EP0977213A1 - Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents
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- H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
- H01F7/1638—Armatures not entering the winding
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
Definitions
- the invention relates to an actuator for electromagnetic valve control an opening magnet and a closing magnet, which are approximately rectangular Have cross-section, and each of an approximately rectangular Yoke exist in which a coil window is worked out, in which an excitation coil is arranged.
- An actuator for electromagnetic valve control essentially consists of the opening magnet and the closing magnet, which are separated from one another by at least one spacer made of a non-ferromagnetic material. This spacer can be formed, for example, by a housing part. Between the opening magnet and the closing magnet is the armature plate, which is made of a ferromagnetic material and is moved in the respective direction by energizing the excitation coil of the opening magnet or the excitation coil of the closing magnet.
- the magnet-stroke characteristic of an actuator for electromagnetic valve control can be advantageously influenced by the design of the armature plate and the yoke of the electromagnet. The lesson for this is, for example, the specialist book Electromagnets ", Kallenbach / Eick / Quendt, BG Teubner Stuttgart 1994.
- the yoke of the opening magnet has a passage for a plunger, which forces acting on the anchor plate are transferred to at least one gas exchange valve.
- the actuator can for example be designed so that on the plunger on the An actuator spring plate is arranged on the side facing the gas exchange valve, wherein an actuator spring between the actuator spring plate and the outside of the opening magnet is arranged.
- the plunger can be made very short and extends only from the gas exchange valve to the anchor plate, the Tappet is simply stored through the hole in the opening magnet.
- the actuator can be designed so that the actuator spring on the gas exchange valve opposite side of the actuator on the outside of the closer magnet is arranged.
- an actuator spring plate is in extension of the plunger having push rod arranged through a bushing is stored in the yoke of the closer magnet.
- the yoke of the closer magnet points a formation surrounding the passage of the push rod and forming a wall in which an internal thread is incorporated.
- In the internal thread of the Wall is screwed in a screw cap, which together with the wall forms a cavity in which the actuator spring resting on the actuator spring plate is arranged.
- An actuator forms a functional unit with a gas exchange valve Gas exchange valve, corresponding to a conventional cylinder head with camshafts, by means of a valve spring and a valve spring plate in the valve seat of the Cylinder head is pulled.
- the anchor plate is located in the middle between the opening magnet and the closer magnet.
- the valve plate of the gas exchange valve is located in a middle position between the valve seat of the cylinder head, in which the valve is closed and the position in which the valve is open to the maximum.
- the invention has for its object an actuator for electromagnetic To specify valve control with an approximately rectangular cross section, which is a coil window for excitation coils with a lower ohmic resistance having.
- the approximately rectangular yoke of the opening magnet and the closing magnet has an end face that corresponds to the outside diameter of the coil window plus a thin border.
- the length of the long side of the yoke corresponds to the end face plus a part that is available for an actuator standing space in the cylinder head is determined.
- the base of the hollow cylindrical coil window and the hollow cylindrical excitation coils can be circular or elliptical.
- the anchor plate and the Design yoke of the opening magnet to influence the magnet-stroke characteristic are designed so that the force of the opening magnet on the anchor plate is smaller at small distances and is high at large distances.
- the material is preferably used to influence the magnet-stroke characteristics
- Anchor plate radially symmetrical around the bore of the tappet with a larger one Executed thickness
- the yoke of the opening magnet complementary to the anchor plate is shaped.
- the yoke of the opening magnet can be formed in this way that the anchor plate in the position attracted by the opening magnet (when open
- Gas exchange valve partially or entirely of the ferromagnetic material of the yoke of the opening magnet is surrounded.
- the actuator according to the invention for electromagnetic valve control with an opening magnet and a closing magnet which are approximate have rectangular cross section, based on an embodiment shown and explained in connection with two figures.
- FIG. 1 shows an actuator for electromagnetic valve control.
- the Yoke of the opening magnet ⁇ M and the yoke of the closing magnet SM separated from each other by two spacers DS, which consist of a non-ferromagnetic Material are made.
- the plunger S is attached, which on the Anchor plate AP forces through a bushing in the yoke of the opening magnet ⁇ M transfers to the gas exchange valve GV.
- On the anchor plate AP lies in the extension of the plunger S on a push rod SS, which has a bushing in the yoke of the closer magnet SM acting on the armature plate AP Transmits forces to the actuator spring AF.
- the actuator spring AF is in a wall-forming configuration of the yoke of the Opening magnets ⁇ M, which are radially symmetrical around the passage of the push rod SS is trained.
- the wall has a thread on the inside into which a Screw cover SD can be screwed in. Using the screw cap SD the bias of the actuator spring AF can be changed, which results in the rest position the anchor plate AP is set.
- a coil window is incorporated, in each of which an excitation coil is inserted.
- the Coil windows are preferably designed so that the pole faces (that of the armature plate AP facing surfaces) of the hole of the opening magnet ⁇ M and the Closer magnet SM of the same size inside and outside the coil window are.
- the resistance of an excitation coil is made up of its ohmic, capacitive and an inductive component together.
- the excitation coils are round and hollow-cylindrical.
- the low ohmic resistance of a round hollow cylindrical excitation coil results from the shorter mean winding length of the coil wire.
- FIG. 2 shows an actuator for electromagnetic valve control with a circular, hollow cylindrical coil window SF shown the actuator of the figure 1 corresponds, but with the armature plate AP and the hole of the opening magnet.
- ⁇ M are designed to influence the magnet-stroke characteristic in such a way that the force on the armature plate AP at short distances to the yoke of the opening magnet ⁇ M is less and at high distances to the yoke of the opening magnet ⁇ M is increasing.
- the material of the anchor plate AP is radially symmetrical about the bore of the Ram S executed with a greater thickness
- the yoke of the opening magnet ⁇ M is complementary.
- the yoke of the opening magnet ⁇ M is like this formed that the anchor plate AP in the attracted by the opening magnet ⁇ M Position (with open gas exchange valve) laterally through the ferromagnetic Material of the yoke of the opening magnet ⁇ M is surrounded.
- the one from a non-ferromagnetic Material spacers DS are accordingly none educated.
- the anchor plate AP which must be very firmly connected to the plunger S, becomes Reduction of manufacturing tolerances after connecting with the plunger S turned. This manufacturing step is with round thickenings symmetrical to the plunger S. the anchor plate AP much easier to perform.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung, bei dem das Spulenfenster im Joch des Öffnermagneten und im Joch des Schließermagneten sowie die in den Spulenfenstern angeordneten Erregerspulen zur Reduzierung von ohm'schen Verlusten die Form eines Hohlzylinders aufweisen. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit
einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die einen näherungsweise rechteckigen
Querschnitt aufweisen, und die jeweils aus einem näherungsweise rechteckigen
Joch bestehen, in dem ein Spulenfenster ausgearbeitet ist, in dem eine Erregerspule
angeordnet ist.
Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus
dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, die durch mindestens ein Distanzstück
aus einem nicht ferromagnetischen Material voneinander getrennt sind. Dieses
Distanzstück kann beispielsweise durch ein Gehäuseteil gebildet werden. Zwischen
dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befindet sich die aus einem
ferromagnetischen Material bestehende Ankerplatte, die durch Bestromen der
Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erregerspule des Schließermagneten in
die jeweilige Richtung bewegt wird. Die Magnet-Hub-Kennlinie eines Aktors zur
elektromagnetischen Ventilsteuerung kann durch die konstruktive Gestaltung der
Ankerplatte und des Jochs der Elektromagneten vorteilhaft beeinflußt werden. Die
Lehre dazu ist beispielsweise dem Fachbuch Elektromagnete", Kallenbach/Eick/Quendt,
B.G. Teubner Stuttgart 1994, zu entnehmen.
Das Joch des Öffnermagneten weist eine Durchführung für einen Stößel auf, der die
auf die Ankerplatte einwirkenden Kräfte auf mindestens ein Gaswechselventil überträgt.
Der Aktor kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß an dem Stößel auf der dem
Gaswechselventil zugewandten Seite ein Aktorfederteller angeordnet ist, wobei
zwischen dem Aktorfederteller und der Außenseite des Öffnermagneten eine Aktorfeder
angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann der Stößel sehr kurz ausgelegt
werden und reicht lediglich vom Gaswechselventil bis zur Ankerplatte, wobei der
Stößel durch das loch des Öffnermagneten einfach gelagert ist.
Alternativ kann der Aktor so ausgeführt sein, daß die Aktorfeder auf der dem Gaswechselventil
entgegengesetzten Seite des Aktors an der Außenseite des Schließermagneten
angeordnet ist. Dazu ist in Verlängerung des Stößels eine einen Aktorfederteller
aufweisende Schubstange angeordnet, die durch eine Durchführung
im Joch des Schließermagneten gelagert ist. Das Joch des Schließermagneten weist
eine die Durchführung der Schubstange umgebende, eine Wandung bildende Ausformung
auf, in der ein Innengewinde eingearbeitet ist. In das Innengewinde der
Wandung ist ein Schraubdeckel eingeschraubt, der zusammen mit der Wandung
einen Hohlraum bildet, in dem die auf dem Aktorfederteller aufliegende Aktorfeder
angeordnet ist. Durch Verdrehen des Schraubdeckels kann die Vorspannung der
Aktorfeder verändert werden, wodurch die ist die Ruhelage der Ankerplatte einstellbar
ist.
Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das
Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen,
mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des
Zylinderkopfes gezogen wird.
Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der
Brennkraftmaschine montiert, werden der Ventilschaft des Gaswechselventils und
der Stößel des Aktors gegeneinander gepreßt. In der Ruhelage der funktionellen
Einheit befindet sich die Ankerplatte in der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und
dem Schließermagnet. Der Ventilteller des Gaswechselventils befindet sich dabei in
einer Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz des Zylinderkopfes, bei der das Ventil
geschlossen ist, und der Position, in der das Ventil maximal geöffnet ist.
Bei der Konstruktion einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagnetischen
Ventilsteuerung besteht das Problem, daß der zur Verfügung stehende Bauraum
sehr begrenzt ist. Die Aktoren müssen jedoch so groß ausgelegt werden, daß sie die
zur Betätigung des Gaswechselventils notwendige Kraft aufbringen.
In der DE 196 11 547 A1 ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die Aktoren mit
einem rechteckigen Querschnitt auszuführen, wobei der zur Verfügung stehende
Bauraum im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gut genutzt wird, und die Elektromagneten
der Aktoren eine genügend hohe Kraft auf die Ankerplatte ausüben können.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die in dem Joch des Öffnermagneten
und des Schließermagneten ausgearbeiteten Spulenfenster zur Erzeugung eines
maximalen magnetischen Momentes ebenfalls einen näherungsweise rechteckigen
Querschnitt aufweisen. Dadurch erhöht sich die mittlere Wicklungslänge der in das
Spulenfenster eingesetzten Erregerspulen, wodurch diese einen höheren ohm'schen
Widerstand aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen
Ventilsteuerung mit einem näherungsweise rechteckigen Querschnitt anzugeben,
der ein Spulenfenster für Erregerspulen mit einem geringeren ohm'schen Widerstand
aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst, wobei das Spulenfenster des Öffnermagneten und des Schließermagneten
sowie die darin angeordneten Erregerspulen zur Reduzierung von ohm'schen Verlusten
durch eine geringere mittlere Windungslänge die Form eines Hohlzylinders
aufweisen.
Das näherungsweise rechteckige Joch des Öffnermagneten und des Schließermagneten
weist eine Stirnseite auf, die dem Außendurchmesser des Spulenfensters
plus einem Rand geringer Dicke entspricht. Die Länge der Längsseite des Jochs
entspricht der Stirnseite plus einen Teil, der durch den für einen Aktor zur Verfügung
stehenden Bauraum im Zylinderkopf bestimmt wird.
Dabei kann die Grundfläche des hohlzylindrisch geformten Spulenfensters und der
hohlzylindrisch geformten Erregerspulen kreisrund oder elliptisch geformt sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ankerplatte und das
Joch des Öffnermagneten zur Beeinflussung der Magnet-Hub-Kennlinie konstruktiv
derart gestaltet sind, daß die Kraft des Öffnermagneten auf die Ankerplatte bei
kleinen Abständen geringer ist und bei großen Abständen hoch ist.
Vorzugsweise ist zur Beeinflussung der Magnet-Hub-Kennlinien das Material der
Ankerplatte radialsymmetrisch um die Bohrung des Stößels mit einer größeren
Dicke ausgeführt, wobei das Joch des Öffnermagneten komplementär zur Ankerplatte
geformt ist. Zudem kann das Joch des Öffnermagneten so ausgebildet werden
daß die Ankerplatte in der vom Öffnermagnet angezogenen Position (bei geöffnetem
Gaswechselventil) teilweise oder ganz von dem ferromagnetische Material des Jochs
des Öffnermagneten umgeben ist.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Joch des
Öffnermagneten und das Joch des Schließermagneten im Bereich der Erregerspule
(senkrecht zur Längsachse und parallel zur Ventilachse) geblecht ist, wodurch Wirbelstromverluste
reduziert werden.
Durch das hohlzylindrische Spulenfenster und die resultierende hohlzylindrische
Erregerspule werden die ohm'schen Verluste der Erregerspule minimiert. Dabei ist
das Ausarbeiten des Spulenfensters im Joch des Öffnermagneten und im Joch des
Schließermagneten sowie das Wickeln und das Einsetzen der Erregerspule in das
Spulenfenster besonders vorteilhaft.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
mit einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die einen näherungsweise
rechteckigen Querschnitt aufweisen, anhand von einem Ausführungsbeispiel
im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigt:
- Figur 1
- die schematische, dreidimensionale Darstellung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung .
- Figur 2
- die schematische Darstellung eines Schnittes durch einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung.
In der Figur 1 ist ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung dargestellt. Das
Joch des Öffnermagneten ÖM und das Joch des Schließermagneten SM werden
durch zwei Distanzstücke DS voneinander getrennt, die aus einem nicht ferromagnetischen
Material gefertigt sind. Zwischen den Distanzstücken DS oszilliert die
Ankerplatte AP. An der Ankerplatte AP ist der Stößels S befestigt, der die auf die
Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte über eine Durchführung im Joch des Öffnermagneten
ÖM auf das Gaswechselventil GV überträgt. Auf der Ankerplatte AP liegt in
der Verlängerung des Stößel S eine Schubstange SS auf, die über eine Durchführung
in dem Joch des Schließermagneten SM die auf die Ankerplatte AP einwirkenden
Kräfte auf die Aktorfeder AF überträgt. Dazu ist an der Schubstange SS ein
Aktorfederteller AFT ausgearbeitet, auf dem die Aktorfeder AF aufliegt, und über den
die Aktorfeder AF die Schubstange SS gegen die Ankerplatte AP preßt. Die Aktorfeder
AF befindet sich in einer eine Wandung bildenden Ausformung des Jochs des
Öffnermagneten ÖM, die radialsymmetrisch um die Durchführung der Schubstange
SS ausgebildet ist. Die Wandung weist auf der Innenseite ein Gewinde auf, in das ein
Schraubdeckel SD eingeschraubt werden kann. Mittels des Schraubdeckels SD
kann die Vorspannung der Aktorfeder AF verändert werden, wodurch die Ruhelage
der Ankerplatte AP eingestellt wird.
In das Joch des Öffnermagneten ÖM und in das Joch des Schließermagneten SM ist
ein Spulenfenster eingearbeitet, in das jeweils eine Erregerspule eingesetzt wird. Die
Spulenfenster sind vorzugsweise so ausgearbeitet, daß die Polflächen (die der Ankerplatte
AP zugewandten Flächen) der loche des Öffnermagneten ÖM und des
Schließermagneten SM innerhalb und außerhalb des Spulenfensters gleich groß
sind.
Der Widerstand einer Erregerspule setzt sich aus seinem ohm'schen, einem kapazitiven
und einem induktiven Anteil zusammen.
Zur Reduzierung der durch den ohmschen Widerstand (bei gegebener Polfläche der
loche des Öffnermagneten ÖM und des Schließermagneten SM) bedingten Verlustleistung
sind die Erregerspulen beispielsweise rund und hohlzylindrisch ausgeführt.
Der geringe ohmsche Widerstand einer runden hohlzylindrischen Erregerspule resultiert
aus der geringeren mittleren Windungslänge des Spulendrahtes.
Durch den Bauraum, der zwischen der Durchführung des Stößels und dem Rand der
rechteckigen loche zur Verfügung steht, kann dieselbe hohlzylindrische Erregerspule
auch zu einer Ellipse verformt und in ein entsprechend elliptisch ausgearbeitetes
Spulenfenster eingesetzt werden.
In der Figur 2 ist ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem
kreisrunden, hohlzylindrischen Spulenfenster SF dargestellt, der dem Aktor der Figur
1 entspricht, bei dem jedoch die Ankerplatte AP und das loch des Öffnermagneten.
ÖM zur Beeinflussung der Magnet-Hub-Kennlinie konstruktiv derart gestaltet sind,
daß die Kraft auf die Ankerplatte AP bei geringen Abstanden zum Joch des Öffnermagneten
ÖM geringer ist und bei hohen Abständen zum Joch des Öffnermagneten
ÖM zunimmt.
Dabei ist das Material der Ankerplatte AP radialsymmetrisch um die Bohrung des
Stößels S mit einer größeren Dicke ausgeführt wobei das Joch des Öffnermagneten
ÖM komplementär geformt ist. Zudem ist das Joch des Öffnermagneten ÖM so
ausgebildet, daß die Ankerplatte AP in der vom Öffnermagnet ÖM angezogenen
Position (bei geöffnetem Gaswechselventil) seitlich durch das ferromagnetische
Material des Jochs des Öffnermagneten ÖM umgeben ist. Die aus einem nicht ferromagnetischen
Material gefertigten Distanzstücke DS sind entsprechend keiner
ausgebildet.
Dabei ergeben sich durch die kreisrunde, hohlzylindrischen Erregerspulen mit entsprechenden
kreisrunden hohlzylindrischen Spulenfenstern SF zudem fertigungstechnische
Vorteile.
Die Ankerplatte AP, die mit dem Stößel S sehr fest verbunden sein muß, wird zur
Reduzierung von Fertigungstoleranzen nach dem Verbinden mit dem Stößel S abgedreht.
Dieser Fertigungsschritt ist mit runden, zum Stößel S symmetrischen Verdickungen
der Ankerplatte AP wesentlich einfacher durchzuführen.
Durch das hohlzylindrische Spulenfenster SF und die resultierende hohlzylindrische
Erregerspule mit kreisrunder oder elliptischer Grundfläche werden die ohm'schen
Verluste der Erregerspule wirksam minimiert. Bei einer kreisrunden, hohlzylindrischen
Erregerspule mit entsprechendem Spulenfenster ergeben sich eine Reihe
fertigungstechnischen Vorteilen.
Claims (5)
- Aktor (A) zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem Öffnermagnet (ÖM) und einem Schließermagnet (SM), die einen näherungsweise rechteckigen Querschnitt aufweisen, und die jeweils aus einem näherungsweise rechteckigen Joch bestehen, in dem jeweils ein Spulenfenster (SF) ausgearbeitet ist, in dem eine Erregerspule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenfenster (SF) im Joch des Öffnermagneten (ÖM) und im Joch des Schließermagneten (SM) sowie die in den Spulenfenstern (SF) angeordneten Erregerspulen zur Reduzierung von ohm'schen Verlusten die Form eines Hohlzylinders aufweisen.
- Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche des hohlzylindrisch geformten Spulenfensters (SF) und der hohlzylindrisch geformten Erregerspulen kreisrund ist.
- Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche des hohlzylindrisch geformten Spulenfensters (SF) und der hohlzylindrisch geformten Erregerspulen elliptisch ist.
- Aktor nach der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (AP) und das Joch des Öffnermagneten (ÖM) zur Beeinflussung der Magnet-Hub-Kennlinie konstruktiv derart gestaltet sind, daß die Ankerplatte (AP) um den Stöße (S) verdickt ausgeführt ist und das Joch des Öffnermagneten (ÖM) komplementär zur Ankerplatte (AP) geformt ist, wodurch die Kraft auf die Ankerplatte (AP) bei geringen Abstanden zwischen Ankerplatte (AP) und Joch des Öffnermagneten (ÖM) geringer ist und bei hohen Abständen zwischen Ankerplatte (AP) und Joch des Öffnermagneten (ÖM) größer ist.
- Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch des Öffnermagneten (ÖM) und das Joch des Schließermagneten (SM) im Bereich der Erregerspule senkrecht zur Längsachse der Joche, und parallel zur Ventilachse geblecht ist.
Applications Claiming Priority (4)
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DE19834109 | 1998-07-29 | ||
DE19834109 | 1998-07-29 | ||
DE19924417A DE19924417C2 (de) | 1998-07-29 | 1999-05-27 | Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung |
DE19924417 | 1999-05-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP0977213A1 true EP0977213A1 (de) | 2000-02-02 |
Family
ID=26047762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP99113752A Withdrawn EP0977213A1 (de) | 1998-07-29 | 1999-07-14 | Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung |
Country Status (2)
Country | Link |
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EP (1) | EP0977213A1 (de) |
JP (1) | JP2000133517A (de) |
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- 1999-07-14 EP EP99113752A patent/EP0977213A1/de not_active Withdrawn
- 1999-07-22 JP JP11237358A patent/JP2000133517A/ja not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000133517A (ja) | 2000-05-12 |
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Effective date: 20000624 |
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18W | Application withdrawn |
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