EP0922778B1 - Installation de traitement thermique sous vide modulaire - Google Patents

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EP0922778B1
EP0922778B1 EP98410138A EP98410138A EP0922778B1 EP 0922778 B1 EP0922778 B1 EP 0922778B1 EP 98410138 A EP98410138 A EP 98410138A EP 98410138 A EP98410138 A EP 98410138A EP 0922778 B1 EP0922778 B1 EP 0922778B1
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EP
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module
cells
cell
thermal processing
installation
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Laurent Pelissier
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Etudes et Constructions Mecaniques SA
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Etudes et Constructions Mecaniques SA
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0062Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0018Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces for charging, discharging or manipulation of charge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/02Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity of multiple-track type; of multiple-chamber type; Combinations of furnaces
    • F27B9/029Multicellular type furnaces constructed with add-on modules
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/04Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F27B9/042Vacuum furnaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016Chamber type furnaces
    • F27B2017/0091Series of chambers, e.g. associated in their use

Definitions

  • the present invention relates to an installation of heat treatment in a rarefied atmosphere of the type comprising several treatment cells connected to a common enclosure waterproof fitted with handling means to transfer a load from one cell to another.
  • French patent application 2,537,260 describes a such a heat treatment installation.
  • Treatment cells are arranged horizontally and star-shaped inside a sealed cylindrical enclosure with a vertical axis. Cells are served by a central handling device.
  • a disadvantage of known installations of this type is that the number of treatment cells is fixed. There is no possibility of upgrading the installation so that it has additional processing cells.
  • FR-A-2 487 492 describes a treatment installation thermal effect by a combination of elements modular including a metal enclosure coated with the inside of a layer of thermally material insulation defining an internal volume inside which there are arranged means of transfer and heating or cooling; the combination of said modular elements is arranged inside an enclosure waterproof fitted with an airlock at each of its ends having a structure similar to that of a modular element.
  • An object of the present invention is to provide a heat treatment installation chained under atmosphere rarefied able to receive any number of cells of treatment.
  • Another object of the present invention is to provide such an installation which allows an intervention particularly easy in the enclosure.
  • the enclosure common is a cylinder with horizontal axis of which at least one end is intended to receive a module in the form of a cylindrical extension to which cells are connected additional.
  • At least one end of the cylinder has a cover removable in place of which the module can be mounted.
  • the handling means include a moving cart parallel to the cylinder axis and serving the cells at by means of a telescopic element.
  • one of the cells is an oil quenching cell serving also of loading / unloading cell.
  • the carriage moves on rails integral with the enclosure, these rails being extended in the module by rails integral with the module.
  • the module is designed to be mounted at one end on the enclosure and by the other end on another module.
  • the module is open at both ends, the remaining end open after mounting the module on the enclosure receiving a additional module or cover.
  • the installation includes a working gas quenching cell with nitrogen or a mixture comprising at least 50% nitrogen.
  • the present invention provides a modular installation. Modularity is made possible thanks to a structure particular installation.
  • Figure 1 illustrates in solid lines a basic module 6 of an installation according to the invention and in dotted lines a module additional 8.
  • the basic module 6 comprises a sealed enclosure 10 in the form of a cylinder with a horizontal axis.
  • the two ends of this cylinder 10, provided with flanges, are blocked by removable waterproof covers 12.
  • the treatment cells are laterally connected to cylinder 10 and are in the same horizontal plane.
  • Figure 1 illustrates two heat treatment cells 14 arranged one opposite the other, a loading / unloading cell 15, and a gas quenching cell 16 arranged in front of the loading / unloading 15.
  • the enclosure cylindrical 10 has lateral cylindrical extensions 10-1 fitted with flanges for sealingly fixing treatment cells, for example using bolts.
  • the communication openings heat treatment cells 14 with enclosure 10 are provided with doors (not shown) which are heat-insulated but not waterproof. Indeed, the pressure that is prevailing in the enclosure 10, of the order of 5 millibars, is that which must reign in the treatment cells 14.
  • the loading / unloading 15 and the gas quenching cell 16 are fitted with watertight doors, respectively 15-1 and 16-1, at the level of their communication openings with the enclosure 10. Indeed the loading / unloading cell 15 includes a external door 15-2 intended to insert the loads to be treated in the installation. Cell 15 must therefore be able to be atmospheric pressure without disturbing the atmosphere of the enclosure 10. Likewise, he reigns in cell 16, during the quenching operations, a pressure higher than the pressure atmospheric.
  • a handling device is in the form of a carriage 18 moving parallel to the axis of the cylinder 10.
  • This carriage 18 moves, for example, on rails 20 extending along the length of the cylinder 10.
  • the carriage 18 is provided with a telescopic fork 22 which is likely to stretch from side and other side of the carriage 18 to the center of each cell 14 to 16 to pick up and drop off a load during treatment.
  • the two cells 14 are, for example, case hardening cells, which will treat two charges 24 practically at the same time.
  • the only quenching cell 16 will suffice because the quenching operation is particularly rapid by report on cementation operations.
  • a module 8 is mounted on the basic installation shown in dotted lines in FIG. 1.
  • This module 8 includes a cylindrical part 10 'which is mounted in the extension of the cylindrical enclosure 10 in place of one of the covers 12. The cover 12 removed can be used to close the end free from the cylindrical part 10 '.
  • Module 8 can have, as shown, only two cells additional 14 'connected opposite one another on the cylindrical part 10 '.
  • module 8 can be mounted on the free ends of module 8 and the base module 6 in place of the covers 12. It is thus possible to mount in cascade several modules to create a heat treatment installation tailored to the needs of the user.
  • module 8 may include rails 20 'which are connected to the rails 20 when the module 8 is mounted on the basic installation.
  • the installation may include a loading / unloading cell 15 and a gas quenching cell 16.
  • Gas quenching is suitable for large number of materials. To achieve a good compromise between the power required to mix quench gas and diversity materials that can be quenched under gas, we use nitrogen or a mixture containing at least 50% nitrogen.
  • FIG. 3 represents a side view in section of a installation of the type of FIG. 1, comprising a oil quenching 30.
  • This cell 30 can advantageously replace the load / unload cell 15 in Figures 1 and 2.
  • the oil quenching cell 30 then has a door outside 30-1 used to extract and introduce charges 24 in the installation.
  • the cell 30 also includes a lift 32 to keep the load at a height adapted to the handling device 18, 22 and to immerse the charge 24 in an oil bath 34.
  • This arrangement is advantageous because the operation of quenching being the last, we can directly extract the charge 24 dealt with by removing the travel time of a cell of quenching up to the loading / unloading cell. We avoid also the additional cost of a loading / unloading cell dedicated.
  • the oil quenching cell 30 is fitted, like the loading / unloading cell 15, with a watertight door (not shown) intended to isolate it from the enclosure 10 to allow loading / unloading operations at atmospheric pressure without affecting the pressure prevailing in enclosure 10.
  • the handling device 18, 22 is moved by conventional means.
  • the carriage 18 can move the along the rails 20 thanks to an on-board electric motor provided with a pinion which meshes on a rack arranged parallel to the rails.
  • Telescopic fork 22 can be stretched and retracted by a chain or lever system. Raising and lowering of the fork can be obtained by a cam system or to eccentric.

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Description

La présente invention concerne une installation de traitement thermique sous atmosphère raréfiée du type comportant plusieurs cellules de traitement reliées à une enceinte commune étanche munie de moyens de manutention pour transférer une charge d'une cellule à l'autre.
La demande de brevet Français 2 537 260 décrit une telle installation de traitement thermique. Les cellules de traitement sont disposées horizontalement et en étoile à l'intérieur d'une enceinte étanche cylindrique à axe vertical. Les cellules sont desservies par un dispositif de manutention central.
Un inconvénient des installations connues de ce type est que le nombre de cellules de traitement est fixe. Il n'y a aucune possibilité de faire évoluer l'installation pour qu'elle comporte des cellules de traitement supplémentaires.
Un autre inconvénient de ces installations est qu'il est particulièrement difficile d'intervenir à l'intérieur de l'enceinte, par exemple pour régler le dispositif de manutention. Une telle intervention nécessite le plus souvent un démontage total ou partiel du dispositif de manutention.
FR-A-2 487 492 décrit une installation de traitement thermique réalisée par une combinaison d'éléments modulaires comprenant une enceinte métallique revêtue à l'intérieur d'une couche en matériau thermiquement isolant délimitant une volume interne à l'intérieur duquel se trouvent disposés des moyens de transfert et de chauffage ou de refroidissement ; la combinaison des susdits éléments modulaires est disposée à l'intérieur d'une enceinte étanche munie à chacune de ses extremités d'un sas présentant une structure similaire à celle d'un élément modulaire.
Un objet de la présente invention est de prévoir une installation de traitement thermique enchaíné sous atmosphère raréfiée pouvant recevoir un nombre quelconque de cellules de traitement.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle installation qui permette une intervention particulièrement aisée dans l'enceinte.
Ces objets sont atteints grâce à une installation de traitement thermique enchaíné sous atmosphère raréfiée comprenant plusieurs cellules de traitement reliées dans un plan horizontal à une enceinte étanche commune munie de moyens de manutention pour transférer une charge d'une cellule à une autre. L'enceinte commune est un cylindre à axe horizontal dont au moins une extrémité est prévue pour recevoir un module sous forme d'un prolongement cylindrique auquel sont reliées des cellules supplémentaires.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une extrémité du cylindre est munie d'un couvercle amovible à la place duquel peut se monter le module.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de manutention comprennent un chariot se déplaçant parallèlement à l'axe du cylindre et desservant les cellules au moyen d'un élément télescopique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'une des cellules est une cellule de trempe à l'huile servant également de cellule de chargement/déchargement.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le chariot se déplace sur des rails solidaires de l'enceinte, ces rails étant prolongés dans le module par des rails solidaires du module.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le module est prévu pour être monté par une extrémité sur l'enceinte et par l'autre extrémité sur un autre module.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le module est ouvert aux deux extrémités, l'extrémité restant ouverte après le montage du module sur l'enceinte recevant un module supplémentaire ou le couvercle.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'installation comprend une cellule de trempe sous gaz fonctionnant avec de l'azote ou un mélange comportant au moins 50 % d'azote.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
  • la figure 1 représente schématiquement une vue de dessus d'une installation de traitement thermique enchaíné selon l'invention ;
  • la figure 2 représente schématiquement une vue de côté en coupe de l'installation de la figure 1 ; et
  • la figure 3 représente une vue de côté en coupe d'une variante de l'installation de la figure 1.
  • Afin de pouvoir utiliser un nombre quelconque de cellules de traitement dans une installation de traitement thermique enchaíné, la présente invention prévoit une installation modulaire. La modularité est rendue possible grâce à une structure particulière de l'installation.
    La figure 1 illustre en trait plein un module de base 6 d'une installation selon l'invention et en pointillés un module supplémentaire 8.
    Le module de base 6 comprend une enceinte étanche 10 sous forme de cylindre à axe horizontal. Les deux extrémités de ce cylindre 10, munies de collerettes, sont bouchées par des couvercles étanches amovibles 12. Les cellules de traitement sont reliées latéralement au cylindre 10 et se trouvent dans un même plan horizontal. A titre d'exemple, la figure 1 illustre deux cellules de traitement thermique 14 disposées l'une en face de l'autre, une cellule de chargement/déchargement 15, et une cellule de trempe sous gaz 16 disposée en face de la cellule de chargement/déchargement 15.
    Comme cela est mieux visible à la figure 2, l'enceinte cylindrique 10 comporte des extensions cylindriques latérales 10-1 munies de collerettes permettant de fixer de manière étanche les cellules de traitement, par exemple à l'aide de boulons.
    De manière classique, les ouvertures de communication des cellules de traitement thermique 14 avec l'enceinte 10 sont munies de portes (non représentées) qui sont calorifuges mais non étanches. En effet, la pression que l'on fait régner dans l'enceinte 10, de l'ordre de 5 millibars, est celle qui doit régner dans les cellules de traitement 14. Par contre, la cellule de chargement/déchargement 15 et la cellule de trempe sous gaz 16 sont munies de portes étanches, respectivement 15-1 et 16-1, au niveau de leurs ouvertures de communication avec l'enceinte 10. En effet la cellule de chargement/déchargement 15 comporte une porte extérieure 15-2 destinée à insérer les charges à traiter dans l'installation. La cellule 15 doit donc pouvoir être mise à la pression atmosphérique sans perturber l'atmosphère de l'enceinte 10. De même, il règne dans la cellule 16, pendant les opérations de trempe, une pression supérieure à la pression atmosphérique.
    Un dispositif de manutention est sous la forme d'un chariot 18 se déplaçant parallèlement à l'axe du cylindre 10. Ce chariot 18 se déplace, par exemple, sur des rails 20 s'étendant sur la longueur du cylindre 10. Le chariot 18 est muni d'une fourche télescopique 22 qui est susceptible de s'étirer de part et d'autre du chariot 18 jusqu'au centre de chacune des cellules 14 à 16 pour y prendre et y déposer une charge en cours de traitement.
    A la figure 1, en trait plein, le chariot 18 se trouve au niveau des cellules 15 et 16, et la fourche télescopique 22 pénètre dans la cellule 15 pour y prendre une charge 24. Bien entendu, la cellule 15 a été préalablement mise à la pression de l'enceinte 10 pour pouvoir ouvrir la porte 15-1. Comme cela est représenté en figure 2, la charge 24 est posée sur des supports 26 rehaussant la charge 24 par rapport au fond de la cellule et permettant à la fourche 22 de passer sous la charge. La fourche 22 est levée pour soulever la charge 24 des supports 26, puis rétractée pour ramener la charge 24 sur le chariot 18. Ensuite, le chariot 18 se déplace en face de la cellule souhaitée, par exemple à la position représentée en pointillés. La fourche 22 est alors étirée puis abaissée pour déposer la charge 24 dans la cellule.
    Dans l'installation de base de la figure 1 (représentée en trait plein), les deux cellules 14 sont, par exemple, des cellules de cémentation, ce qui permettra de traiter deux charges 24 pratiquement en même temps. La seule cellule de trempe 16 suffira car l'opération de trempe est particulièrement rapide par rapport aux opérations de cémentation.
    Si l'on veut augmenter la production de l'installation ou bien pouvoir effectuer d'autres traitements, tels qu'une nitruration, il faut des cellules de traitement supplémentaires. Dans ce cas, on monte sur l'installation de base un module 8 représenté en pointillés à la figure 1. Ce module 8 comporte une partie cylindrique 10' qui est montée dans le prolongement de l'enceinte cylindrique 10 à la place de l'un des couvercles 12. Le couvercle 12 retiré pourra être utilisé pour fermer l'extrémité libre de la partie cylindrique 10'. Le module 8 pourra comporter, comme cela est représenté, seulement deux cellules supplémentaires 14' reliées l'une en face de l'autre sur la partie cylindrique 10'.
    Bien entendu, des modules supplémentaires peuvent être montés sur les extrémités libres du module 8 et du module de base 6 à la place des couvercles 12. On peut ainsi monter en cascade plusieurs modules pour créer une installation de traitement thermique adaptée aux besoins de l'utilisateur.
    Dans le cas où le chariot 18 est monté sur des rails 20, comme cela est représenté, le module 8 pourra comporter des rails 20' qui viennent se raccorder aux rails 20 lorsque le module 8 est monté sur l'installation de base.
    Afin d'intervenir dans l'enceinte 10 ou 10', il suffit de retirer l'un des couvercles 12, ou bien les deux couvercles, ce qui ouvre un couloir permettant à une personne de pénétrer dans l'installation et d'effectuer aisément les opérations nécessaires sur le dispositif de manutention 18, 22 et sur les cellules. En cas de besoin, le dispositif de manutention est déplacé d'un côté ou de l'autre de l'enceinte.
    Comme cela est représenté en figure 2, l'installation peut comporter une cellule de chargement/déchargement 15 et une cellule 16 de trempe sous gaz. La trempe sous gaz convient à un grand nombre de matériaux. Pour obtenir un bon compromis entre la puissance nécessaire pour brasser le gaz de trempe et la diversité des matériaux que l'on peut tremper sous gaz, on utilise de l'azote ou un mélange contenant au moins 50% d'azote.
    Malgré cela, certains matériaux nécessitent une trempe à l'huile.
    La figure 3 représente une vue de côté en coupe d'une installation du type de la figure 1, comportant une cellule de trempe à l'huile 30. Cette cellule 30 peut avantageusement remplacer la cellule de chargement/déchargement 15 des figures 1 et 2. La cellule de trempe à l'huile 30 comporte alors une porte extérieure 30-1 servant à extraire et introduire les charges 24 dans l'installation. La cellule 30 comporte par ailleurs un ascenseur 32 permettant de maintenir la charge à une hauteur adaptée au dispositif de manutention 18, 22 et d'immerger la charge 24 dans un bain d'huile 34.
    Cette disposition est avantageuse car, l'opération de trempe étant la dernière, on peut directement extraire la charge 24 traitée en supprimant le temps de voyage d'une cellule de trempe jusqu'à la cellule de chargement/déchargement. On évite également le surcoût d'une cellule de chargement/déchargement dédiée.
    Bien entendu, la cellule de trempe à l'huile 30 est munie, comme la cellule de chargement/déchargement 15, d'une porte étanche (non représentée) destinée à l'isoler de l'enceinte 10 pour permettre les opérations de chargement/déchargement à pression atmosphérique sans affecter la pression régnant dans l'enceinte 10.
    Le dispositif de manutention 18, 22 est mu par des moyens classiques. Par exemple, le chariot 18 peut se déplacer le long des rails 20 grâce à un moteur électrique embarqué muni d'un pignon qui engrène sur une crémaillère disposée parallèlement aux rails. La fourche télescopique 22 peut être étirée et rétractée par un système à chaíne ou à leviers. L'élévation et l'abaissement de la fourche peuvent être obtenus par un système à came ou à excentrique.

    Claims (8)

    1. Installation de traitement thermique enchaíné sous atmosphère raréfiée comprenant plusieurs cellules de traitement (14, 15, 16) reliées dans un plan horizontal à une enceinte étanche commune munie de moyens de manutention (18, 22) pour transférer une charge (24) d'une cellule à une autre, caractérisée en ce que l'enceinte commune est un cylindre à axe horizontal (10) dont au moins une extrémité est prévue pour recevoir un module (8) sous forme d'un prolongement cylindrique (10') auquel sont reliées des cellules supplémentaires (14').
    2. Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une extrémité du cylindre est munie d'un couvercle amovible (12) à la place duquel peut se monter le module (8).
    3. Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de manutention comprennent un chariot (18) se déplaçant parallèlement à l'axe du cylindre (10) et desservant les cellules au moyen d'un élément télescopique (22).
    4. Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'une des cellules est une cellule de trempe à l'huile (30) servant également de cellule de chargement/déchargement.
    5. Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le chariot (18) se déplace sur des rails (20) solidaires de l'enceinte (10), ces rails étant prolongés dans le module (8) par des rails (20') solidaires du module.
    6. Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module (8) est prévu pour être monté par une extrémité sur l'enceinte (10) et par l'autre extrémité sur un autre module.
    7. Installation de traitement thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le module (8) est ouvert aux deux extrémités, l'extrémité restant ouverte après le montage du module sur l'enceinte (10) recevant un module supplémentaire ou le couvercle (12).
    8. Installation de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une cellule de trempe sous gaz (16) fonctionnant avec de l'azote ou un mélange comportant au moins 50 % d'azote.
    EP98410138A 1997-12-02 1998-12-02 Installation de traitement thermique sous vide modulaire Expired - Lifetime EP0922778B1 (fr)

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    FR9715506 1997-12-02
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    Publications (2)

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    EP0922778A1 EP0922778A1 (fr) 1999-06-16
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    Country Status (9)

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    US (1) US6065964A (fr)
    EP (1) EP0922778B1 (fr)
    JP (1) JPH11237185A (fr)
    KR (1) KR100602225B1 (fr)
    AT (1) ATE222608T1 (fr)
    CA (1) CA2255343C (fr)
    DE (1) DE69807305T2 (fr)
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