EP2729775A2 - Thermometer - Google Patents

Thermometer

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EP2729775A2
EP2729775A2 EP12726041.2A EP12726041A EP2729775A2 EP 2729775 A2 EP2729775 A2 EP 2729775A2 EP 12726041 A EP12726041 A EP 12726041A EP 2729775 A2 EP2729775 A2 EP 2729775A2
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EP
European Patent Office
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coupling piece
insulating sleeve
thermometer
temperature sensor
housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12726041.2A
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English (en)
French (fr)
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Jalal CHENGAOU
Kai Hämel
Sebastian HOLLUNDER
Martin KUBICZEK
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402Association of measuring or protective means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/42Circuits effecting compensation of thermal inertia; Circuits for predicting the stationary value of a temperature
    • G01K2007/422Dummy objects used for estimating temperature of real objects
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402Association of measuring or protective means
    • H01F2027/406Temperature sensor or protection

Definitions

  • the present invention relates to a thermometer, in particular for determining the
  • Winding temperature of an electrical power transformer Winding temperature of an electrical power transformer.
  • a hollow sensor is arranged in a dip tube for installation in a liquid-filled transformer tank, which is surrounded by an insulating tube, which in turn is wrapped with an electrical heating resistor, which in turn is surrounded by another insulating tube.
  • an electrical heating resistor which in turn is surrounded by another insulating tube.
  • Heat transfer is set in the direction of the probe and coolant, that measured by the probe temperature of the respective average or maximum
  • Winding temperature of the power transformer corresponds.
  • the immersion sensor is installed in the transformer tank in such a way that the immersion sleeve dips into the coolant of the transformer. This depends on the
  • the transformer is therefore associated with a current transformer which detects the current flowing through the transformer current.
  • Temperature sensor is assigned and thereby generates one of the respective
  • Calibration can be obtained in this indirect way, an indication of the average or maximum winding temperature for a given current load of the power transformer, d. H. the display of the heated temperature sensor downstream display device in a thermal image of the processes within the power transformer. The display can then be carried out after a corresponding amplification of the measurement signals in a more or less distant control room. Alternatively, it is also possible to electronically process the respective measured values in a control and regulation system,
  • Thermometer installed, which are acted upon indirectly via a separate from the filling of the transformer filling with the temperature of the transformer filling.
  • the thermometers used for this process are therefore equipped with a heater, a mechanical and an electrical sensor.
  • the heater has intentional thermal contact with the surrounding housing tube in contact with the fluid. This contact is formed by a polymeric cladding and an air gap.
  • the heater is divided into two heating elements, one of which surrounds the inner arranged mechanical temperature sensor and the second surrounds the arranged inside the electronic temperature sensor.
  • thermometer described in DE 89 1 1 078 U1 changes its characteristic thermal parameters with changes in air pressure or temperature. Another disadvantage is that the thermometer described thermally separates the mechanical and electrical temperature sensor from each other.
  • Deviations within the tolerances of each subsystem lead to significant discrepancies of the two temperature readings. To prevent this costs a considerable effort.
  • thermometer in particular for determining the winding temperature of an electrical power transformer, in which the influences of the ambient temperature or of the air pressure on the determined temperature values are eliminated and, at the same time, the deviations of the measured values between electrical and mechanical temperature sensors are largely the same can be reduced.
  • the subclaims relate to particularly advantageous developments of the invention.
  • the invention-essential aspect is to be used in a thermometer for
  • Heating element within a made of a thermally conductive material
  • Insulating sleeve and the tubular housing can be reached.
  • the heating element, the electrical and the mechanical temperature sensor in one
  • Thermal resistance to the surrounding liquid is additionally formed by a solid thermal insulator, without getting in the interstices within the
  • thermometers can form air cushion, a total of one
  • thermometer 1 shows a thermometer according to the invention in a lateral
  • Figure 2 shows a thermometer according to the invention in a plan view.
  • thermometer 1 according to the invention is shown in a side sectional view.
  • the thermometer 1 is enclosed by an outer, tubular housing 2, which has an open end 3 and a closed end 4.
  • an outer, tubular housing 2 Within the housing 2 is made of a good heat conducting material
  • Coupling piece 5 which has a plurality of precisely fitting recesses, which are shown in Figure 2, for receiving a heating element 6, a mechanical temperature sensor 7 and an equipped with two sensor elements electrical temperature sensor 8. Between the inner wall of the housing 2 and the outer wall of the coupling piece 5 made of a heat-stable material insulating sleeve 9 is narrow fits, so that ultimately no air gap between the housing 2, the insulating sleeve 9 and the coupling piece 5 can form.
  • the thermal resistance within the coupling piece 5 compared to the internal thermal resistance of the insulating sleeve 9 is so low that it can be assumed that an overall isothermal arrangement of the thermometer 1.
  • the coupling piece 5 can be made for example of an aluminum alloy, while the
  • Insulating sleeve 9 for example made of polyetheretherketone, also called PEEK, may be produced.
  • the heat transfer resistance of the coupling piece 5 to the insulating sleeve 9 and the heat transfer resistance of the insulating sleeve 9 to that of the housing 2 are determined by the geometric dimensions of the coaxially chosen construction of the thermometer 1 significantly not determined by the intervening air gap, since this is very small, i. ⁇ 0.1 mm, and thus when looking at the thermal
  • FIG. 2 shows a sectional view of the plan view of the invention
  • thermometer 1 Well visible from this illustration is the coaxial structure of the thermometer 1 according to the invention, consisting of the outer housing 2, the subsequent insulating sleeve 9 and the coupling piece 5 for receiving the
  • Heating element 6 the mechanical temperature sensor 7 and the electrical
  • Temperature sensor 8 These latter components 6, 7 and 8 are in, provided in the coupling piece 5, a plurality of recesses 10, 1 1 and 12 added, in particular inserted therein. The simple insertion of the heating element 6, the mechanical
  • Temperature sensor 7 and the electrical temperature sensor 8 in the coupling piece 5 allows a particularly uncomplicated replacement of these components 6, 7 and 8 in case of a defect or possibly pending maintenance.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermometer, insbesondere zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators. Der erfindungswesentliche Aspekt besteht dabei darin, bei einem Thermometer zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators einen elektrischen Temperaturfühler sowie einen mechanischen Temperaturfühler und ein Heizelement innerhalb eines, aus einem wärmeleitenden Werkstoff gefertigten Koppelstückes anzuordnen und zwischen einer Außenwandung des Kopplungsstückes und einer Innenwandung des Gehäuses eine Isolierhülse aus einem wärmestabilen Werkstoff vorzusehen, wobei das Gehäuse, die Isolierhülse und das Koppelstück einen koaxialen Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes bilden, derart, dass damit definierbare Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück, der Isolierhülse und dem rohrförmigen Gehäuse, geschaffen werden.

Description

Thermometer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermometer, insbesondere zur Ermittlung der
Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren, das sich mit der indirekten Messung der Wicklungstemperatur an Leistungstransformatoren beschäftigt, ist aus der DE 89 1 1 078 U1 bekannt. Bei diesem Verfahren ist in einer Tauchhülse für den Einbau in einen mit Flüssigkeit gefüllten Transformatorenkessel ein hohler Messfühler angeordnet, der von einem Isolierschlauch umgeben ist, der wiederum mit einem elektrischen Heizwiderstand umwickelt wird, der seinerseits von einem weiteren Isolierschlauch umhüllt ist. Mit Hilfe eines Stromwandlers wird ein der Belastung des Transformators proportionaler Strom über den Heizwiderstand geleitet, dessen Größe derart auf den Heizwiderstand und den
Wärmedurchgang in Richtung des Messfühlers und Kühlmittels eingestellt ist, dass die von dem Messfühler gemessene Temperatur der jeweiligen mittleren oder maximalen
Wicklungstemperatur des Leistungstransformators entspricht.
Der Tauchfühler wird dabei derart in dem Transformatorenkessel eingebaut, dass die Tauchhülse in der Kühlflüssigkeit des Transformators eintaucht. Hierbei hängt die
Temperaturdifferenz zwischen Transformatorenwicklung und Kühlflüssigkeit vom jeweiligen Strom in dieser Wicklung ab. Dem Transformator ist daher ein Stromwandler zugeordnet, der den über den Transformator fließenden Strom erfasst. Der Sekundärstrom dieses
Stromwandlers ist nunmehr dem über den Transformator fließenden Strom proportional. Der genannte Signalstrom fließt anschließend über einen Heizwiderstand, der dem
Temperaturfühler zugeordnet ist und erzeugt dadurch einen der jeweiligen
Transformatorenbelastung entsprechenden Anzeigeverlauf gegenüber der tatsächlich gemessenen Öltemperatur. Aufgrund einer vor der Inbetriebnahme vorgenommenen
Kalibrierung kann man auf diese indirekte Weise eine Anzeige der mittleren oder maximalen Wicklungstemperatur bei gegebener Strombelastung des Leistungstransformators erhalten, d. h. die Anzeige eines dem beheizten Temperaturfühler nachgeschalteten Anzeigegeräts in ein thermisches Abbild der Vorgänge innerhalb des Leistungstransformators. Die Anzeige kann dann nach einer entsprechenden Verstärkung der Messsignale in einer mehr oder weniger weit entfernten Schaltwarte erfolgen. Es ist alternativ auch möglich, die betreffenden Messwerte in einer Steuer- und Regelanlage elektronisch weiter zu verarbeiten,
beispielweise zu optischen und/oder akustischen Warnsignalen. Dieses Verfahren zur Nachbildung und Anzeige der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators hat sich grundsätzlich in der Praxis bewährt. Hierin werden
Thermometer verbaut, die mittelbar über eine von der Füllung des Transformators getrennte Füllung mit der Temperatur der Transformatorfüllung beaufschlagt werden. Die für dieses Verfahren verwendeten Thermometer sind also mit einer Heizung, einem mechanischen und einem elektrischen Fühler ausgestattet. Die Heizung hat einen gewollten thermischen Kontakt zum umgebenden, mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden, Gehäuserohr. Dieser Kontakt wird durch eine polymere Umhüllung sowie einen Luftspalt gebildet. Die Heizung ist in zwei Heizelemente aufgeteilt, deren eines den im inneren angeordneten mechanischen Temperaturfühler umgibt und deren zweites den im inneren angeordneten elektronischen Temperaturfühler umschließt.
Der thermische Kontakt zum umgebenden, mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden, Gehäuserohr ist maßgeblich durch den Luftspalt und dessen Wärmewiderstand bestimmt. Die Luft in diesem Spalt ist jedoch nicht hermetisch eingeschlossen. Der Wärmewiderstand von Luft ist jedoch seinerseits wiederum von deren Dichte und somit direkt vom Druck sowie von der Temperatur abhängig. Daher verändert das in der DE 89 1 1 078 U1 beschriebene Thermometer seine charakteristischen thermischen Parameter mit Änderung des Luftdrucks oder der Temperatur. Weiterhin nachteilig ist, dass das beschriebene Thermometer den mechanischen und elektrischen Temperaturfühler thermisch voneinander trennt.
Abweichungen innerhalb der Toleranzen jedes Teilsystems führen dadurch zu deutlichen Diskrepanzen der beiden Temperaturanzeigewerte. Dieses zu unterbinden kostet einen erheblichen Aufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Thermometer, insbesondere zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators, anzugeben, bei dem die Einflüsse der Umgebungstemperatur oder des Luftdrucks auf die ermittelten Temperaturwerte eliminiert sind und dabei gleichzeitig die Abweichungen der Messwerte zwischen elektrischen und mechanischen Temperaturfühler weitestgehend reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Thermometer mit den Merkmalen des ersten
Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Der erfindungswesentliche Aspekt besteht dabei darin, bei einem Thermometer zur
Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen Leistungstransformators einen elektrischen Temperaturfühler sowie einen mechanischen Temperaturfühler und ein
Heizelement innerhalb eines, aus einem wärmeleitenden Werkstoff gefertigten
Koppelstückes anzuordnen und zwischen einer Außenwandung des Kopplungsstückes und einer Innenwandung des Gehäuses eine Isolierhülse aus einem wärmestabilen Werkstoff vorzusehen, wobei das Gehäuse, die Isolierhülse und das Koppelstück einen koaxialen Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes bilden, derart, dass damit definierbare
Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück, der
Isolierhülse und dem rohrförmigen Gehäuse, erreichbar sind. Indem erfindungsgemäß das Heizelement, der elektrische und der mechanische Temperaturfühler in einem
gemeinsamen, gut wärmeleitenden Koppelstück angeordnet werden und der
Wärmewiderstand zur umgebenden Flüssigkeit zusätzlich durch einen festen thermischen Isolator gebildet ist, ohne dass sich in den Zwischenräumen innerhalb des
erfindungsgemäßen Thermometers Luftpolster bilden können, wird insgesamt ein
Thermometeraufbau geschaffen, der in seinem thermischen Ersatzschaltbild deutlich vereinfacht wurde und damit letzten Endes genauere Messwerte liefert. Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Figuren noch beispielhaft näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Thermometer in einer seitlichen
Schnittdarstellung und einer Draufsicht
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Thermometer in einer Draufsicht.
In der Figur 1 ist das erfindungsgemäße Thermometer 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Dabei ist das Thermometer 1 von einem äußeren, rohrförmig ausgebildeten Gehäuse 2 umschlossen, das ein offenes Ende 3 und ein geschlossenes Ende 4 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein aus einem gut wärmeleitendem Material gefertigtes
Koppelstück 5 vorgesehen, das mehrere passgenaue Ausnehmungen, die in Figur 2 gezeigt werden, zur Aufnahme eines Heizelementes 6, eines mechanischen Temperaturfühlers 7 sowie eines mit zwei Fühlerelementen ausgestatteten elektrischen Temperaturfühler 8 aufweist. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses 2 und der Außenwandung des Koppelstückes 5 ist eine aus einem wärmestabilen Werkstoff gefertigte Isolierhülse 9 eng einpasst, so dass sich damit letzten Endes kein Luftspalt zwischen dem Gehäuse 2, der Isolierhülse 9 und dem Koppelstück 5 bilden kann. Insgesamt betrachtet ergibt sich damit durch das Gehäuse 2, die Isolierhülse 9 und dem Koppelstück 5 ein koaxialer Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes, derart, dass damit definierbare Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppeistück 5, der Isolierhülse 9 und dem rohrförmigen Gehäuse 2, geschaffen werden. Dadurch wird erfindungsgemäß eine Anordnung
bereitgestellt, deren Wärmewiderstand innerhalb des Koppelstückes 5 im Vergleich zu dem inneren Wärmewiderstand der Isolierhülse 9 so gering ist, dass von einer isothermen Gesamtanordnung des Thermometers 1 ausgegangen werden kann. Das Koppelstück 5 kann dabei beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein, während die
Isolierhülse 9 beispielsweise aus Polyetheretherketon, auch PEEK genannt, hergestellt sein kann. Der Wärmeübergangswiderstand des Koppelstückes 5 zu dem der Isolierhülse 9 und der Wärmeübergangswiderstand der Isolierhülse 9 zu dem des Gehäuses 2 sind durch die geometrischen Abmessungen des koaxial gewählten Aufbaus des Thermometers 1 maßgeblich nicht durch den dazwischen befindlichen Luftspalt bestimmt, da dieser sehr klein, d.h. <0,1 mm, gehalten wird und damit bei der Betrachtung des thermischen
Ersatzschaltbildes vernachlässigbar ist.
Die Figur 2 zeigt in Schnittdarstellung die Draufsicht auf das erfindungsgemäße
Thermometer 1 . Gut ersichtlich aus dieser Darstellung wird der koaxiale Aufbau des erfindungsgemäßen Thermometers 1 , bestehend aus dem äußeren Gehäuse 2, der sich daran anschließenden Isolierhülse 9 und dem Koppelstück 5 zur Aufnahme des
Heizelements 6, des mechanischen Temperaturfühlers 7 sowie des elektrischen
Temperaturfühlers 8. Diese letztgenannten Bauteile 6, 7 und 8 sind in, in dem Koppelstück 5 vorgesehenen, mehreren Ausnehmungen 10, 1 1 und 12 aufgenommen, insbesondere darin eingeschoben. Das einfache Einschieben des Heizelements 6, des mechanischen
Temperaturfühlers 7 sowie des elektrischen Temperaturfühlers 8 in das Koppelstück 5 ermöglicht dabei einen besonders unkomplizierten Austausch dieser Bauteile 6, 7 und 8 bei einem Defekt oder eventuell anstehenden Wartungsarbeiten.

Claims

Patentansprüche
1 . Thermometer zur Ermittlung der Wicklungstemperatur eines elektrischen
Leistungstransformators,
aufweisend ein rohrförmiges Gehäuse mit einem geschlossenen und einem offenen Ende, wobei innerhalb des rohrförmigen Gehäuses ein elektrischer sowie ein mechanischer Temperaturfühler und ein Heizelement angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet.
dass das Heizelement (6), der elektrische Temperaturfühler (8) sowie der mechanische Temperaturfühler (7) innerhalb eines, aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff gefertigten, Koppelstückes (5) angeordnet sind,
dass zwischen der Äußenwandung des Kopplungsstückes (5) und der Innenwandung des Gehäuses (2) eine Isolierhülse (9) aus einem wärmestabilen Werkstoff vorgesehen ist, und dass das Gehäuse (2), die Isolierhülse (9) und das Koppelstück (5) einen koaxialen Aufbau ohne Belassung eines Luftspaltes bilden, derart, dass damit definierbare
Wärmeübergänge zwischen den einzelnen Bauteilen, nämlich dem Koppelstück (5), der Isolierhülse (9) und dem rohrförmigen Gehäuse (2), erreichbar sind.
2. Thermometer nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Koppelstück (5) als einstückiges Formteil ausgebildet ist, das mehrere
Ausnehmungen (10, 1 1 und 12) aufweist, in die der mechanische Temperaturfühler (7) sowie der elektrische Temperaturfühler (8) und das Heizelement (6) ohne Belassung eines Luftspaltes einschiebbar sind.
3. Thermometer nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Koppelstück (5) aus einem im Vergleich zu der Isolierhülse (9) um vielfaches besser wärmeleitenden Stoff hergestellt ist.
4. Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Koppelstück (5) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
5. Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Isolierhülse (9) aus Polyetheretherketon gefertigt ist.
6. Thermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der innere Wärmewiderstand des Werkstoffes des Koppelstückes (5) im Vergleich zu dem inneren Wärmewiderstand des Werkstoffes der Isolierhülse (9) deutlich geringer ist, derart, dass dadurch eine isotherme Gesamtanordnung des Thermometers 1 geschaffen wird.
EP12726041.2A 2011-07-09 2012-05-25 Thermometer Withdrawn EP2729775A2 (de)

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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EP (1) EP2729775A2 (de)
KR (1) KR20140040800A (de)
CN (1) CN103649699A (de)
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DE (1) DE102011107006B4 (de)
RU (1) RU2014104508A (de)
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