WO1994009532A1 - Kontaktelement zum einpressen in bohrungen einer leiterplatte - Google Patents

Kontaktelement zum einpressen in bohrungen einer leiterplatte Download PDF

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WO1994009532A1
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press
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inlet area
section
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Roland Cuvelier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes

Definitions

  • the invention relates to a contact element for pressing into holes in a printed circuit board, with a pin-shaped section of rectangular basic cross-section, in each of which a groove offset laterally against the central axis and extending in the direction thereof is embossed on two opposite sides, so that an elastic groove Press-in zone is formed with an S-shaped or Z-shaped cross-sectional profile that is symmetrical with respect to the central axis.
  • Such contact elements are used to produce solder-free, electrically and mechanically permanent, gas-tight connections in plated-through holes in printed circuit boards and are designed in a wide variety of ways with press-in zones of different cross-sectional shapes, including the so-called letter press-in technique, such as one with a cross-section S- or Z-shaped elastic press-in zone.
  • press-in zones are provided with a rectangular basic shape of a pin-shaped section containing the press-in zone in the press-in contact elements known from EP 00 92 150 A 2, DE-GM 81 05 896 or US Pat. No. 4,223,970.
  • different requirements are placed on such press-in zones, which are usually not completely or only very difficult to meet with a solution.
  • Such requirements relate to the elasticity the press-in zone, its running-in behavior and the press-in and press-out forces, furthermore the axial load-bearing capacity (resistance to buckling) as well as the deformation in the circuit board bore and finally also the simplest possible manufacture.
  • the object of the invention is to optimize a contact element of the type mentioned at the outset with regard to the requirements mentioned.
  • each groove is laterally offset from the central axis and is stamped so deeply that a bulge protruding from the original material thickness of the rectangular basic shape is formed on the opposite side in addition to the groove stamped there.
  • the elastic press-in zone can be realized from a relatively thin sheet material with a thickness of approximately one third of the bore diameter.
  • the press-in zone has a high elasticity due to the large lever arm, which is formed by the deep embossments and the bulges that protrude beyond the original material thickness of the rectangular basic shape.
  • the press-in zone in the circuit board bore causes only slight deformations.
  • the S or Z-shaped press-in zone provided in the contact element according to the invention also achieves a soft running-in behavior of the contact element at low press-in forces. Furthermore, due to the large lever arm, much residual elasticity is retained in the pressed state.
  • the material is not excessively deformed in such a press-in zone, there are no weak points and the tension distribution is very even. This results in high squeezing forces.
  • simple manufacture of the contact element is possible in a few steps. Since the cross-sectional profile is also symmetrical with respect to the central axis, the contact element remains in the center of the bore regardless of the bore tolerances, so that a radial offset between the contact element and the bore is excluded. Finally, the cross-sectional profile increases the kink resistance of the original contact element enormously, so that there is a high kink resistance and thus a high axial load capacity and the contact element can transmit the press-in force reliably and safely. All of these advantages lead to a contact element that is optimized with regard to the different requirements.
  • the grooves are embossed so deeply that the thickness of the press-in zone at the point of the bulges is approximately twice the original material thickness of the rectangular basic shape.
  • the pressing of a contact element into a bore in a printed circuit board is usually facilitated by the fact that the contact element is formed by side bevels with a conically tapered inlet area.
  • the grooves and the bulges extend as far as the bevels of the running-in area.
  • the press-in zone extending into the tapered inlet area is particularly softly deformable.
  • a soft deformability of the press-in zone without consolidation towards the tip can, however, also be achieved in that the channels and the bulges extend to the beginning of the inlet area and immediately after the channels and bulges extend in the longitudinal direction of the inlet area Hole is provided.
  • This hole is advantageously designed such that it has an approximately triangular shape in the inlet area with rounded corners and side legs parallel to the bevels. As a result, the hole in the inlet area is at the bottom, so that the side legs can undergo a large twist with little force.
  • Fig. 1 a top view of a partial area of a contact element
  • Fig. 2 is a side view of the partial area according to FIG. l
  • Fig. 3 shows a section III-III through the press-in zone of the contact element according to FIG. 1 , 4 shows a partial view of a further contact element in plan view,
  • FIG. 5 is a side view of the portion of Figure 4 in section V-V,
  • Fig. 6 shows a section VI-VI through the press-in zone of the contact element according to Fig.
  • FIGS. 3 and 6 are schematic representations of the force and lever ratios of the press-in zone in FIGS. 3 and 6.
  • the partial area shown in FIG. 1 of the contact element 1 used for pressing into bores of a printed circuit board has a pin-shaped section 2 of a basic shape with a rectangular cross section, the original
  • the thickness of the section 2 is only about one third of the diameter of a circuit board bore.
  • the section 2 extends with two mutually parallel narrow sides 3 and 4 in the direction of the central axis 5 of the contact element and merges at the lower end into an inlet area 8 conically tapered by lateral bevels 6 and 7, to which the tip 9 of the contact element adjoins ⁇ closes.
  • FIG. 3 shows - the broad sides 10, 11 of the rectangular basic shape of the section 2, there is in each case a channel offset laterally against the central axis 5 and extending in the direction thereof 12 or 13 of approximately V-shaped cross-section are stamped into the contact element, so that an elastic press-in zone 14 is formed with an S-shaped or Z-shaped cross-sectional profile that is symmetrical with respect to the central axis.
  • Each groove 12 or 13 is laterally offset against the central axis 5 and so deeply embossed that on the opposite side next to that embossed there Channel 13 or 12 each have a bulge 15 or 16 protruding beyond the original material thickness of the rectangular basic shape.
  • the grooves 12, 13 are stamped so deeply that the thickness of the press-in zone 14 on the outside of the bulges 15, 16 is approximately twice the original material thickness of the rectangular basic shape.
  • a large lever arm H arises, which is created by the Z-center web 23, which is particularly long in this type of letter press-in technique, and approximately the same corresponds to twice the sheet thickness of section 2.
  • 3 also shows that the bulges 15, 16 on the outside and inside at the bottom of the channels 12, 13, as well as the edges of the rectangular basic shape, are rounded.
  • the thickness of the bulges is slightly less than the original material thickness.
  • the grooves 12, 13 and the bulges 15, 16 extend to the bevels 6, 7 of the inlet area 8.
  • the grooves begin at the upper end of section 2 at a vertical angle the upper line 18 cut into the central axis 5 and end at a lower line 19 likewise perpendicular to the central axis.
  • the grooves 12a, 13a and the bulges 15a, 16a in the exemplary embodiment of a contact element la shown in FIGS. 4 to 6 only extend up to at the beginning of the inlet area 8a.
  • the channels and bulges form a press-in zone 14 and 14a with a Z-shaped cross-sectional profile, as shown in FIGS.
  • the channels 12a and 13a run out at an acute angle at the top and bottom, with - as FIG. 4 clearly shows - following the channels 12a, 13a and the bulges 15a, 16a
  • Hole 20 extending in the longitudinal direction of the inlet area 8a is provided, which has an approximately triangular shape with rounded corners and side legs 21, 22 parallel to the bevels 6a, 7a.
  • the hole 20 is arranged centrally with respect to the central axis 5 of the contact element.

Landscapes

  • Multi-Conductor Connections (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

In einen stiftförmigen Abschnitt (2) des Kontaktelementes (1) sind an zwei einander gegenüberliegenden Seiten (10, 11) gegen die Mittelachse (5) seitlich versetzte Rinnen (12, 13) so eingeprägt, daß durch über die ursprüngliche Materialdicke der rechteckigen Grundform des Abschnitts (2) hervortretende Ausbuchtungen (15, 16) eine elastische Einpreßzone (14) mit einem symmetrischen, S- oder Z-förmigen Querschnittsprofil gebildet ist. Die Einpreßzone läßt sich aus relativ dünnem Blechmaterial einfach herstellen, besitzt eine hohe Elastizität und weiches Einlaufverhalten und führt bei hoher Knicksicherheit zu niedrigen Einpreß- und hohen Auspreßkräften.

Description

Kontaktelement zum Einpressen in Bohrungen einer Leiterplatte
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement zum Einpressen in Bohrungen einer Leiterplatte, mit einem stiftförmigen Abschnitt von im Querschnitt rechteckiger Grundform, in den an zwei einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine gegen die Mittelachse seitlich versetzte, sich in deren Richtung erstreckende Rinne eingeprägt ist, so daß eine elastische Einpreßzone mit einem in bezug auf die Mittelachse symmetrischen, S- oder Z-förmigen Querschnitts- profil gebildet ist.
Derartige Kontaktelemente dienen zur Herstellung lötfreier, elektrisch und mechanisch dauerhafter, gasdichter Verbindungen in durchkontaktierten Bohrungen von Leiterplatten und sind in vielfältigster Art und Weise mit Einpreßzonen von unterschiedlicher Querschnittsform ausgebildet, so auch in der sogenannten Buchstaben -Ein¬ preßtechnik, wie z.B. mit einer im Querschnitt S- oder Z-förmigen elastischen Einpreßzone. Solche Einpreßzonen sind bei rechteckiger Grundform eines die Einpreßzone enthaltenden stiftförmigen Abschnittes bei den durch die EP 00 92 150 A 2, das DE-GM 81 05 896 oder die US-PS 4,223,970 bekannten Kontaktelementen in Einpreßtechnik vorgesehen. An derartige Einpreßzonen werden je nach den gegebenen Umständen und Anwendungsfällen unterschiedliche Anforderungen gestellt, die mit einer Lösung meist nicht vollständig oder nur sehr schwierig erfüllbar sind. Der¬ artige Anforderungen beziehen sich auf die Elastizität der Einpreßzone, deren Einlaufverhalten und auf die Ein- und Auspreßkräfte, ferner auf die axiale Belastbarkeit (Knicksicherheit) sowie auf die Deformation in der Leiter¬ plattenbohrung und schließlich auch auf eine möglichst einfache Herstellbarkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontakt- element der eingangs genannten Art im Hinblick auf die genannten Anforderungen zu optimieren.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Rinne derart gegen die Mittelachse seitlich versetzt und so tief eingeprägt ist, daß an der gegenüber¬ liegenden Seite neben der dort eingeprägten Rinne jeweils eine über die ursprüngliche Materialdicke der rechteckigen Grundform hervortretende Ausbuchtung gebildet ist.
Bei einem derartigen Kontaktelement läßt sich die elastische Einpreßzone aus relativ dünnem Blechmaterial von einer Dicke mit etwa ein Drittel des Bohrungsdurch¬ messers realisieren. Dabei weist die Einpreßzone infolge des großen Hebelarmes, der durch die tiefen Einprägungen und die über die ursprüngliche Materialdicke der recht¬ eckigen Grundform hervortretenden Ausbuchtungen gebildet wird, eine hohe Elastizität auf. Infolgedessen verursacht die Einpreßzone in der Leiterplattenbohrung nur geringe Deformationen. Durch die bei dem erfindungsgemäßen Kontaktelement vorgesehene S- oder Z-förmige Einpreßzone wird außerdem ein weiches Einlaufverhalten des Kontakt - elementes bei niedrigen Einpreßkräften erzielt. Ferner bleibt durch den großen Hebelarm viel Rest-Elastizität im eingepreßten Zustand erhalten. Der Werkstoff wird bei einer derartigen Einpreßzone nicht übermässig verformt, es gibt keine Schwachstellen und die Spannungsverteilung ist sehr gleichmäßig. Dadurch ergeben sich hohe Auspre߬ kräfte. Außerdem ist eine einfache Herstellung des Kontaktelementes in wenigen Schritten möglich. Da das Querschnittsprofil auch symmetrisch in bezug auf die Mittelachse ist, bleibt das Kontaktelement unabhängig von den Bohrungstoleranzen mittig in der Bohrung, so daß ein radialer Versatz zwischen dem Kontaktelement und der Bohrung ausgeschlossen ist. Schließlich erhöht das Querschnittsprofil die Knickfestigkeit des ursprünglichen Kontaktelementes enorm, so daß sich eine hohe Knick¬ sicherheit und damit eine hohe axiale Belastbarkeit ergibt und das Kontaktelement die Einpreßkraft zuverlässig und sicher übertragen kann. Diese Vorteile führen in ihrer Gesamtheit zu einem im Hinblick auf die unterschiedlichen Anforderungen optimierten Kontaktelement.
Im Hinblick auf die Erzielung eines großen Hebelarms und damit einer besonders hohen Elastizität der Einpreßzone ist es zweckmäßig, wenn die Rinnen so tief eingeprägt sind, daß die Dicke der Einpreßzone an der Stelle der Aus¬ buchtungen etwa der doppelten ursprünglichen Materialdicke der rechteckigen Grundform ist.
Das Einpressen eines Kontaktelementes in eine Bohrung einer Leiterplatte wird üblicherweise dadurch erleichtert, daß das Kontaktelement durch seitliche Abschrägungen mit einem konisch verjüngten Einlaufbereich ausgebildet ist. Bei einer in bezug auf das Einlaufverhalten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktelementes ist vorgesehen, daß sich die Rinnen und die Ausbuchtungen bis zu den Abschrägungen des Einlaufbereichs erstrecken. Dadurch ist die sich bis in den verjüngten Einlaufbereich erstreckende Einpreßzone besonders weich ver formbar.
Eine weiche Verformbarkeit der Einpreßzone ohne Ver¬ festigung zur Spitze hin kann aber auch dadurch erreicht werden, daß sich die Rinnen und die Ausbuchtungen bis zum Beginn des Einlaufbereiches erstrecken und unmittelbar im Anschluß an die Rinnen und Ausbuchtungen ein sich in Längs¬ richtung des Einlaufsbereichs erstreckendes Loch vorge¬ sehen ist.
In vorteilhafter Weise ist dieses Loch so gestaltet, daß es im Einlaufbereich eine etwa dreieckige Form mit ab¬ gerundeten Ecken und zu den Abschrägungen parallelen Seitenschenkeln aufweist. Dadurch liegt das Loch im Einlaufbereich ganz unten, so daß die Seitenschenkel mit wenig Kraft eine große Verdrehung mitmachen können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig . 1 in Draufsicht e inen Teilbere ich eines Kontakt ¬ elementes ,
Fig . 2 eine Seitenans icht des Teilbereiches nach Fig . l ,
Fig . 3 einen Schnitt III-III durch di e Einpreßzone des Kontaktele mentes nach Fig . 1 , Fig. 4 in Draufsicht einen Teilbereich eines weiteren Kontaktelementes,
Fig. 5 eine Seitenansicht des Teilbereiches nach Fig.4 im Schnitt V-V,
Fig. 6 einen Schnitt VI-VI durch die Einpreßzone des Kontaktelementes nach Fig. und
Fig. 7 in sche atischer Darstellung die Kraft- und Hebel- Verhältnisse der Einpreßzone in den Fig. 3 und 6.
Der in Fig. 1 dargestellte Teilbereich des zum Einpressen in Bohrungen einer Leiterplatte dienenden Kontaktelementes 1 besitzt einen stiftförmigen Abschnitt 2 von im Quer- schnitt rechteckiger Grundform, wobei die ursprüngliche
Dicke des z.B. aus einem relativ dünnen Blechmaterial be¬ stehenden Abschnittes 2 nur etwa ein Drittel des Durch¬ messers einer Leiterplattenbohrung ist. Der Abschnitt 2 erstreckt sich mit zwei zueinander parallelen Schmalseiten 3 und 4 in Richtung der Mittelachse 5 des Kontaktelementes und geht am unteren Ende in einen durch seitliche Ab¬ schrägungen 6 und 7 konisch verjüngten Einlaufbereich 8 über, an den sich die Spitze 9 des Kontaktelementes an¬ schließt. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten, die - wie die Schnittdarstellung nach Fig.3 zeigt - die Breit¬ seiten 10,11 der rechteckigen Grundform des Abschnittes 2 sind, ist jeweils eine gegen die Mittelachse 5 seit¬ lich versetzte, sich in deren Richtung erstreckende Rinne 12 bzw. 13 von etwa V-förmigem Querschnitt in das Kontakt- element eingeprägt, so daß eine elastische Einpreßzone 14 mit einem in bezug auf die Mittelachse symmetrischen, S- oder Z-förmigen Querschnittsprofil gebildet ist. Dabei ist jede Rinne 12 bzw. 13 derart gegen die Mittelachse 5 seitlich versetzt und so tief eingeprägt, daß an der gegenüberliegenden Seite neben der dort eingeprägten Rinne 13 bzw. 12 jeweils eine über die ursprüngliche Materialdicke der rechteckigen Grundform hervortretende Ausbuchtung 15 bzw. 16 gebildet ist. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die Rinnen 12,13 so tief eingeprägt, daß die Dicke der Einpreßzone 14 an der Außenseite der Ausbuchtungen 15,16 etwa der zweifachen ur¬ sprünglichen Materialdicke der rechteckigen Grundform ist. Dadurch entsteht - wie die Fig.7 verdeutlicht - beim Ein¬ wirken der Verformungskräfte auf die Einpreßzone 14 in Richtung der Pfeile 17 ein großer Hebelarm H, der durch den bei dieser Art von Buchstaben-Einpreßtechnik besonders langen Z-Mittelsteg 23 entsteht und etwa der zweifachen Blechdicke des Abschnittes 2 entspricht. Die Fig. 3 zeigt ferner noch, daß die Ausbuchtungen 15,16 außen und innen am Grund der Rinnen 12,13 ebenso wie auch die Kanten der rechteckigen Grundform abgerundet sind. Außerdem ist die Dicke der Ausbuchtungen etwas geringer als die ursprüngliche Materialdicke.
Bei dem Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes 1 nach den Fig. 1 bis 3 erstrecken sich die Rinnen 12,13 und die Ausbuchtungen 15,16 bis zu den Abschrägungen 6,7 des Einlaufbereichs 8. Dabei beginnen die Rinnen am oberen Ende des Abschnitts 2 an einer senkrecht zur Mittelachse 5 eingeschnittenen oberen Linie 18 und enden an einer ebenfalls zur Mittelachse senkrechten unteren Linie 19. Dagegen erstrecken sich die Rinnen 12a, 13a und die Aus¬ buchtungen 15a, 16a bei dem in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes la nur bis zum Beginn des Einlaufbereichs 8a. Bei beiden Aus¬ führungsbeispielen bilden die Rinnen und Ausbuchtungen eine Einpreßzone 14 bzw. 14a mit einem - wie die Fig.3 und 6 zeigen - Z-förmigen Querschnittsprofil mit über die ur¬ sprüngliche Materialdicke der rechteckigen Grundform her- vortretenden Ausbuchtungen 15,16 bzw. 15a,16a. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 laufen die Rinnen 12a und 13a oben und unten in einem spitzen Winkel aus, wobei - wie die Fig. 4 deutlich zeigt - im Anschluß an die Rinnen 12a, 13a und die Ausbuchtungen 15a, 16a ein sich in Längsrichtung des Einlaufbereichs 8a er¬ streckendes Loch 20 vorgesehen ist, das eine etwa drei¬ eckige Form mit abgerundeten Ecken und zu den Abschräg¬ ungen 6a, 7a parallelen Seitenschenkeln 21,22 aufweist. Das Loch 20 ist mittig in bezug auf die Mittelachse 5 des Kontaktelementes angeordnet.

Claims

Patentansprüche
.1. Kontaktelement zum Einpressen in Bohrungen einer
Leiterplatte, mit einem stiftförmigen Abschnitt (2) von im Querschnitt rechteckiger Grundform, in den an zwei einander gegenüberliegenden Seiten (10,11) jeweils eine gegen die Mittelachse (5) seitlich versetzte, sich in deren Richtung erstreckende Rinne (12 bzw. 13) eingeprägt ist, so daß eine elastische Einpreßzone (14) mit einem in bezug auf die Mittelachse (5) symmetrischen, S- oder Z-förmigen Querschnittsprofil gebildet ist, Q d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jede Rinne
(12 bzw. 13) derart gegen die Mittelachse (5) seitlich versetzt und so tief eingeprägt ist, daß an der gegenüber¬ liegenden Seite neben der dort eingeprägten Rinne (13 bzw.12) jeweils eine über die ursprüngliche Materialdicke 5 der rechteckigen Grundform hervortretende Ausbuchtung (15 bzw. 16) gebildet ist.
2. Kontaktelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rinnen 0 (12,13) so tief eingeprägt sind, daß die Dicke der
Einpreßzone (14) an der Stelle der Ausbuchtungen (15,16) etwa der doppelten ursprünglichen Materialdicke der recht¬ eckigen Grundform ist.
5 3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Aus¬ buchtungen (15,16) außen und innen am Grund der Rinnen (12,13) abgerundet sind.
0
5
4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kontaktelement (1) durch seitliche Abschrägungen (6,7) mit einem konisch verjüngten Einlaufbereich (8) ausge- bildet ist.
5. Kontaktelement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die Rinnen (12,13) und die Ausbuchtungen (15,16) bis zu den Abschrägungen (6,7) des Einlaufbereichs (8) erstrecken.
6. Kontaktele ent nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die Rinnen (12a, 13a) und die Ausbuchtungen (15a, 16a) bis zum Beginn des Einlaufbereiches (8a) erstrecken und unmittel¬ bar im Anschluß an die Rinnen (12a, 13a) und Ausbuchtungen (15a, 16a) ein sich in Längsrichtung des Einlau fsbereichs (8a) erstreckendes Loch (20) vorgesehen ist.
7. Kontaktelement nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Loch (20) im Einlaufbereich (8a) eine etwa dreieckige Form mit abgerundeten Ecken und zu den Abschrägungen (6a, 7a) parallelen Seitenschenkeln (21,22) aufweist.
PCT/DE1993/000775 1992-10-08 1993-08-25 Kontaktelement zum einpressen in bohrungen einer leiterplatte WO1994009532A1 (de)

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DE9213611U1 (de) 1992-12-03

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