EP1063481A2 - Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer - Google Patents

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EP1063481A2
EP1063481A2 EP00111998A EP00111998A EP1063481A2 EP 1063481 A2 EP1063481 A2 EP 1063481A2 EP 00111998 A EP00111998 A EP 00111998A EP 00111998 A EP00111998 A EP 00111998A EP 1063481 A2 EP1063481 A2 EP 1063481A2
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water
gas
limiter
heat exchanger
water heater
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Klaus Daiber
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Joh Vaillant GmbH and Co
Vaillant GmbH
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    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
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    • F24H15/31—Control of valves of valves having only one inlet port and one outlet port, e.g. flow rate regulating valves
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
    • F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based

Definitions

  • the present invention relates to a gas-fired instantaneous water heater according to the introductory part of the independent claim.
  • Such water heaters have become known through the owner's marketable devices. These are constructed so that in the waterway, coming from the cold water network, first one So-called water switch, which works on the Venturi principle and one Contains water constant current controller, with a bypass via the actuator of the controller Venturi nozzle is provided, which is controlled by an adjustable valve. On the The water switch follows the actual heat exchanger of the instantaneous water heater in the water path and finally the nozzle.
  • the heat exchanger is of an atmospheric Gas burner heated, which is a mechanical gas valve that can be reset by a spring which is driven directly by a rod of the water switch, the position of the rod corresponds to the water flow.
  • the Gas throughput tracked the cold water throughput. So this is one Device temperature control.
  • a pilot burner is assigned to the gas burner, this one Ignition electrode and a thermoelectric fuse, which has a second valve, connected in series with the gas valve dependent on the water switch is or an electronic ignition device that causes a heat request the 2nd valve is opened and the burner is ignited.
  • opening the nozzle it turns with the degree of opening of the nozzle a water flow rate, which a corresponding Gas flow is tracked so that the user water is relatively constant temperature receives.
  • the constant water flow regulator in the water switch keeps the water throughput constant, so that the water outlet temperature actually only with the gas pressure and the Water inlet temperature is variable. But since these two quantities are relatively constant, there are hardly any fluctuations in the water outlet temperature.
  • This version has the disadvantage that with a relatively small set temperature (e.g. close to 40 °) this in the range of small water flow rates can be kept constant because the heat output emitted by the burner Functional reasons can not be reduced arbitrarily. If the so-called Exceeding the pilot gas overflow gas rate, the burner no longer burns at all Gas-air mixture outlet slots, so that there is a risk that unburned gas in reaches the combustion chamber, which can lead to explosions. This has made this disadvantage encountered that the lightning water flow of the device electronically to the setpoint of Water flow was coupled so that at low preselected Water outlet temperatures small water flow rates are not possible because of the device does not start.
  • a relatively small set temperature e.g. close to 40 °
  • the present invention has for its object the disadvantages of to avoid both device solutions.
  • a gas-heated water heater 1 has one of an atmospheric one Gas burner 2 heated heat exchanger 3, which is in the area of a combustion chamber 4, the upward through an exhaust manifold 6 provided with an exhaust pipe 5 is covered.
  • the gas burner 2 is fed through a gas line 7, in which a solenoid valve 8 is arranged, which is controlled by a continuously adjusting electromagnet 9, the can be actuated via a line 10 by an electronic controller 11.
  • the heat exchanger 3 is on the one hand with a leading away from a cold water source 12 Cold water line 13 connected to a series connection of one as an impeller trained water flow sensor 14 and a water limiter 16 is inserted, on the other hand leads from the heat exchanger 3 equipped with a temperature sensor 17 Hot water dispensing line 18, the termination of one or more dispensing valves 19th is mastered.
  • the temperature sensor 17 designed as a temperature-dependent resistor is via a line 20, the water flow sensor 14 via a line 21 with the controller 11 connected.
  • Bypass line 24 inserted which is a series circuit from a throttle valve 25, the a handle 26 can be adjusted between the value "fully closed” and the maximum opening value and a further second limiter 27, which has a Adjustment member 28 can be preset.
  • the two water flow limiters 16 and 27 are preset such that the one lying in series with the heat exchanger 3 Water limiter 16 is set to about a third of the water flow as in of the bypass line 24 further water flow limiters 27.
  • the water flow limiter 27 is at a flow rate of 19 l / min and the limiter 16 to a throughput of 6.5 l / min.
  • the limiter 16 For devices with Smaller capacities result in lower throughput values, for devices with larger ones Outputs correspondingly larger limiter throughputs.
  • the two horizontally lying curve pieces 32 connecting the two curves 30 and 31 and 33 represent the limiter characteristics
  • the curve 32 the limiter 16 and the Curve 33 of the sum of limiter 16 and limiter 27 is assigned.
  • Points 34 and 35 represent the limited maximum water throughputs through line 13, or at the tap 19, the points 36 and 37 represent the intersection of the curve pieces 32 and 33 with the curve 31. This results in a hatched area 38 within which the gas-heated water heater can be operated.
  • such a setpoint is specified that always Water outlet temperature in the tap 18 at 60 ° C. Assuming that the throttle valve 25 is in the closed position, no flow through the bypass line 24 Water. All of the water is thus passed through the heat exchanger 3 Throughput is measured by the flow transmitter 14 when the nozzle 19 is opened. On the Throughput and the temperature setpoint set on the setpoint generator 29 result certain degree of opening for the solenoid valve 8. Thus, a variation of the Degree of opening of the nozzle 19, the curve piece 32 are driven. Between a minimum water flow of 2 l / min according to point 36 to maximum water flow at point 34 of 6.5 l / min.
  • a water flow rate of less cannot be represented as 2 l / min, since here the light-off water throughput of the device is undercut. Operation of the device with lower throughputs is impossible. On It is not possible to exceed point 34 with regard to the water throughput because the Max. Amount of water is limited by the limiter 16.
  • a complete opening of the throttle valve 25 is effected by actuating the handle 26 a working point on the curve piece 33 between points 37 and 35.
  • Das means that when the throttle valve 25 is opened, the point 37 can not be driven under, because the device only at this water throughput starts. Water flow rates of more than 19 l / min cannot be achieved because both are here Limiters 16 and 27 cut off the water flows.
  • the hatched field 38 thus results in a field in which preselected Water throughputs of the set temperature control a stable and reproducible Working the instantaneous water heater is possible.

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Abstract

Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer (1) mit einem von einem Brenner (2) beheizten Wärmetauscher (3), der im Zuge eines von einer Kaltwasserquelle (12) zu einem Zapfventil (19) verlaufenden Wasserweges (22) angeordnet ist, welcher einen Begrenzer (16) und einen Durchsatzgeber (14) aufweist, mit dessen Signal ein in einer Gaszuleitung (7) zum Brenner (2) angeordnetes Gasventil (8) verstellt wird und mit einer Bypassleitung (24), die parallel zu der Reihenschaltung von Begrenzer (16) und Wärmetauscher (3) verläuft und einen weiteren Begrenzer (27), in Serie mit einem Drosselventil (25) liegend, aufweist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasbeheizten Durchlaufwassererhitzer gemäß dem einleitenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs.
Solche Wasserheizer sind bekanntgeworden durch marktgängige Geräte der Inhaberin. Diese sind so aufgebaut, daß im Wasserweg, kommend vom Kaltwassernetz, zunächst ein sogenannter Wasserschalter, der nach dem Venturi-Prinzip arbeitet und einen Wasserkonstantstromregler enthält, wobei über das Stellglied des Reglers ein Bypass zur Venturi-Düse vorgesehen ist, der von einem einstellbaren Ventil beherrscht ist. Auf den Wasserschalter folgt im Wasserweg der eigentliche Wärmetauscher des Durchlauferhitzers und schließlich das Zapfventil. Der Wärmetauscher ist von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizt, der ein mechanisches, durch eine Feder rückstellbares Gasventil aufweist, das von einer Stange des Wasserschalters unmittelbar direkt angetrieben ist, wobei die Stellung der Stange dem Wasserdurchsatz entspricht. Somit wird der Gasdurchsatz dem Kaltwasserdurchsatz nachgeführt. Es handelt sich hier also um eine Gerätetemperatursteuerung. Dem Gasbrenner ist ein Zündbrenner zugeordnet, diesem eine Zündelektrode und eine thermoelektrische Zündsicherung, die ein zweites Ventil aufweist, das mit dem eben erwähnten vom Wasserschalter abhängigen Gasventil in Serie geschaltet ist oder eine elektronische Zündeinrichtung, die bewirkt, daß bei einer Wärmeanforderung das 2. Ventil geöffnet und der Brenner gezündet wird. Beim Öffnen des Zapfventils stellt sich mit dem Öffnungsgrad des Zapfventils ein Wasserdurchsatz ein, dem ein entsprechender Gasdurchsatz nachgeführt wird, so daß der Benutzer Wasser relativ konstanter Temperatur erhält. Der Wasserkonstantstromregler im Wasserschalter hält den Wasserdurchsatz konstant, so daß die Wasserauslauftemperatur eigentlich nur mit dem Gasdruck und der Wassereinlauftemperatur variabel ist. Da diese beiden Größen aber relativ konstant sind, ergeben sich kaum Schwankungen der Wasserauslauftemperatur. Bedingt durch den Bypass im Wasserschalter, ist es möglich, zusätzlich zu dem Wasserdurchsatz durch den Wasserkonstantstromregler einen Bypasswasserdurchsatz zu geben, der nicht die Stellung des Gasventils beeinflußt, der aber durch den Wasserwärmetauscher geleitet wird. Damit ist es möglich, bei Öffnen des Bypasses die Wasserauslauftemperatur zu erniedrigen bzw. bei Schließen des Bypasses zu erhöhen.
Unabhängig von dem eben beschriebenen Stand der Technik existieren gasbeheizte Durchlaufwasserheizer ohne Wasserschalter und ohne Wasserkonstantstromregler, bei denen am Warmwasserauslauf des Wärmetauschers ein Temperaturfühler außen angeklemmt ist. Dieser Fühler mißt die Temperatur des auslaufenden warmen Wassers und gibt ein entsprechendes Temperatursignal an einen elektronischen Regler, der den aktuellen Temperatur-Istwert des auslaufenden Wassers mit einem einstellbaren Sollwert vergleicht und den Gasdurchsatz entsprechend der festgestellten Regelabweichung variiert. Das Gasventil ist hier als Magnetventil ausgebildet, so daß die Stärke des auf das Magnetventil gegebenen Stroms als Ausgangssignal des Reglers den Gasdurchsatz bestimmt. Der Sollwert der Auslauftemperatur kann durch ein Potentiometer z. B. im Bereich von 40 bis 60° verändert werden. Diese Ausführung weist den Nachteil auf, daß bei einer relativ kleinen eingestellten Temperatur (z. B. nahe 40°) diese im Bereich kleiner Wasserdurchsätze nicht konstant gehalten werden kann, da die vom Brenner abgegebene Wärmeleistung aus Funktionsgründen nicht beliebig verringert werden kann. Wird der sogenannte Überzündgasstrom des Brenners unterschritten, so brennt der Brenner nicht mehr an allen Gas-Luft-Gemisch-Austrittsschlitzen, so daß die Gefahr besteht, daß unverbranntes Gas in den Brennraum gelangt, was zu Explosionen führen kann. Diesem Nachteil wurde dadurch begegnet, daß der Anspringwasserdurchsatz des Gerätes elektronisch an den Sollwert des Wasserdurchsatzes gekoppelt wurde, so daß bei niedrigen vorgewählten Wasserauslauftemperaturen kleine Wasserdurchsätze nicht möglich sind, weil das Gerät nicht anspringt. Ein weiteres Problem ergibt sich bei diesen Geräten auch im Bereich großer Wasserdurchsätze, da die Geräteleistung hier nicht ausreicht, um das Wasser auf den vorgewählten Sollwert zu erhitzen. Es wird zwar der gewünschte Wasserdurchsatz-Sollwert geliefert, aber mit einer der Geräteleistung entsprechenden niedrigen Temperatur.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der beiden Gerätelösungen zu vermeiden.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gasbeheizten Durchlaufwassererhitzer anzugeben, bei dem es möglich ist, sowohl bei kleinen voreingestellten Wasserdurchsätzen Wasser mit relativ niedriger voreingestellter Auslauftemperatur zu erhalten und bei relativ großen Wasserdurchsätzen die maximal voreinstellbare Auslauftemperatur weitestgehend zu realisieren.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt bei einem gasbeheizten Durchlaufwassererhitzer der eingangs näher bezeichneten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das anschließend anhand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert wird.
Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines gasbeheizten Durchlaufwassererhitzers und
  • Fig. 2 ein Diagramm.
    • In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
    Ein gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer 1 weist einen von einem atmosphärischen Gasbrenner 2 beheizten Wärmetauscher 3 auf, der im Bereich einer Brennkammer 4 liegt, die nach oben durch eine mit einem Abgasstutzen 5 versehene Abgassammelhaube 6 abgedeckt ist.
    Der Gasbrenner 2 wird durch eine Gasleitung 7 gespeist, in der ein Magnetventil 8 angeordnet ist, das von einem stetig verstellenden Elektromagneten 9 beherrscht ist, der über eine Leitung 10 von einem elektronischen Regler 11 betätigbar ist.
    Der Wärmetauscher 3 ist einerseits mit einer von einer Kaltwasserquelle 12 wegführenden Kaltwasserleitung 13 verbunden, der eine Serienschaltung von einem als Flügelradgeber ausgebildeten Wasserdurchsatzgeber 14 und einem Wasserbegrenzer 16 eingefügt ist, andererseits führt vom Wärmetauscher 3 eine mit einem Temperaturfühler 17 ausgestattete Warmwasserzapfleitung 18 weg, deren Abschluß von einem oder mehreren Zapfventilen 19 beherrscht ist. Der als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildete Temperaturfühler 17 ist über eine Leitung 20, der Wasserdurchsatzgeber 14 über eine Leitung 21 mit dem Regler 11 verbunden.
    Die Leitungen 13 und 18 bilden zusammen mit dem Wärmetauscher 3, den Begrenzer 16 und den Durchsatzgeber 14 einen Wasserweg 22 durch den gasbeheizten Durchlauferhitzer 1 in Richtung eines Pfeiles 23. In diesen Wasserweg 22 ist eine Bypassleitung 24 eingefügt, die eine Serienschaltung aus einem Drosselventil 25, das über eine Handhabe 26 verstellt werden kann, und zwar zwischen dem Wert "voll geschlossen" und dem maximalen Öffnungswert sowie einem weiteren zweiten Begrenzer 27, der über ein Justierglied 28 voreingestellt werden kann. Die beiden Wasserdurchsatzbegrenzer 16 und 27 sind derart voreingestellt, daß der in Serie mit dem Wärmetauscher 3 liegende Wasserbegrenzer 16 auf etwa ein Drittel des Wasserdurchsatzes eingestellt ist wie der in der Bypassleitung 24 liegende weitere Wasserdurchsatzbegrenzer 27. Bezogen auf einen 24-kW-Durchlauferhitzer, ist der Wasserdurchsatzbegrenzer 27 auf einen Durchsatz von 19 l/min eingestellt und der Begrenzer 16 auf einen Durchsatz von 6,5 l/min. Für Geräte mit kleineren Leistungen ergeben sich geringe Durchsatzwerte, für Geräte mit größeren Leistungen entsprechend größere Begrenzerdurchsätze. Bei einem 24-kW-Gerät liegt die Gerätemindestleistung, bedingt durch den sogenannten Überzündgasdurchsatz des Brenners 2, bei etwa 30 % der Maximalleistung, d. h., sie liegt bei etwa 8 kW. Diese Verhältnisse liegen bei Geräten mit größerer und kleinerer Leistung analog.
    Die Funktion des eben nach Fig. 1 beschriebenen gasbeheizten Durchlaufwassererhitzers 1 wird nunmehr anhand des Diagramms der Fig. 2 näher erläutert. In der Abszisse der Fig. 2 ist der Wasserdurchsatz in l/min aufskaliert, in der Ordinate die Wasserauslauftemperatur in Grad Celsius. Das Diagramm gilt etwa für ein Gerät mit 24 kW Wärmeleistung. Es sind zwei Kurven 30 und 31 ersichtlich, wobei die Kurve 30 der maximalen Geräteleistung, d. h. der Geräteleistung bei voll geöffnetem Magnetventil 8, und die Kurve 31 der gedrosselten minimalen Geräteleistung entspricht, wenn somit der Überzündgasdurchsatz bei geringstmöglichem einstellbarem Durchlaßquerschnitt des Magnetventils 8 erreicht wird. Die beiden die beiden Kurven 30 und 31 verbindenden waagerecht liegenden Kurvenstücke 32 und 33 stellen die Begrenzerkennlinien dar, wobei die Kurve 32 dem Begrenzer 16 und die Kurve 33 der Summe aus Begrenzer 16 und Begrenzer 27 zugeordnet ist. Die Punkte 34 und 35 stellen die begrenzten maximalen Wasserdurchsätze durch den Leitungszug 13, bzw. an der Zapfstelle 19 dar, die Punkte 36 und 37 die Schnittpunkte der Kurvenstücke 32 und 33 mit der Kurve 31. Somit ergibt sich eine schraffierte Fläche 38, innerhalb der der gasbeheizte Durchlaufwassererhitzer betrieben werden kann.
    Am Sollwertgeber 29 ist ein derartiger Sollwert vorgegeben, daß stets eine Wasserauslauftemperatur in der Zapfleitung 18 mit 60 °C entsteht. Unter der Annahme, daß das Drosselventil 25 sich in Schließstellung befindet, fließt durch die Bypassleitung 24 kein Wasser. Das gesamte Wasser wird somit durch den Wärmetauscher 3 gegeben, sein Durchsatz wird bei Öffnen des Zapfventils 19 vom Durchsatzgeber 14 gemessen. Über den Durchsatz und den am Sollwertgeber 29 eingestellten Temperatursollwert resultiert ein bestimmter Öffnungsgrad für das Magnetventil 8. Somit kann über eine Variation des Öffnungsgrades des Zapfventils 19 das Kurvenstück 32 abgefahren werden. Zwischen einem minimalen Wasserdurchsatz von 2 l/min entsprechend dem Punkt 36 bis zum maximalen Wasserdurchsatz im Punkt 34 von 6,5 l/min. Ein Wasserdurchsatz von weniger als 2 l/min ist nicht darstellbar, da hier der Anspringwasserdurchsatz des Gerätes unterschritten wird. Ein Betrieb des Gerätes mit kleineren Durchsätzen ist unmöglich. Ein Überschreiten des Punktes 34 bezüglich des Wasserdurchsatzes ist nicht möglich, da die max. Wassermenge durch den Begrenzer 16 begrenzt wird.
    Ein vollständiges Öffnen des Drosselventils 25 durch Betätigen der Handhabe 26 bewirkt einen Arbeitspunkt auf dem Kurvenstück 33 zwischen den Punkten 37 und 35. Das bedeutet, daß bei Öffnen des Drosselventils 25 bei minimaler Geräteleistung der Punkt 37 nicht unterfahren werden kann, da erst bei diesem Wasserdurchsatz das Gerät überhaupt anspringt. Wasserdurchsätze von mehr als 19 l/min sind nicht erreichbar, da hier beide Begrenzer 16 und 27 die Wasserströme abschneiden.
    Durch das schraffierte Feld 38 ergibt sich somit ein Feld, in dem bei vorgewählten Wasserdurchsätzen der eingestellten Temperaturregelung ein stabiles und reproduzierbares Arbeiten des Durchlauferhitzer möglich ist.
    Es ist möglich, im Zuge des Abgasstutzens 5 einen Abgasventilator vorzusehen und bis auf den Lufteinlaß im Bereich des Brenners 2 die Brennkammer 4 technisch gasdicht zu gestalten. Weiterhin ist es möglich, den Begrenzer (27) fortzulassen, wenn nur im Zuge der Bypassleltung 24 ein etwa um das Dreifache bezüglich des Wärmetauschers 3 fließender Wasserdurchsatz sichergestellt ist.

    Claims (4)

    1. Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer (1) mit einer einem von einem Brenner (2) beheizten Wärmetauscher (3), der im Zuge eines von einer Kaltwasserquelle (12) zu einem Zapfventil (19) verlaufenden Wasserweges (22) angeordnet ist, welcher einen Begrenzer (16) und einen Durchsatzgeber (14) aufweist, mit dessen Signal ein in einer Gaszuleitung (7) zum Brenner (2) angeordnetes Gasventil (8) verstellt wird sowie mit einer von einem Drosselventil (25) beherrschten Bypassleitung (24) im Wasserweg (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (24) parallel zu der Reihenschaltung von Begrenzer (16) und Wärmetauscher (3) verläuft und einen weiteren Begrenzer (27) aufweist.
    2. Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Wärmetauschers (3) im Wasserweg (22) ein Temperaturfühler (17) vorgesehen ist, welcher auf einen Regler (11) einwirkt, der nach Maßgabe der Istwerte des Durchsatzgebers (14) das Gasventil (8) verstellt.
    3. Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (11) als elektronischer Regler, der Temperaturfühler (17) als temperaturabhängiger Widerstand und der Durchsatzgeber (14) als Flügelradgeber ausgebildet sind.
    4. Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Serie mit dem Wärmetauscher (3) im Wasserweg (22) angeordnete Begrenzer (16) auf kleinere Werte, vorzugsweise 1/3, voreingestellt ist als der in der Bypassleitung (24) angeordnete weitere Begrenzer (27).
    EP00111998A 1999-06-25 2000-06-20 Gasbeheizter Durchlaufwassererhitzer Expired - Lifetime EP1063481B1 (de)

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    DE19930236 1999-06-25
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    DE19942623 1999-08-28
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    Publications (3)

    Publication Number Publication Date
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