DE10312714A1 - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anker (2) axial lediglich durch einen ersten Luftspalt (9) von dem Innenpol (11) und durch einen zweiten Luftspalt (10) von dem Außenpol (12) beabstandet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung der elektromagnetisch betätigbaren Kupplung.
- Elektromagnetisch betätigbare Kupplungen sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Abwandlungen bekannt.
- Eine erste aus dem betriebsinternen Stand der Technik bekannte elektromagnetisch betätigbare Kupplung, von der die Erfindung ausgeht, weist ein von einer Welle koaxial durchsetztes und im Axialschnitt U-förmiges Magnetgehäuse auf, wobei der erste Schenkel der U-Form des Magnetgehäuses einen im Querschnitt ringförmigen Innenpol und der zweite Schenkel einen im Querschnitt ringförmigen Außenpol bilden.
- Bei der elektromagnetisch betätigbaren Kupplung gemäß diesem betriebsinternen Stand der Technik ist das Magnetgehäuse und damit auch die Wicklung feststehend. Das feststehende Magnetgehäuse umschließt die Welle nicht unmittelbar. Vielmehr befindet sich koaxial zwischen dem feststehenden Magnetgehäuse und der Welle ein mit der Welle verbundener und daher mit dieser mitrotierender Magnetkörper. Dieser mitrotierende Magnetkörper umgreift das Magnetgehäuse. Der das Magnetgehäuse umgreifende Teil des Magnetkörpers befindet sich im axialen Zwischenraum zwischen dem feststehenden Magnetgehäuse und einem axial beweglich und drehbar angeordneten Anker.
- Weiterhin weist die elektromagnetisch betätigbare Kupplung eine in dem Magnetgehäuse koaxial zwischen dem Innenpol und dem Außenpol angeordnete Wicklung auf. Bei einer Erregung der Wicklung wird der Anker durch das Magnetgehäuse axial angezogen und betätigt dabei ein Kupplungselement.
- Der Magnetkörper dient weiterhin als Träger eines ringförmigen, in axialer Richtung zwischen dem feststehenden Magnetgehäuse und dem Anker angeordneten Reibbelags. Der bei Erregung der Wicklung durch das Magnetgehäuse axial angezogene Anker tritt dabei mit dem Reibbelag und den Polen in reibschlüssigen Kontakt und bildet dabei zusammen mit diesem das vorstehend erwähnte Kupplungselement.
- Weiterhin ist aus dem betriebsinternen Stand der Technik eine zweite Ausführungsvariante bekannt, bei der die Kupplung nicht mit einem Magnetkörper ausgestattet ist sondern mitrotierend unmittelbar in das Magnetgehäuse eingesetzt ist. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, Schleifringkontakte vorzusehen, über die die Spule mit elektrischem Strom zur Betätigung des Kupplungselements versorgt wird.
- Obwohl sich derartige Kupplungen dem Grunde nach bewährt haben, besteht weiterer Verbesserungsbedarf.
- Die Aufgabe der Erfindung wird daher darin gesehen, eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung vorzustellen, welche einfacher und damit kostengünstiger herstellbar ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen oder Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß ist bei einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung der gattungsgemäßen Art der Anker relativ zu dem Magnetgehäuse drehbeweglich. Darüber hinaus ist er axial lediglich durch einen ersten Luftspalt von dem Innenpol und durch einen zweiten Luftspalt von dem Außenpol des Magnetgehäuses beabstandet.
- Gegenüber einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung der erstgenannten aus dem betriebsinternen Stand der Technik bekannten Art hat die erfindungsgemäße Ausführung den Vorteil, dass der sonst bei schleifringlosen Kupplungen übliche Magnetkörper entfällt und eine kompakte Bauweise erreicht wird. Damit wird zum einen die Zahl der notwendigen Einzelteile als auch die mitrotierende Gesamtmasse reduziert. Der Aufbau einer Kupplung aus weniger Einzelteilen impliziert jedoch regelmäßig eine vereinfachte Montage und damit auch eine Kostenreduktion bei der Herstellung der elektromagnetisch betätigbaren Kupplung.
- Der Verzicht auf den Magnetkörper hat jedoch auch weiterhin zur Folge, dass die elektromagnetisch betätigbare Kupplung kleiner und kompakter ausgeführt werden kann. Dadurch lässt sich das Gesamtgewicht der Kupplung noch einmal deutlich reduzieren.
- Die Verringerung der mitrotierenden Masse führt darüberhinaus zur Erhöhung der Leistungsdichte. Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen Kupplung eine gegenüber herkömmlichen Kupplungen verringerte Geräuschentwicklung festgestellt werden.
- Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass das Magnetgehäuse selbst feststeht also ortsfest ist, und die Welle in diesem feststehenden bzw. ortsfesten Magnetgehäuse drehbeweglich und axial gelagert ist.
- Zwar kann man sich auch vorstellen, das Magnetgehäuse mit der Wicklung drehbeweglich auszuführen, jedoch sind in diesem Fall Schleifkontakte notwendig, welche bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante entfallen.
- Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, dass das Kupplungselement koaxial zwischen der Welle und dem Innenpol des Magnetgehäuses angeordnet ist. Diese integrierte Anordnung im Innenbereich des Erregersystems bestehend aus Magnetgehäuse und Wicklung stellt eine besonders platzsparende Ausführungsvariante dar. In Kombination mit der integrierten Lagerung der Welle ist eine Minimierung sämtlicher auf den ersten Arbeitsluftspalt und den zweiten Arbeitsluftspalt wirkenden Axialtoleranzen möglich. Die elektromagnetisch betätigbare Kupplung lässt sich sehr einfach, bspw. durch Verstemmen, Verkleben, Verschrauben, Vernieten oder dergleichen auf Position montieren.
- Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Kupplungselement ein Lamellenpaket mit von einem Außenlamellenträger getragenen Außenlamellen und von einem Innenlamellenträger getragenen Innenlamellen ist. Diese Ausführungsform eines Kupplungselements lässt sich besonders einfach im Innenbereich des Erregersystems platzieren. Vorzugsweise ist in diesem Fall der Anker mit dem Außenlamellenträger und die Welle mit dem Innenlamellenträger drehfest verbunden. Beim Betätigen des Kupplungselements mittels des Ankers wird der gesamte Außenlamellenträger mit integrierter Druckplatte gegenüber dem Innenlamellenträger mit integrierter Endplatte verschoben. Die einzelnen Lamellen gelangen dabei in Reibeingriff. Ein Drehmomentfluss ist damit vom Anker auf die Welle oder umgekehrt möglich.
- Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Kupplungselement ein erstes, eine Stirnverzahnung aufweisendes Übertragungselement umfasst, welches drehfest mit dem Anker verbunden ist und ein zweites, ebenfalls eine Stirnverzahnung aufweisendes Übertragungselement, welches drehfest mit der Welle verbunden ist. Auch dieses Kupplungselement lässt sich im Innenbereich des vorstehend beschriebenen Erregersystems anordnen.
- Die Einzelteile der jeweiligen Kupplungselemente sind bevorzugt aus einem bruchfesten und temperaturbeständigen Kunststoff hergestellt. In Kombination mit der kompakten, kleinen Bauform der jeweiligen Kupplungselemente lassen sich elektromagnetisch betätigbare Kupplungen herstellen, welche gegenüber herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ein deutlich reduziertes Gewicht haben.
- In beiden Ausführungsformen der Kupplungselemente als Lamellenpaket bzw. als Übertragungselemente mit in Eingriff verbringbaren Stirnverzahnungen kann eine einfache Anpassung der übertragbaren Kupplungsmomente an den besonderen Anwendungsfall vorgenommen werden. Bei einem Lamellenpaket wird dies vorzugsweise durch die Vorgabe der Anzahl der Lamellensätze bewerkstelligt, bei einer Zahnkupplung durch Variation der entsprechenden Zahngeometrie. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der Verschiebeweg des Ankers beim Betätigen der Kupplung gering gehalten wird. Dies führt zu einer signifikanten Geräuschreduzierung.
- Eine weitere Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen elektromagnetisch betätigbaren Kupplungen sieht eine Vorspannfeder vor, welche den Anker derart in Bezug auf die Innen-/Außenpole des Magnetgehäuses hält, das sich zwischen dem Anker und diesen fest vorgegebene Luftspaltweiten einstellen. Bevorzugt erzeugt die Vorspannfelder ein Restmoment.
- Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der Anker mit einem An-/Abtriebsrad starr verbunden ist. Insbesondere kann dieser unmittelbar in das An-/Abtriebsrad eingespritzt sein. Eine starre Verbindung lässt sich jedoch beispielsweise auch mittels einer in Eingriff stehenden Verzahnung realisieren. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in einer weiteren Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades (Leistungsdichte) sowie einer daraus resultierenden möglichen Kostenreduktion bei der Herstellung.
- Eine derartiges abgeschlossenes, kompaktes und vorgespanntes Kupplungssystem eignet sich insbesondere zum rationellen Einbau in einen Heckklappenantrieb eines Kraftfahrzeugs. Konkret wird die elektromagnetisch betätigbare Kupplung in den Leistungsstrang eines Heckklappenantriebs zum motorischen Antrieb von Heckklappen (Öffnen bzw. Schließen) in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hierbei wird der motorische Antrieb beim Öffnen bzw. Schließen der Heckklappe zugeschaltet. Die Kupplung übernimmt die Aufgabe, den Leistungsstrang zum Motor bzw. Getriebe bei Stromausfall aufzutrennen und bei betriebskritischen Zuständen (z.B. Fremdkrafterkennung infolge eines Fremdkörpers zwischen der Heckklappe und dem Laderaum) die Heckklappenendstufe und die Heckklappe zu trennen.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Lamellenkupplung im Axialhalbschnitt -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Zahnkupplung im Axialhalbschnitt. - Die
1 zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Lamellenkupplung im Axialhalbschnitt, die2 zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigbare Zahnkupplung im Axialhalbschnitt. - Beide Kupplungen weisen folgende Komponenten in Übereinstimmung auf:
Zentraler Bestandteil beider Kupplungen ist ein ringförmiges und im Axialschnitt U-förmig ausgeführtes Magnetgehäuse B. Dieses Magnetgehäuse8 ist von einer Ab- bzw. Antriebswelle3 koaxial durchsetzt. - Der eine Schenkel des im Axialschnitt U-förmingen Magnetgehäuses
8 bildet einen im Querschnitt ringförmigen Innenpol11 , der andere Schenkel bildet einen im Querschnitt ringförmigen Außenpol12 . Vorliegend bilden die Querschnitte von Innenpol11 und Außenpol12 eine Kreisform, es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass diese eine polygonale oder sonstwie geschlossene ringförmige Querschnittsform aufweisen. - In dem Magnetgehäuse
8 ist koaxial zwischen dem Innenpol11 und dem Außenpol12 eine Wicklung1 angeordnet. Diese Wicklung1 wird von einem Spulenkörper1.1 getragen, welcher im wesentlichen mit dem Magnetgehäuses8 verstemmt wird. - Weiterhin ist ein ringförmiger Anker
2 Bestandteil der elektromagnetisch betätigbaren Kupplung. Dieser ringförmige Anker2 befindet sich in axialer Richtung an der Stirnseite des Magnetgehäuses8 . Von dem Innenpol11 bzw. dem Außenpol12 ist dieser Anker2 durch die beiden Luftspalte9 und10 getrennt. Bei Erregung der Wicklung1 entsteht ein geschlossener Magnetfluss13 über Anker2 , Luftspalt9 , Innenpol11 , Außenpol12 , Luftspalt10 zurück zum Anker2 . Dadurch entsteht eine magnetische Kraft, derart, dass der Anker2 mit einer Axialkraft in Richtung Magnetgehäuse8 beaufschlagt wird. - In den vorliegenden Beispielen gemäß den
1 und2 ist das Magnetgehäuse8 jeweils feststehend und die Ab-/Antriebswelle3 gegenüber diesem feststehenden Magnetgehäuse8 drehbeweglich ausgeführt. Auch der Anker2 ist relativ zu dem Magnetgehäuse8 drehbeweglich. - Dieser Anker
2 ist in beiden Ausführungsbeispielen formschlüssig, dreh- und verschiebefest mit einem An- bzw. Abtriebsrad6 mit Außenverzahnung6.1 verbunden. Im Ausführungsbeispiel gemäß der1 ist der Anker2 in das vorzugsweise aus Kunststoff bestehende An- bzw. Abriebsrad6 eingespritzt. Im Ausführungsbeispiel gemäß der2 erfolgt die Fixierung des An- bzw. Abtriebrads6 an dem Anker2 mittels einer entsprechenden Verschraubung oder Vernietung. - An der Ab-/Antriebswelle
3 ist ein Ab-/Antriebsrad7 mit Außenverzahnung7.1 angebracht. - Ein über das An-/Abtriebsrad
6 eingeleitetes Drehmoment ist in beiden Ausführungsbeispielen gemäß den1 und2 über ein entsprechendes Kupplungselement auf die Ab-/Antriebswelle3 und damit auf das Ab-/Antriebsrad7 übertragbar und umgekehrt. Die jeweiligen Kupplungselemente sind koaxial zwischen der jeweiligen Ab-/Antriebswelle3 und dem Innenpol11 des Magnetgehäuses8 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der1 ist das Kupplungselement in der Art einer Lamellenkupplung ausgeführt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der2 handelt es sich um eine sog. Zahnkupplung. - Die Lamellenkupplung entsprechend der
1 ist in an sich bekannter Art und Weise ausgeführt. Sie basiert wie übliche Mehrscheiben-Lamellenkupplungen auf mehreren im allgemeinen als Lamellen bezeichneten Reibscheiben. Eine erste Gruppe dieser Lamellen, die sog. Außenlamellen5 , sind auf einem hier mit dem Anker2 gekoppelten Außenlamellenträger17 und die zweite Gruppe dieser Lamellen, die sog. Innenlamellen4 , sind auf einem hier mit der Ab-/Antriebswelle3 gekoppelten Innenlamellenträger18 angeordnet. Die Lamellen4 ,5 der beiden Gruppen greifen, ein Lamellenpaket bildend, ineinander. Hierbei sind die Außenlamellen5 und die Innenlamellen4 verschiebbar und dabei paarweise mit deren aneinander grenzenden Stirnflächen in Reibeingriff verbringbar. Die axial verschiebliche aber drehstarre Verbindung zwischen Innenlamellenträger18 und Innenlamellen4 bzw. Außenlamellenträger17 und Außenlamellen5 wird dadurch erreicht, dass der Innenlamellenträger18 eine Außenverzahnung18.1 und die Innenlamellen4 eine hierzu korrespondierende Innenverzahnung4.1 sowie der Außenlamellenträger17 eine Innenverzahnung17.1 und die Außenlamellen5 eine hierzu korrespondierende im wesentlichen form- und funktionskomplementäre Außenverzahnung5.1 aufweisen. - Beim Betätigen der Kupplung durch Erregung der Wicklung
1 wird die einstückig mit dem Außenlamellenträger17 verbundene Druckplatte17.2 auf die Stirnfläche einer ersten Lamelle4 gedrückt, welche das gesamte Lamellenpaket gegen eine starr mit dem Innenlamellenträger18 verbundene Endplatte18.2 drückt, welche selbst gegen eine mit dem Magnetgehäuse8 verstemmten axiale Lagerscheibe18.3 gedrückt wird. Im vorliegenden Fall erfolgt dies gegen die Federkraft der Tellerfeder16.1 , welche den Anker 2 im unbelasteten Zustand unter Erzeugung eines Restmomentes in einer vordefinierten Position hält. - Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einer elektromagnetisch betätigbaren, schleifringlosen Zahnkupplung nach
2 besteht das eigentliche Kupplungselement aus zwei Übertragselementen14 ,15 . Diese Übertragungselemente14 ,15 sind im Innenbereich des Erregersystems angeordnet, wobei deren Stirnseiten aneinander grenzen und gegeneinander ausgerichtet sind. Diese Stirnseiten tragen jeweils Stirnverzahnungen14.1 ,15.1 , welche mittels des Ankers2 entgegen der Kraft einer Schraubenfeder16.2 in Eingriff verbringbar sind. -
- 1
- Wicklung
- 1.1
- Spulenkörper
- 2
- Anker
- 3
- Ab- bzw. Antriebswelle
- 4
- Innenlamelle
mit Innenverzahnung
4.1 - 4.1
- Innenverzahnung
der Innenlamelle
4 - 5
- Außenlamelle
mit Außenverzahnung
5.1 - 5.1
- Außenverzahnung
der Außenlamelle
5 - 6
- An-
bzw. Antriebsrad mit Außenverzahnung
6.1 - 6.1
- Außenverzahnung
des An- bzw. Abtriebrades
6 - 7
- Ab-
bzw. Antriebsrad mit Außenverzahnung
7.1 - 7.1
- Außenverzahnung
des Ab- bzw. Antriebsrads
7 - 8
- Magnetgehäuse
- 9
- erster Luftspalt
- 10
- zweiter Luftspalt
- 11
- Innenpol
- 12
- Außenpol
- 13
- Magnetfluss
- 14
- erstes Übertragselement
- 14.1
- Stirnverzahnung
- 15
- zweites Übertragungselement
- 15.1
- Stirnverzahnung
- 16.1
- Vorspannfeder (Tellerfeder)
- 16.2
- Vorspannfeder (Schraubenfeder)
- 17
- Außenlamellenträger mit
Innenverzahnung
17.1 - 17.1
- Innenverzahnung
des Außenlamellenträgers
17 - 17.2
- Druckplatte
- 18
- Innenlamellenträger mit
Außenverzahnung
18.1 - 18.1
- Außenverzahnung
des Innenlamellenträgers
18 - 18.2
- Endplatte
- 18.3
- axiale Lagerscheibe
Claims (13)
- Elektromagnetisch betätigbare Kupplung – mit einem von einer Welle (
3 ) koaxial durchsetzten und im Axialschnitt U-förmingen Magnetgehäuse (8 ), dessen erster Schenkel einen im Querschnitt ringförmigen Innenpol (11 ) und dessen zweiter Schenkel einen im Querschnitt ringförmigen Außenpol (12 ) bilden, – mit einer in dem Magnetgehäuse (8 ) koaxial zwischen dem Innenpol (11 ) und dem Außenpol (12 ) angeordneten Wicklung (1 ), – mit einem bei der Erregung der Wicklung (1 ) durch das Magnetgehäuse (8 ) axial angezogenen Anker (2 ) zum Betätigen eines Kupplungselements (4 ,5 ,17.2 ,18.2 ;14 ,15 ), welcher relativ zu dem Magnetgehäuse (8 ) drehbeweglich ist dadurch gekennzeichnet, dass – der Anker (2 ) axial lediglich durch einen ersten Luftspalt (9 ) von dem Innenpol (11 ) und durch einen zweiten Luftspalt (10 ) von dem Außenpol (12 ) beabstandet ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach Anspruch 1, daddurch gekennzeichnet, dass die Welle (
3 ) in dem feststehenden Magnetgehäuse (8 ) drehbeweglich und axial gelagert ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, daddurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (
4 ,5 ,17.2 ,18.2 ;14 ,15 ) koaxial zwischen der Welle (3 ) und dem Innenpol (11 ) angeordnet ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, daddurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement ein Lamellenpaket mit von einem Außenlamellenträger (
17 ) getragenen Außenlamellen (5 ) und von einem Innenlamellenträger (18 ) getragenen Innenlamellen (4 ) ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach Anspruch 4, daddurch gekennzeichnet, dass der Anker (
2 ) mit dem Außenlamellenträger (17 ) und die Welle (3 ) mit dem Innenlamellenträger (18 ) drehfest verbunden sind. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daddurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement ein erstes eine Stirnverzahnung (
14.1 ) aufweisendes erstes Übertragungselement (14 ) umfasst, welches drehfest mit dem Anker (2 ) verbunden ist und ein zweites, eine Stirnverzahnung (15.1 ) aufweisendes Übertragungselement (15 ), welches drehfest mit der Welle (3 ) verbunden ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, daddurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannfeder (
16.1 ,16.2 ) vorgesehen ist, welche den Anker (2 ) die Weite des ersten Luftspalts (9 ) und die Weite des zweiten Luftspalts (10 ) festlegend hält. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüchen,daddurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannfelder (
16.1 ,16.2 ) vorgesehen ist, welche den Anker (2 ) das Kupplungselement (4 ,5 ,17.2 ,18.2 ,14 ,15 ) mit einem Restmoment betätigend hält. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, daddurch gekennzeichnet, dass der Anker (
2 ) mit einem An-/Abtriebsrad (6 ) drehfest verbunden ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach Anspruch 9, daddurch gekennzeichnet, dass der Anker (
2 ) in das An-/Abtriebsrad (6 ) eingespritzt ist. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach Anspruch 9 oder 10, daddurch gekennzeichnet, dass der Anker (
2 ) und das An-/Abtriebsrad (6 ) ineinander greifende Verzahnungen aufweisen. - Elektromagnetisch betätigbare Kupplung nach Anspruch 9, daddurch gekennzeichnet, dass das An-/Abtriebsrad (
6 ) und der Außenlamellenträger (17 ) einstückig ausgeführt sind. - Verwendung einer elektromagnetisch betätigbaren Kupplung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen im Leistungsstrang eines Heckklappenantriebs für ein Kraftfahrzeug.
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|---|---|---|---|
| DE2003112714 DE10312714A1 (de) | 2003-03-21 | 2003-03-21 | Elektromagnetisch betätigbare Kupplung |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=32946049
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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