DE1044181B - Klystron amplifier with tuning devices - Google Patents
Klystron amplifier with tuning devicesInfo
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- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J25/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
- H01J25/10—Klystrons, i.e. tubes having two or more resonators, without reflection of the electron stream, and in which the stream is modulated mainly by velocity in the zone of the input resonator
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft einen nachstimrnbaren Klystronverstärker mit Temperaturkompensation der Abstimmung. Sie bezieht sich besonders auf ein Hochleistungsimpulsklystron, das mit hohem Verstärkungsgrad arbeitet und bei dem ein veränderliches Verhältnis von Impulsdauer zu Impulsfrequenz eingestellt werden kann und das sich zur Verwendung in Sendern mit konstanter Frequenz eignet. The invention relates to a resettable klystron amplifier with temperature compensation Poll. It particularly relates to a high-performance pulsed lystron, that works with a high degree of gain and with a variable ratio can be adjusted from pulse duration to pulse frequency and which is suitable for use in transmitters with constant frequency.
Bei vielen Anwendungszwecken, z. B. bei Radargeräten, ist es erwünscht, einen impulsgesteuerten Verstärker großer Leistung mit hohem Verstärkungsgrad und fester Frequenz zu verwenden. Bisher waren derartige Senderverstärker im allgemeinen nicht verfügbar, da es schwierig oder unmöglich war, alle diese gewünschten Eigenschaften in ein und derselben Röhre zu verwirklichen. Eine Hochleistungsröhre zeigt häufig Frequenzabweichungen, oder wenn die Frequenz starr gesteuert wurde, dann waren die Ausgangsleistung und der Verstärkungsgrad der Röhre stark beeinträchtigt.In many applications, e.g. B. in radars, it is desirable to use a pulse-controlled To use high power amplifiers with high gain and fixed frequency. So far were such transmitter amplifiers generally not available because it was difficult or impossible to get all of these to realize the desired properties in one and the same tube. A high performance tube often shows frequency drift, or if the frequency was rigidly controlled then the output power was and the gain of the tube is greatly affected.
Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, eine neue Röhrenanordnung zu schaffen, deren Resonanzkammern Abstimmvorrichtungen enthalten, welche mit Temperaturkompensationseinrichtungen zusammenwirken, damit die Röhre auch bei starken Schwankungen der umgebenden Temperatur und der Röhrentemperatur stabil arbeitet.It is therefore a main object of the invention to provide a new tube arrangement, its resonance chambers Contain tuning devices that interact with temperature compensation devices, so that the tube can be used even with strong fluctuations in the surrounding temperature and the tube temperature works stably.
Es ist bekannt, bei einer Röhre mit einem verstellbaren Resonator zur Kompensation von Frequenzänderungen eine parallele Verstellung des Resonators durch drei einander gleiche Ausdehnungskörper vorzunehmen. Diese Ausdehnungskörper befinden sich im Innern der evakuierten Röhrenhülle und sollen von außen beheizt werden, um eine entsprechende Veränderung des Resonators zu bewirken.It is known in a tube with an adjustable resonator to compensate for frequency changes make a parallel adjustment of the resonator by three equal expansion bodies. These expansion bodies are located inside the evacuated tube envelope and should be from be heated externally in order to bring about a corresponding change in the resonator.
Es ist ferner bekannt, bei einer Entladungsröhre einen flexiblen Wandteil vorzusehen, der über starre, im Vakuum angeordnete Zwischenglieder die flexible Wand eines Resonators verstellt. Dabei ist im Innern der Röhre eine ausdehnungsfähige Stütze angeordnet, die auf eine andere Wand des Resonators einwirkt, wodurch eine Änderung der Resonanzfrequenz des Resonators infolge Erwärmung im wesentlichen reduziert oder beseitigt werden soll.It is also known to provide a flexible wall part in a discharge tube, which has rigid, Intermediate members arranged in a vacuum adjust the flexible wall of a resonator. This is inside an expandable support is arranged on the tube, which acts on another wall of the resonator, whereby a change in the resonance frequency of the resonator due to heating is substantially reduced or should be eliminated.
Weiterhin ist es bekannt, zur Abstimmung eines Resonators die Größe des Resonators dadurch zu verändern, daß im Innern der Röhre ein Organ, das durch den Aufprall eines gesteuerten Elektronenstroms in einstellbarer Weise erwärmt wird, vorgesehen und mit dem frequenzbestimmenden Element mechanisch gekuppelt ist. Hierdurch soll ermöglicht werden, ohne äußeren Eingriff vom Innern der Röhre her die Abstimmung des Hohlraumresonators vorzunehmen. It is also known to change the size of the resonator in order to tune a resonator, that inside the tube an organ that is triggered by the impact of a controlled stream of electrons is heated in an adjustable manner, provided and with the frequency-determining element is mechanically coupled. This is to make possible without external intervention from the inside of the tube to make the tuning of the cavity resonator.
Klystronverstärker
mit AbstimmvorrichtungenKlystron Amplifiers
with tuning devices
Anmelder:Applicant:
Varian Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)Varian Associates,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7Representative: Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7th
Louis Thomas Zitelli, Palo Alto, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenLouis Thomas Zitelli, Palo Alto, Calif. (V. St. Α.),
has been named as the inventor
Es ist auch bekannt, bei einem Hohlraumresonator eine Kompensationseinrichtung vorzusehen, indem eine Abstimmplatte zunächst grob abgestimmt und dann durch Löten mit dem Rohr luftdicht verschlossen wird. Ein an der Abstimmplatte starr befestigter Abstimmstab befindet sich innerhalb der Kammer, die evakuiert wird. Der Stab ist von außen nicht zugänglich, so daß eine Nachstellung im Betrieb nicht mög-Hch ist.It is also known to provide a compensation device in a cavity resonator by a tuning plate initially roughly matched and then sealed airtight by soldering to the pipe will. A tuning rod rigidly attached to the tuning plate is located inside the chamber, the is evacuated. The rod is not accessible from the outside, so that readjustment during operation is not possible is.
Beim Erfindungsgegenstand dagegen wird ein Abstimmstab außerhalb des Vakuumraumes angeordnet, so daß es möglich ist, eine Feinabstimmung beim Betrieb vorzunehmen.With the subject of the invention, on the other hand, a tuning rod is placed outside the vacuum space, so that it is possible to fine-tune the operation.
Gemäß der Erfindung wird die Abstimm vor richtung in an sich bekannter Weise von mehreren Stäben aus Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten gebildet; außerdem ist ein Stab daran so angeordnet, daß er von außen leicht zugänglich und verstellbar ist.According to the invention, the tuning is made in a known manner from a plurality of rods in front of the device Formed materials with different coefficients of expansion; in addition, a rod is arranged on it in such a way that that it is easily accessible and adjustable from the outside.
Wenn es auch an sich bekannt ist, zur Temperaturkompensation mehrere Stäbe mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden, so können doch diese Einrichtungen sehr verschiedenartig ausgebildet sein. Die Erfindung ist daher auch auf die besondere Anordnung der Stäbe gerichtet und unterscheidet sich von bekannten Anordnungen, die z. B. bei Kompensationseinrichtungen von Kondensatoren verwendet wurden, schon dadurch, daß es bei der Verstärkerröhre notwendig ist, den Hochvakuumhohlraum im Innern der Röhre zu beeinflussen, der für den Betrieb frequenzbestimmend ist.Even if it is known per se, several rods with different expansion coefficients for temperature compensation to use, these facilities can be designed in very different ways be. The invention is therefore also directed to the particular arrangement of the rods and differs of known arrangements such. B. used in compensation devices of capacitors were, if only by the fact that it is necessary in the amplifier tube, the high vacuum cavity in the To influence inside the tube, which is frequency-determining for the operation.
So besteht z. B. bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung der verstellbare Stab aus einemSo there is z. B. in an embodiment according to the invention, the adjustable rod from one
«09 679/209«09 679/209
1 Ü44 löl1 Ü44 löl
Material mit verhältnismäßig hohem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, der mit dem biegsamen Wandungsteil an einem Ende verbunden ist, während zwei im Abstand daneben angeordnete Stäbe aus einem Material mit verhältnismäßig niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten mit ihren inneren Enden mit der Kammer auf gegenüberliegenden Seiten des verstellbaren Stabes verbunden sind und eine Ouerschiene mit dem äußeren Teil dieser Stäbe und in ihrem mittleren Teil mit dem verstellbaren Stab verbunden ist, derart, daß die Kammer bei Temperaturänderungen durch die verschiedenen thermischen Ausdehnungen aller Stäbe auf den Sollwert der Eigenfrequenz nachgestimmt wird.Material with a relatively high coefficient of thermal expansion, that of the flexible Wall part is connected at one end, while two spaced apart rods from a material with a relatively low coefficient of thermal expansion with their inner Ends connected to the chamber on opposite sides of the adjustable rod and one Ouerschiene with the outer part of these rods and in its middle part with the adjustable rod is connected in such a way that the chamber changes in temperature due to the various thermal Expansion of all rods is adjusted to the nominal value of the natural frequency.
Um eine individuelle Abstimmung der Resonanzkammer zu ermöglichen, ist vorzugsweise ein Differentialgewinde zwischen der Querschiene und dem Betätigungsstab vorgesehen.A differential thread is preferred in order to enable the resonance chamber to be individually adjusted provided between the cross rail and the operating rod.
Die Anordnung hat den Vorteil, daß die Mittel zur Temperaturkompensation, die auch dem Frequenzabgleich dienen, sich nicht im Vakuumteil der Röhre befinden, so daß sie.leicht zugänglich sind. Sie werden zweckmäßig durch eine Kappe umschlossen, die sie im wesentlichen auf der gleichen Temperatur hält wie die Resonanzkammer bzw. die Röhrenhülle.The arrangement has the advantage that the means for temperature compensation, which also the frequency adjustment are not in the vacuum part of the tube so that they are easily accessible. you will be expediently enclosed by a cap that keeps it at substantially the same temperature as that Resonance chamber or the tube shell.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. An exemplary embodiment is shown in the drawing.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht auf einen Verstärker gemäß der Erfindung;1 shows a view of an amplifier according to the invention;
Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch den Verstärker; Fig. 2 is an enlarged section through the amplifier;
Fig. 3 ist ein Teilschnitt nach der Linie X-X der Fig. 2, undFig. 3 is a partial section along the line XX of Fig. 2, and
Fig. 4 ist ein Teilschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2.FIG. 4 is a partial section along line 4-4 of FIG. 2.
In der Zeichnung ist eine Mehrkammer-Klystronröhrenanordnung 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Diese enthält einen Röhrenkörper 14, der aus einem massiven Block hergestellt ist. In Fig. 1 ist darüber hinaus nur der Sockel 8, der Rohransatz 9 sowie der Kühlrippenkörper 22 der Auffangelektrode und die Schutztreppe 63 der Abstimmvorrichtung erkennbar.In the drawing, a multi-chamber klystron tube arrangement 1 according to the invention is shown. This contains a tubular body 14 which is made from a solid block. In Fig. 1 is about it In addition, only the base 8, the pipe socket 9 and the cooling fin body 22 of the collecting electrode and the Protective stairs 63 of the tuning device can be seen.
Die Fig. 2 ermöglicht einen Blick in das Innere der Röhrenanordnung.FIG. 2 enables a view into the interior of the tube arrangement.
Ein Strahlerzeugungssystem 7 mit Fokussierung ist auf den Sockel 8 aufgesetzt, der seinerseits über einen isolierenden Rohransatz 9 und ein metallisches Rohr 10 mit einem ringförmigen Flansch 11 verbunden ist, der auf der Beschleunigungselektrode 12 oder der Anode sitzt. Diese Anode enthält eine zentrale konische Bohrung 13, die gegenüber dem Strahlerzeugungssystem 7 ausgerichtet ist. Das Strahlerzeugungssystem wird von einer Spannungsquelle 41 mit Heizstrom gespeist, während die Anode eine Beschleunigungsspannung von der Spannungsquelle 42 über einen Impulsmodulator 43 enthält.A beam generating system 7 with focusing is placed on the base 8, which in turn has a insulating pipe socket 9 and a metallic pipe 10 is connected to an annular flange 11, which sits on the acceleration electrode 12 or the anode. This anode contains a central conical Bore 13, which is aligned with the beam generation system 7. The beam generation system is fed from a voltage source 41 with heating current, while the anode is an acceleration voltage from the voltage source 42 via a pulse modulator 43.
Der gebündelte Strahl, der das Strahlerzeugungssystem 7 verläßt, durchläuft die Resonanzkammern 3, 4, 5 und 6 und wird von der Bohrung 20 einer Auffangelektrode 21 aufgenommen.The bundled beam leaving the beam generation system 7 passes through the resonance chambers 3, 4, 5 and 6 and is received by the bore 20 of a collecting electrode 21.
Die Resonanzkammern können alle unabhängig voneinander mit Hilfe einer kompensierenden Abstimmanordnung abgestimmt werden, die aus einem induktiven Seitenwandabstimmer besteht, der eine biegsame im wesentlichen oval geformte Scheibe 48 (s. besonders Fig. 3) aufweist. Die Scheibe 48 ist mit einer im wesentlichen oval verlaufenden Wellung oder Riefen 49 versehen, um die Biegsamkeit zu erhöhen; die Scheibe hat am Rand einen Flansch 51, der in eine Öffnung 50 eingesetzt und mit ihr dicht verbunden werden kann, wobei die abgesetzte Öffnung in der Seitenwandung der Kammer, z. B. der Kammer 6, vorgesehen ist. Die Scheibe 48 ist in der abgesetzten öffnung 50, z. B. durch Hartlöten, befestigt und hat einen Ansatz oder eine Auflage 52, die in ihrem mittleren Teil hart angelötet ist. Eine Schraube 53 aus rostfreiem Stahl ragt in diesen Ansatz hinein und ist in einer Vertiefung des Ansatzes 52 hart eingelötet. Außen ist sie in einen Aluminiumstab 54 eingeschraubt. Eine Madenschraube 55 kann vorgesehen sein, um die Schraube 53 in der eingestellten Lage in dem Stab 54 festzuhalten. Das äußere Ende des Stabes 54 ist bei 56 mit Gewinde versehen und ragt in die innere Gewindebohrung eines Schraubenbolzens 57 aus rostfreiem Stahl hinein, der seinerseits mit Gewinde durch den mittleren Teil einer Ouerschiene 58 hindurchgeht, deren äußere Enden von den äußeren Enden von Molybdänstiften 59 und 59' getragen wird. Die Stäbe 59 und 59' sind mit ihren inneren Enden in passenden Vertiefungen befestigt, die in der Seitenwand 2 der Resonanzkammern, welche auf der Unterseite durch die Abschlußplatte 2' verschlossen sind (s. besonders Fig. 4), vorgesehen sind. Die Stäbe 59 und 59' haben abgesetzte, mit Gewinde versehene äußere Enden zur Aufnahme von Muttern 60, um die Querträger 58 auf den Stäben in Stellung zu halten.The resonance chambers can all be independent of one another with the aid of a compensating tuning arrangement be matched, which consists of an inductive sidewall tuner, the one has flexible, substantially oval-shaped disc 48 (see particularly FIG. 3). The disk 48 is with a substantially oval-shaped corrugation or grooves 49 to increase flexibility; the disc has a flange 51 at the edge, which is inserted into an opening 50 and is tightly connected to it can be, wherein the stepped opening in the side wall of the chamber, for. B. Chamber 6, is provided. The disc 48 is in the remote opening 50, for. B. by brazing, attached and has an approach or a support 52 which is brazed in its central part. One screw 53 off Stainless steel protrudes into this approach and is hard soldered in a recess of the approach 52. On the outside it is screwed into an aluminum rod 54. A grub screw 55 can be provided to hold the screw 53 in the set position in the rod 54. The outer end of the rod 54 is threaded at 56 and protrudes into the internal threaded bore of a screw bolt 57 made of stainless steel, which in turn is threaded through the middle part of a crossbar 58 the outer ends of which are carried by the outer ends of molybdenum pins 59 and 59 '. The rods 59 and 59 'are secured with their inner ends in matching recesses in the side wall 2 of the resonance chambers, which are closed on the underside by the end plate 2 ' (See especially Fig. 4), are provided. The rods 59 and 59 'have stepped, threaded ones outer ends for receiving nuts 60 to hold cross members 58 in place on the bars.
Das äußere Ende des Schraubenbolzens 57 ist mitThe outer end of the screw bolt 57 is with
einem Schlitz 61 für einen Schraubenzieher versehen, um den Bolzen nach innen und außen gegenüber der Ouerschiene 58 schrauben zu können und ihn auch gleichzeitig gegenüber dem Aluminiumstab 54 nach innen und außen zu bewegen. Die Gewinde des Bolzens 57 und des Stiftes 54 haben eine etwas verschiedene Steigung, so daß eine Differentialwirkung zustände kommt, welche eine winzige Längsbewegung des Stabes 54 bewirkt, wenn der Schraubenbolzen 57 gedreht wird. Hierdurch ergibt sich eine sehr empfindliche Abstimmung der Resonanzkammer durch die Bewegung der biegsamen Scheibe 48. Wenn es also erwünscht ist, die Resonanzräume abzustimmen, um sie einander anzupassen oder die Röhrenfrequenz zu verändern, werden die verschiedenen Schraubbolzen 57 eingestellt, um die gewünschte Abstimmung zu erhalten, wobei die Muttern 62 angezogen werden können, um die gewünschte Abstimmung aufrecht zu erhalten. Infolge der Verwendung der Molybdänstäbe 59 und 59' und der Ouerschiene 58 in Verbindung mit dem Aluminiumstift 54 ergibt sich eine robuste und zuverlässige Vorrichtung zur selbsttätigen Kompensation der Temperatur, die automatisch Änderungen der Abmessungen der Resonanzkammern infolge von Temperaturschwankungen der Röhre und der Außentemperatur ausgleicht.provided a slot 61 for a screwdriver, in order to be able to screw the bolt inwards and outwards opposite the cross-rail 58 and also him to move inwards and outwards at the same time with respect to the aluminum rod 54. The threads of the bolt 57 and the pin 54 have a slightly different pitch, so that a differential effect would be comes, which causes a tiny longitudinal movement of the rod 54 when the screw bolt 57 is rotated. This results in a very sensitive tuning of the resonance chamber by the Movement of the flexible disk 48. So if it is desired to tune the resonance spaces to Adjusting them to each other or changing the tube frequency are the different bolts 57 adjusted to get the desired tuning, the nuts 62 can be tightened, to maintain the desired vote. As a result of the use of the molybdenum rods 59 and 59 'and the Ouerschiene 58 in connection with the aluminum pin 54 results in a robust and reliable device for automatic compensation of temperature that changes automatically the dimensions of the resonance chambers as a result of temperature fluctuations in the tube and the outside temperature compensates.
Wenn sich daher die Röhre beim Betrieb erwärmt, wodurch die Kammern 3, 4, 5 und 6 größer werden würden und sich die Ausgangsfrequenz der Röhre erniedrigen würde, ergibt der Unterschied der thermischen Ausdehnung der Aluminiumstäbe 54 und der Molybdänstäbe 59 und 59' eine Einwärtsbewegung der Membran oder Scheibe 48, die dazu führt, daß die Größe des betreffenden Resonanzraumes vermindert und daher die zunehmende Temperatur automatisch ausgeglichen wird. Um die Vorrichtung zur Kompensation der Temperatur mit der Temperatur des Röhrenkörpers beim Betrieb in noch näheren Austausch zu bringen, ist eine Kappe 63 aus einem plastischen Stoff oder einer plastischen Glasfaserkombination abnehmbar an dem Röhrenkörper befestigt und schließt die Abstimmvorrichtung ein. Wenn die Kappe 63 aufgesetzt ist, stimmt die Temperatur des RöhrenkörpersTherefore, when the tube heats up during operation, the chambers 3, 4, 5 and 6 become larger and the output frequency of the tube would decrease, the difference is the thermal Expansion of the aluminum rods 54 and the molybdenum rods 59 and 59 'an inward movement the diaphragm or disc 48, which causes the size of the resonance space concerned to be reduced and therefore the increasing temperature is automatically compensated for. To the device for compensation the temperature with the temperature of the tube body during operation in even closer exchange To bring a cap 63 made of a plastic material or a plastic fiberglass combination is removable attached to the tubular body and includes the tuning device. When the cap 63 is put on the temperature of the tube body is correct
1 U44 1 öl1 U44 1 oil
und der Kompensationsvorrichtung im wesentlichen überein, so daß eine automatische Abstimmkompensation gebildet wird, welche Temperaturschwankungen ausgleicht und welche die von der Röhre erzeugte Frequenz im wesentlichen konstant hält. Die Molybdänstäbe 59 und 59' haben einen sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, während der Aluminiumstab 54 einen hohen Ausdehnungskoeffizienten hat, so daß sich die gewünschte Kompensation ergibt.and the compensation device substantially coincide, so that an automatic tuning compensation is formed, which compensates for temperature fluctuations and which the one generated by the tube Keeps frequency essentially constant. The molybdenum rods 59 and 59 'have a very low thermal Expansion coefficient, while the aluminum rod 54 has a high expansion coefficient has, so that the desired compensation results.
Da die Kammern 3, 4, 5 und 6 aus einem massiven Material, wie z. B. Kupfer, herausgearbeitet sind, hat der Körper 2 gute Wärmeleitungseigenschaften und führt überschüssige Wärme schnell ab. Jeder einzelne Hohlraum kann durch Bohren oder durch Bearbeitung von zwei nebeneinanderliegenden Löchern hergestellt werden, die etwas auseinander liegen. Das Metall zwischen den Löchern wird, z. B. durch einen Fräser, entfernt, so daß jede Resonanzkammer zwei gegenüberliegende konkave Wandungen und zwei gegenüberliegende im wesentlichen ebene Wandungen aufweist, wobei eine der ebenen Wandungen die biegsame Abstimmembran oder Scheibe 48 enthält.Since the chambers 3, 4, 5 and 6 are made of a solid material, such as. B. copper, have worked out the body 2 has good thermal conductivity properties and dissipates excess heat quickly. Every single one Cavity can be made by drilling or by machining two adjacent holes that are slightly apart. The metal between the holes is e.g. B. by a milling cutter, removed so that each resonance chamber has two opposite concave walls and two opposite has substantially planar walls, one of the planar walls being the flexible one Tuning diaphragm or disk 48 contains.
Die Röhre gemäß der Erfindung ist besonders beim Bau von Sendern mit fester Frequenz sehr wertvoll. Eine typische Röhre, die im Bereich der Frequenzen von 3000 bis 10 000 MHz arbeitet, hat eine Verstärkung von 55 db und liefert mehr als 5 Kilowatt Impulsleistung in eine angepaßte Ausgangsleitung.The tube according to the invention is particularly valuable in the construction of fixed frequency transmitters. A typical tube operating in the frequency range from 3000 to 10,000 MHz has an amplification of 55 db and delivers more than 5 kilowatts of impulse power into an adapted output line.
Claims (4)
Deutsche Patentschriften Nr. 807 957, 835 766,
327;Considered publications:
German patents No. 807 957, 835 766,
327;
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| DEV9554A DE1044181B (en) | 1955-10-04 | 1955-10-04 | Klystron amplifier with tuning devices |
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1955
- 1955-10-04 DE DEV9554A patent/DE1044181B/en active Pending
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