4 auf, das einen Frequenzdurchlassbereich aufweist, der an das Frequenzspektrum eines fahrenden Zuges angepasst ist und vorzugsweise im kHz-Bereich gewählt wird. Dadurch wird das von einem Zug in den Schienen erzeugte Geräusch sicher erfasst, Störgeräusche anderer Frequenz, z.B. niederfrquente Bodenerschütterungen jedoch eliminiert und von der Auswertung ferngehalten.
  • Zweckmässig ist es, den Körperschallaufnehmer 4 akustisch nach aussen zu isolieren, um die Uebertragung von Störgeräuschen über die Luft zu blockieren.
  • Das Ausgangssignal wird dann einem Zeitdiskriminator 5 zugeleitet, der von einem Taktgeber 6 angesteuert wird. Der Zeitdiskriminator erzeugt zwei Ausgangssignale für die Intensität des aufgenommenen Körperschalls in dem gewählten Frequenzbereiches zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Diese beiden gegeneinander zeitverschobenen Signale gelengen an die Eingänge eines Komparators 7, der fortlaufend die Intensitäten jeweils zweier aufeinander folgender Signalintensitäten miteinander vergleicht und an eine Warneinrichtung 8 ein Signal gibt, sobald sich die beiden Intensitäten um ein vorgegebenes Mass unterscheiden. Dabei kann es sich um die Auslösung oder Einschaltung eines Warnsignales für die Bauequipe handeln, wenn die Intensität bei Annäherung eines Zuges um, ein bestimmtes Mass angestiegen ist, oder um die Rückstellung oder Abschaltung des Warnsignales bei Absinken der Intensität bei einem sich entfernenden Zuges.
  • Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Funktionsschemas der Auswerteschaltung C. Die Kurve zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität S des Ausgangssignales des Aufnehmers 3 im gewählten Frequenzbereich. Der Komparator 7 der Auswerteschaltung vergleicht die Intensitäten zu jeweils aufeinander folgenden Zeitpunkten t1, t2, t3 ...etc., und stellt insbesondere fest, ob zwischen zwei Zeitpunkten ein vorgegebener Schwellenwert T allmählich überschritten wurde. Bei dem dargestellten Beispiel wurde zwar kurzzeitig zwischen den Messzeiten t1 und t2 der Schwellenwert T überschritten, z.B. infolge einer kurzzeitigen Einwirkung wie einem Schlag auf die Schiene, jedoch liegt die Intensität bei beiden Messzeiten unterhalb des Schwellenwertes, so dass in diesem Falle kein Warnsignal ausgelöst wird. Zwischen den Messzeiten t2 und t3 steigt jedoch die Intensität allmählich an und durchquert zwischen t2 und t3 den Schwellenwert T. In diesem Falle wird also bei t3 ein Warnsignal ausgelöst, das einen herannahenden Zug signalisiert. Solange dann die Intensität bei den folgenden Messzeiten oberhalb der Schwelle T bleibt, wird das Warnsignal gehalten, auch wenn es, wie zwischen t4 und t5 gezeigt, kurzzeitig wieder unter die Schwell T absinken sollte. Erst wenn die Intensität allmählich abnimmt, wie zwischen t6 und t7 dargestellt, wird das Warnsignal zuückgestellt, als Zeichen dafür, dass sich der Zug wieder entfernt hat.
  • Fig. 3 zeigt an Hand eines analogen Funktionsschemas eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung. Hierbei sind zwei gestaffelte Schwellenwerte T1 und T2 für die Intensität S vorgesehen. Solange die Intensität unterhalb der unteren Schwelle T1 bleibt, erfolgt keine Reaktion. Wenn zu zwei Messzeiten t1 und t2 die untere Schwelle überschritten wurde, wird zunächst ein Vorwarnsignal ausgelöst, z.B. eine Warneinrichtung aktiviert und betriebsbereit gemacht. Bei Absinken der Intensität unter die Schwelle T1 zum Zeitpunkt t4 wird das Vorwarnsignal wieder zurückgestellt, bis es z.B. zum Zeitpunkt t5 infolge abermaligen Ueberschreitens der Schwelle wiederum aktiviert wird. Erfolgt dann ein weiterer Anstieg der Intensität bis über den oberen Schwellenwert T2, z.B. zur Messzeit t6, so wird zu diesem Zeitpunkt das Hauptwarnsignal ausgelöst und damit das Herannahen eines Zuges signalisiert.
  • Die Auswerteschaltung C kann im Rahmen des Erfindungsgedankens auch anders aufgebaut sein. Um ihre Funktion zu erfüllen, muss sie eingerichtet sein, eine vorgegebene Erhöhung (oder Abnahme) des Ausgangssignals des Körperschallaufnehmers in einem vorgegebenem Zeitraum zu signalisieren. Mit Vorteil kann die Auswertung auch mit einem Mikroprozessor vorgenommen werden. Anstatt digital kann die Auswertung auch analog durchgeführt werden. Z.B. kann der Diskriminator 5 bei Ueberschreitung einer unteren Schwelle T1 einen Zeitschalter aktivieren, der nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit den Diskriminator veranlasst, zu prüfen, ob das Signal zu diesem Zeitpunkt die obere Schwelle T2 überschritten hat, oder innerhalb eines bestimmten Zeitfensters diese Schwelle T2 überschreitet.
  • Es ist auch vorteilhaft, an beiden Schienen eines Gleises je einen Körperschallaufnehmer vorzusehen, wobei die Signale beider Aufnehmer in einer Torschaltung verarbeitet werden, vorzugsweise mit einem ODER-Tor, so dass in jedem Fall ein Signal gegeben, wenn einer der Aufnehmer aus irgendeinem Grund kein Signal liefern sollt, oder aber mit einem UND-Tor, um Störungen durch zufällige Schallschwingen in nur einer Schiene zu eliminieren.
  • Es sei bemerkt, dass sich die Erfindung auch zur Feststellung anderer Objekte verwenden lässt, sofern diese an einem enfernten Messort Körperschall mit stetig zunehmender Intensität verursachen, z.B. zur Signalisation der Annäherung von Strassenfahrzeugen, z.B. Kettenfahrzeugen an einen bestimmten Ort durch Detektion der Bodenerschütterungen, und zur Auslösung entsprechender Massnahmen.

Claims (7)

  1. Anordnung zur Feststellung eines Objektes (2) versehen mit einem Körperschall-Aufnehmer (3) zur Detektion der vom Objekt (2) erzeugten und in einem schalleitenden Medium (1) zum Aufnehmer (3) übertragenen Körperschalles (S), und mit einer Auswerteschaltung (C), welche vom Aufnehmer (3) ein Ausgangssignal empfängt und ein Warnsignal (8) abgibt, wenn dieses Ausgangssignal vorgegebene Kriterien erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) einen Komparator (7) aufweist, welcher die Intensität des Ausgangssignales (Sa) des Körperschall-Aufnehmers (3) zu mindestens zwei verschiedenen Zeitpunkten vergleicht und ein Warnsignal (Sw) an eine Warneinrichtung (8) abgibt, wenn die Intensität zum ersten Zeitpunkt (t2) unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes (T) ist und zum zweiten Zeitpunkt (t3) über den Schwellenwertes (T) angestiegen ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) eingerichtet ist, die Intensität des Ausgangssignales (Sa) in regelmässigen Zeitabständen (t1, t2, t3...) festzustellen und das Warnsignal (Sw) festzuhalten, bis die Intensität wieder unter den Schwellenwert (T) abgesunken ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) eingerichtet ist, die Intensität des Ausgangssignales (Sa) zu mehreren Zeitpunkten festzustellen und ein Vorwarnsignal auszulösen, wenn die Intensität des Ausgangssignales (Sa) zu einem ersten und zu einem zweiten Zeitpunkt (t1; t2) unter einem vorgegebenen unteren Schwellenwert (T1) liegt bzw. diesen überstiegen hat, und ein Hauptsignal auszulösen, wenn die Intensität zu zwei weiteren Zeitpunkten (t5; t6) unter einem vorgegebenen zweiten, höheren Schwellenwert (T2) liegt bzw. diesen überschritten hat.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (C) ein Frequenzfilter (4) aufweist, dessen Frequenzdurchlassbereich dem Frequenzbereich der von dem festzustellenden Körperschallschwingungen (S) entspricht.
  5. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4 zur Feststellung eines herannahenden, an einen Untergrund (1) als schalleitendes Medium Körperschallschwingungen (S) abgebenden Fahrzeuges (2).
  6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2) ein Schienenfahrzeug, z.B. ein Eisenbahnfahrzeug oder dergleichen ist, und dass als schallleitendes Medium wenigstens eine Schiene (1) dient, auf der sich das Fahrzeug bewegt.
  7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass als schalleitendes Medium (1) mehrere Schienen dienen, auf denen sich dass Fahrzeug bewegt, und dass an jeder Schiene ein Körperschall-Aufnehmer (2) vorgesehen ist, wobei die Ausgangssignale (Sa) der Aufnehmer (2) in einer Torschaltung miteinander verbunden sind.
EP91900710A 1990-01-12 1991-01-03 Anordnung zur feststellung eines objektes mittels körperschall, sowie deren verwendung Expired - Lifetime EP0463127B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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EP0463127A1 EP0463127A1 (de) 1992-01-02
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EP (1) EP0463127B1 (de)
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AT (1) ATE111404T1 (de)
CA (1) CA2049023A1 (de)
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