EP2676282B1 - Trennvorrichtung - Google Patents

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EP2676282B1
EP2676282B1 EP12705821.2A EP12705821A EP2676282B1 EP 2676282 B1 EP2676282 B1 EP 2676282B1 EP 12705821 A EP12705821 A EP 12705821A EP 2676282 B1 EP2676282 B1 EP 2676282B1
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EP
European Patent Office
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electrically conductive
isolating apparatus
receptacle
conductive portions
isolating
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Martin Striewe
Sven Behnke
Christian Birkholz
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/365—Bridging contacts
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H9/32—Insulating body insertable between contacts
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    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/342—Venting arrangements for arc chutes
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H9/36—Metal parts
    • H01H9/362—Mounting of plates in arc chamber

Definitions

  • the invention relates to a separation device.
  • Separators are used in many areas. These should e.g. disconnect electrical equipment from a power supply.
  • the reason for the separation may be varied, e.g. the protection against overload or the like.
  • a burning arc represents a risk that should not be underestimated.
  • the separation device is used in an AC system and the voltage to be separated is just an AC voltage, then the arc problem is rather low, since the AC voltage has a zero crossing, which usually leads to an extinction of the arc.
  • a separation device with at least two electrodes which are connectable via an electrically conductive connecting element known.
  • the connecting element is arranged in an insulating body, wherein the electrically conductive connecting element in a first position allows an electrical connection of the at least two electrodes, and in a second position, the at least two electrodes isolated from each other.
  • the insulating body is inserted in the second position into a receptacle, which has at least partially insulating material, so that the electrically conductive connecting element is substantially surrounded in the second position of insulating material.
  • the invention is based on the object to provide a separation device, in particular for DC voltages, which safely separates the currents in arcs, taking into account the magnetic forces that repel the currents.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a separating device in a schematic side view.
  • a separator T at least two electrodes 1, 2. These electrodes are located substantially on opposite sides of the separator T.
  • the electrodes 1, 2 are electrically connectable via an electrically conductive connecting element 3.
  • the shape of the connecting element is irrelevant if sufficient current carrying capacity is provided for operation. This electrical connection is made possible in the normal unseparated state, hereinafter referred to as the first position.
  • the connecting element 3 is arranged in an insulating body 4.
  • FIG. 2 a connecting element 3 is shown, which has a circular cross section and is embedded in the insulating body 4.
  • the insulating body 4 is inserted into a receptacle 5, so that the electrodes are now electrically insulated from each other by the insulating body 4.
  • the receptacle has an electrically insulating material at least in the section which is adjacent to the electrically conductive connecting element 3 in the second position.
  • arcs 6, 6 ' may occur, which are indicated by dashed arrows. These arcs represent a kind of plasma channel. If the length of the arcs is sufficiently large, the field strength from a certain point is no longer sufficient to keep the arc burning.
  • This repulsion behavior forces the arcs away from each other and results in e.g. also that the arc path is extended when displaced to the outside. This effect can be understood as magnetic Dibeblasung.
  • the Separating device have a permanent magnet at a suitable location.
  • a magnet may be introduced in the receptacle 5 or in the insulating body 4 at a suitable location.
  • arcs 6, 6 'can be erased include, for example, that the insulating body 4 has a material ausgasendes under arc action and / or that the receptacle 5 has a gas ausgasendes under arc material.
  • the receptacle 5 has one or more openings 11, 11 ', which allow arcing 6, 6' to escape from the first position to the second position.
  • This can be seen in another embodiment of a separator, as in FIGS FIGS. 5 and 6 shown.
  • This leakage of the light bends is indicated schematically by the passing out of the opening arrows. This prolongs the arc path, causing the arc to extinguish.
  • further measures such as a magnetic support of Dibeblasung as well as outgassing materials, as described above, be provided.
  • both sides of the receptacle 5 have different numbers and shapes of the openings 11, 11 ', although these are in FIG. 5 are shown as similar.
  • the length-related erase effect can also be supported by a subdivision into a plurality of partial arcs, since then for each partial arc of the Burning condition is to be fulfilled. If the firing condition for one of the partial arcs is no longer fulfilled, the entire arc extinguishes.
  • electrically conductive sections 7, 7 '; 9 are arranged, wherein the electrically conductive portions 7, 7 '; 9 substantially have an extent which is normal to a connecting line from the first position to the second position.
  • the electrically conductive portions 7, 7 '; 9 may be arranged on the outside or on the inside of the receptacle 5.
  • the separation device T is formed so that electrically conductive portions 9 are formed on a carrier 8 and the carrier 8 between at least two electrically conductive portions 9 has a non-conductive portion.
  • the electrically conductive sections 7, 7 ' can be designed as plate-shaped. This corresponds approximately to the schematic representation in FIG FIGS. 7 and 8 ,
  • the size and the number of electrically conductive portion 7, 7 ' are again selected independently. Preferably, however, they are similar.
  • the number of quenching plates and their spatial distance from each other can be selected in such a way as to fulfill the quenching condition for a given voltage to be separated.
  • the quenching plates can be designed as a quenching plate stack, which is easy to apply to a receptacle 5 provided with openings 1, or 11 '.
  • the electrically conductive portions 9 may be formed on a carrier 8 like a strip conductor, and the carrier 8 may have a recess 10 between at least two electrically conductive portions 9, so that one or more partial arcs 6 may form.
  • the carrier 8 is a circuit board, and the electrically conductive portions 9 are preferably suitably applied conductor tracks.
  • the recesses may be milled, for example.
  • Such a printed circuit board can be produced inexpensively and easily applied to a provided with openings 11 and 11 'receiving 5.
  • electrically conductive portions on the receptacle 5 may be arranged, wherein the electrically conductive portions on the insulator 4 have substantially an extent which normal to a connecting line from the first position to the second position.
  • the separation device can also be provided for the separation of an overvoltage protection element.

Landscapes

  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung.
  • Trennvorrichtungen werden in vielen Bereichen eingesetzt. Diese sollen z.B. elektrische Einrichtungen von einer Spannungsversorgung abtrennen.
  • Der Grund für die Abtrennung kann dabei vielgestaltig sein, z.B. der Schutz vor Überlastung oder dergleichen.
  • Bei der Trennung treten typischerweise Lichtbögen auf. Ein brennender Lichtbogen stellt dabei eine nicht zu unterschätzende Gefahr dar.
  • Wird die Trennvorrichtung in einem Wechselspannungssystem verwendet und die zu trennende Spannung ist eben eine Wechselspannung, so ist das Lichtbogenproblem eher gering, da die Wechselspannung einen Nulldurchgang aufweist, der in der Regel zu einem Verlöschen des Lichtbogens führt.
  • Anders hingegen im Gleichspannungsfall: Dort tritt kein Nulldurchgang auf, so dass ein brennender Lichtbogen nicht einfach verlöscht sondern durch weitere konstruktive Maßnahmen zum Verlöschen gebracht werden muss. Verlöscht der Lichtbogen nicht, bleibt die elektrische Verbindung bestehen.
  • Aus der FR 2 790 138 A1 , der EP 0 450 104 A1 und aus der US 6 838 632 ist jeweils eine Trennvorrichtung mit mindestens zwei Elektroden, welche über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement verbindbar sind, bekannt. Das Verbindungselement ist in einem Isolierkörper angeordnet, wobei das elektrisch leitfähige Verbindungselement in einer ersten Stellung eine elektrische Verbindung der mindestens zwei Elektroden ermöglicht, und in einer zweiten Stellung die mindestens zwei Elektroden voneinander isoliert. Der Isolierkörper ist in der zweiten Stellung in eine Aufnahme eingeführt, welche zumindest abschnittsweise isolierendes Material aufweist, so dass das elektrisch leitfähige Verbindungselement im Wesentlichen in der zweiten Stellung von isolierendem Material umgeben ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Trennvorrichtung, insbesondere für Gleichspannungen, anzugeben, die die Ströme in Lichtbögen unter Berücksichtigung der magnetischen Kräfte, die die Ströme gegenseitig abstoßen, sicher trennt.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Seitenansicht, in einer ersten Stellung,
    • Fig. 2 die Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Aufsicht, in der ersten Stellung,
    • Fig. 3 eine Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Seitenansicht, in einer zweiten Stellung,
    • Fig. 4 die Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Aufsicht, in der zweiten Stellung,
    • Fig. 5 eine andere Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Seitenansicht,
    • Fig. 6 die andere Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Aufsicht,
    • Fig. 7 eine Ausführungsform der Erfindung in schematischer Seitenansicht,
    • Fig. 8 die Ausführungsform der Erfindung in schematischer Aufsicht,
    • Fig. 9 einen Teilaspekt gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung,
    • Fig. 10 eine andere Ausführungsform der Erfindung in schematischer Seitenansicht, und
    • Fig. 11 die andere Ausführungsform der Erfindung in schematischer Aufsicht.
  • Soweit im Folgenden in den Figuren auf gleiche Bezugszeichen Bezug genommen wird, so ist dies ein Hinweis auf die jeweilige Gleichartigkeit. Soweit nicht explizit ausgeschlossen, sind die nachfolgend beschriebenen Aspekte der Erfindung in jeder sinnvollen Kombination verwendbar.
  • Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Trennvorrichtung in schematischer Seitenansicht. Dabei weist eine Trennvorrichtung T mindestens zwei Elektroden 1, 2 auf. Diese Elektroden befinden sich im Wesentlichen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Trennvorrichtung T.
  • Die Elektroden 1, 2 sind über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 3 elektrisch verbindbar. Die Form des Verbindungselementes ist wird ohne Belang, wenn für den Betrieb eine ausreichende Stromtragefähigkeit zur Verfügung gestellt wird. Diese elektrische Verbindung wird im normalen ungetrennten Zustand ermöglicht, nachfolgend als erste Stellung bezeichnet. Das Verbindungselement 3 ist in einem Isolierkörper 4 angeordnet.
  • Zum Beispiel in Figur 2 ist eine Verbindungselement 3 dargestellt, welches einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und im Isolierkörper 4 eingelassen ist.
  • In einer zweiten Stellung, welche in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, ist der Isolierkörper 4 in eine Aufnahme 5 eingebracht, so dass die Elektroden nun durch den Isolierkörper 4 voneinander elektrisch isoliert sind. Dazu weist die Aufnahme wenigstens in dem Abschnitt, der in der zweiten Stellung benachbart zum elektrisch leitfähigen Verbindungselement 3 ist, ein elektrisch isolierendes Material auf.
  • Beim Verbringen des elektrisch leitfähigen Verbindungselements 3 weg von den zwei Elektroden 1, 2, z.B. bei einem Verbringen des elektrisch leitfähigen Verbindungselements 3 in die Aufnahme 5, können Lichtbögen 6, 6' auftreten, welche durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet sind. Diese Lichtbögen stellen eine Art Plasmakanal dar. Wird die Länge der Lichtbögen genügend groß, so reicht die Feldstärke ab einem gewissen Punkt nicht mehr aus, um den Lichtbogen am Brennen zu halten.
  • In dieser Anordnung kann auch noch ein weiterer Effekt gesehen werden: Da die Ströme in Lichtbogen 6 und Lichtbogen 6' stets in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind, wirken auf die Ströme magnetische Kräfte, und zwar so, dass sich die Ströme gegenseitig abstoßen. Dieses Abstoßverhalten ist durch die Pfeile F in Figur 3 angedeutet.
  • Dieses Abstoßverhalten drängt die Lichtbögen voneinander weg und führt z.B. auch dazu, dass der Lichtbogenweg bei einer Verdrängung nach außen verlängert wird. Dieser Effekt kann als magnetische Selbstbeblasung verstanden werden.
  • Dieser Effekt kann durch Einbringung äußerer Magnetfelder noch verstärkt werden. Zum Beispiel kann die Trennvorrichtung einen Dauermagneten an geeigneter Stelle aufweisen. So kann beispielsweise in der Aufnahme 5 oder aber im Isolierkörper 4 an geeigneter Stelle ein Magnet eingebracht sein.
  • Andere Maßnahmen, mit denen die Lichtbögen 6, 6' gelöscht werden können, umfassen beispielsweise, dass der Isolierkörper 4 ein unter Lichtbogeneinwirkung ausgasendes Material aufweist und/oder, dass die Aufnahme 5 ein unter Lichtbogeneinwirkung ausgasendes Material aufweist.
  • Um diesen Effekt weiter zu verstärken, kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme 5 eine oder mehrere Öffnungen 11, 11' aufweist, die ein Austreten von Lichtbögen 6 ,6' beim Verbringen von der ersten Position in die zweite Position ermöglichen. Dies ist bei einer anderen Ausführungsform einer Trennvorrichtung ersichtlich, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Dieses Austreten der Leichtbögen ist schematisch durch die aus der Öffnung hinaus tretenden Pfeile angedeutet. Hierdurch verlängert sich der Lichtbogenweg, so dass es zu einem Verlöschen des Lichtbogens kommt. Natürlich können auch in dieser Ausführungsform weitere Maßnahmen, wie eine magnetische Unterstützung der Selbstbeblasung als auch ausgasende Materialien, wie zuvor beschrieben, vorgesehen sein.
  • Es ist auch möglich, dass beide Seiten der Aufnahme 5 unterschiedliche Anzahlen und Formen der Öffnungen 11, 11' aufweisen, obwohl diese in Figur 5 als gleichartig dargestellt sind.
  • Der längenbezogene Löscheffekt kann auch durch eine Unterteilung in eine Vielzahl von Teillichtbögen unterstützt werden, da dann für jeden Teillichtbogen die Brennbedingung zu erfüllen ist. Ist die Brennbedingung für einen der Teillichtbögen nicht mehr erfüllt, so verlöscht der gesamte Lichtbogen.
  • Daher ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass an der Aufnahme 5 elektrisch leitende Abschnitte 7, 7'; 9 angeordnet sind, wobei die elektrisch leitenden Abschnitte 7, 7'; 9 im Wesentlichen eine Ausdehnung aufweisen, welche normal zu einer Verbindungslinie von der ersten Stellung zur zweiten Stellung ist. Zum Beispiel können die elektrisch leitenden Abschnitte 7, 7'; 9 auf der Außenseite oder auf der Innenseite der Aufnahme 5 angeordnet sein.
  • Die Trennvorrichtung T ist so ausgeformt, dass elektrisch leitende Abschnitte 9 auf einem Träger 8 ausgebildet sind und der Träger 8 zwischen mindestens zwei elektrisch leitenden Abschnitten 9 einen nichtleitenden Abschnitt aufweist. Beispielsweise können die elektrisch leitenden Abschnitt 7, 7' löschblechartig ausgeführt sein. Dies entspricht in etwa der schematischen Darstellung in Figur 7 und 8.
  • Dabei können die Größe und die Anzahl der elektrisch leitenden Abschnitt 7, 7' wiederum unabhängig voneinander gewählt werden. Bevorzugt sind sie jedoch gleichartig. Die Anzahl der Löschbleche und ihr räumlicher Abstand zueinander können dabei derart gewählt sein, um die Löschbedingung für eine gegebene zu trennende Spannung zu erfüllen. Beispielsweise können die Löschbleche als Löschblechstapel ausgeführt sein, der einfach auf eine mit Öffnungen 1, bzw. 11' versehen Aufnahme 5 aufzubringen ist. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die elektrisch leitenden Abschnitte 9 streifenleiterartig auf einem Träger 8 ausgebildet sein, und der Träger 8 kann zwischen mindestens zwei elektrisch leitenden Abschnitten 9 eine Ausnehmung 10 aufweisen, so dass sich ein oder mehrere Teillichtbögen 6 ausbilden können. Beispielsweise ist der Träger 8 eine Platine, und die elektrisch leitenden Abschnitte 9 sind vorzugsweise geeignet aufgebrachte Leiterbahnen. Die Ausnehmungen können beispielsweise ausgefräst sein. Eine solche Leiterplatte lässt sich kostengünstig herstellen und einfach auf eine mit Öffnungen 11 bzw. 11' versehen Aufnahme 5 aufbringen.
  • Natürlich können auch in dieser Ausführungsform weitere Maßnahmen, wie eine magnetische Unterstützung der Selbstbeblasung als auch ausgasende Materialien, wie zuvor beschrieben, vorgesehen sein.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform können alternativ zu elektrisch leitenden Abschnitten an der Aufnahme 5 oder zusätzlich zu elektrisch leitenden Abschnitten an der Aufnahme 5 am Isolierkörper 4 elektrisch leitende Abschnitte angeordnet sein, wobei die elektrisch leitenden Abschnitte am Isolierkörper 4 im Wesentlichen eine Ausdehnung aufweisen, welche normal zu einer Verbindungslinie von der ersten Stellung zur zweiten Stellung ist.
  • Darüber hinaus kann die Trennvorrichtung auch zur Abtrennung eines Überspannungsschutzelementes vorgesehen sein. Ferner kann eine kaskadierte Anordnung, wie in Figur 10 und 11 dargestellt, vorgesehen sein. Dabei können sowohl gleichartige (wie in den Figuren dargestellt) als auch unterschiedliche Varianten der zuvor dargestellten Ausführungsformen miteinander gemischt sein.
  • Mittels der Erfindung ist es möglich, kostengünstige Trennschalter herzustellen, die auch für zu trennende Gleichspannungen ein sicheres Trennvermögen aufweisen.
    • Bezugszeichenliste
    • Elektrode
    1
    Elektrode
    2
    Verbindungselement
    3
    Isolierkörper
    4
    Aufnahme
    5
    Lichtbögen, Teillichtbogen
    6, 6'
    Elektrisch leitender Abschnitt, Löschblech
    7, 7'
    Träger, Platine
    8
    Elektrisch leitender Abschnitt, Streifenleiter
    9
    Ausnehmung
    10
    Öffnung
    11, 11'
    Trennvorrichtung
    T
    Kraft
    F

Claims (9)

  1. Trennvorrichtung (T) mit mindestens zwei Elektroden (1, 2), welche über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (3) verbindbar sind, wobei
    das Verbindungselement (3) in einem Isolierkörper (4) angeordnet ist,
    das elektrisch leitfähige Verbindungsmittel (3) in einer ersten Stellung eine elektrische Verbindung der mindestens zwei Elektroden (1, 2) ermöglicht, und
    in einer zweiten Stellung die mindestens zwei Elektroden (1, 2) voneinander isoliert,
    wobei
    der Isolierkörper (4) in der zweiten Stellung in eine Aufnahme (5) eingeführt ist, welche zumindest abschnittsweise isolierendes Material aufweist, so dass das elektrisch leitfähige Verbindungselement (3) im Wesentlichen in der zweiten Stellung von isolierendem Material umgeben ist,
    wobei
    die Aufnahme (5) eine oder mehrere Öffnungen (11, 11') aufweist, die ein Austreten von Lichtbögen (6, 6') beim Verbringen von der ersten Position in die zweite Position ermöglichen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der Außenseite an der Aufnahme (5) auf einem Träger (8) elektrisch leitende Abschnitte (9) parallel zueinander angeordnet und in Verschieberichtung beabstandet angeordnet sind,
    wobei
    die elektrisch leitenden Abschnitte (9) im Wesentlichen eine Ausdehnung aufweisen, welche Normal zu einer Verbindungslinie von der ersten Stellung zur zweiten Stellung ist, und
    der Träger (8) zwischen mindestens zwei elektrisch leitenden Abschnitten (9) einen nichtleitenden Abschnitt (10) aufweist.
  2. Trennvorrichtung (T) nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitenden Abschnitte (9) streifenleiterartig auf dem Träger (8) ausgebildet sind, und der Träger (8) zwischen mindestens zwei elektrisch leitenden Abschnitten (9) eine Ausnehmung (10) aufweist, so dass sich ein oder mehrere Teillichtbögen (6, 6') ausbilden können.
  3. Trennvorrichtung (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahme (5) aus zwei oder mehreren Träger (8) gebildet ist.
  4. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (8) aus einem Platinen-Material gefertigt ist.
  5. Trennvorrichtung (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Isolierkörper (4) elektrisch leitende Abschnitte angeordnet sind, wobei die elektrisch leitenden Abschnitte im Wesentlichen eine Ausdehnung aufweisen, welche Normal zu einer Verbindungslinie von der ersten Stellung zur zweiten Stellung ist.
  6. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (4) ein unter Lichtbogeneinwirkung ausgasendes Material aufweist.
  7. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (5) ein unter Lichtbogeneinwirkung ausgasendes Material aufweist.
  8. Trennvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (T) zur Abtrennung eines Überspannungsschutzelementes vorgesehen ist.
  9. Trennschalter mit einer kaskadierten Anordnung von zwei oder mehreren Trennvorrichtungen (T) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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DE201110000763 DE102011000763A1 (de) 2011-02-16 2011-02-16 Trennvorrichtung
PCT/EP2012/052528 WO2012110523A1 (de) 2011-02-16 2012-02-14 Trennvorrichtung

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Publication Number Publication Date
EP2676282A1 EP2676282A1 (de) 2013-12-25
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WO (1) WO2012110523A1 (de)

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