DE1243770B - Gleichstromversorgungsschaltung mit Transistorsperrschwinger - Google Patents
Gleichstromversorgungsschaltung mit TransistorsperrschwingerInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^j^^ PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
G05f
H02p
DeutscheKl,: 21c -67/10
Nummer: 1243 770
Aktenzeichen: 116416 VIII h/21 c
Anmeldetag: 12. Mai 1959
Auslegetag; 6. Juli 1967
Im Hauptpatent 1084 3.06 ist ein Transistorsperrschwinger beschrieben, dessen Magnetkern ein Material
mit rechteckförmiger Hysteresisschleife besitzt. Auf diesem Magnetkern ist eine Magnetisierungs-,
eine Rückkopplungs,. eine Auskopplungs- und eine Rückstellwicklung angebracht, der über einen Steuertransistor
eine in der Amplitude veränderliche Steuerspannung zugeführt wird, so daß jeweils in der
Schaltpause eine vorbestimmte Entmagnetisierung des Magnetkerns eintritt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schaltung nach dem Hauptpatent in vorteilhafter
Weise so auszugestalten, daß. die Verwendung in einer Gleichstromversorgungsschaltung die Abgabe
einer nahezu, konstanten Ausgangsspannung gestattet.
Dies wird gemäß, der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Auskopplungswicklung mit dem Steuereingang
eines Leistungstransistars verbunden ist, der in an sich bekannter Weise im leitenden Zustand
eine Gleichstromquelle mit einem Ausgangsspannungsteiler verbindet und im Takt der vom Sperrschwinger
abgegebenen Schwingung geöffnet und geschlossen wird, und daß die. Differenz zwischen
einer am Ausgangsspannungsteiler abgegriffenen Spannung und einer Bezugsspannung auf den Steuereingang
des Steuertransistors einwirkt, dessen Wirkung auf die Rückstellung durch eine zweite Rückstellwieklung
unterstützt wird, die in Serie mit einem i?C-Glied an die Speisegleichspannungsquelle des
Sperrschwingertransistors angeschlossen ist, so daß bei Verringerung der auf die Emitterbasisstrecke
des Sperrschwingertransistors aus der Rückkopplungswicklung induzierten Spannung zufolge Überlastung
der Sperrschwingertransistor abgeschaltet wird.
Aus dieser Maßnahme ergibt sich die vorteilhafte Verwendung in einem Gleichspannungsregler. Es
sind zwar bereits Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen für Regelungszwecke ebenfalls eine
- Gleichstromquelle über einen impulslängengesteuerten Leistungstransistor mit einer Last verbunden ist.
Diese Tatsache als solche ist aber nicht Gegenstand vorliegender Erfindung, da es im vorliegenden Fall
darauf ankommt, die Anspreehbereitschaft auf gerringe Regelspannungsunterschiede zu erhöhen, um
die Wirkungsweise solcher Regelanordnungen zu verbessern, und zwar- so, daß praktisch die Regelungszeitkonstante vernachlässigt werden kann.
Gemäß, einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist parallel zum Ausgangsspannungsteiler
ein zweiter Spannungsteiler geschaltet, der zur Bildung einer Bezugsspannung dient
Gleichstromversorgungsschaltung mit
Transistorsperrsehwinger
Transistorsperrsehwinger
Zusatz zum Patent? 1 084 306
Anmelder:
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft m, b, H.,
Sindelf ingen, Tübinger Allee 49
Als Erfinder benannt:
Ayhan HakimoglurApalachin, N. Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
Beanspruchte Priorität:
V. St. ν, Amerika vom 13, Mai 1958 (735 031) - -
und aus einer Zenerdiode. und einem Widerstand gebildet wird. Hierbei ist der Mittelabgriff des, Ausgangsspannungsteilers
mit dem Emitter eines den Steuertransistor steuernden Vortransistors und mit dem Kollektor- des Steuertransistors verbunden,
welcher Kollektor über eine während der Entmagnetisierung des Magnetkerns leitende Diode mit der
ersten RücksteUwicldung verbunden ist. Außerdem ist der Verbindungspunkt, zwischen Zenerdiode und
Widerstand mit der Basis des Vortransistors verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist. ein Ende der Auskopplungswicklung sowohl am
die Basis des Leistungstransistors als mch an das RC-Glied angeschlossen, während das andere Ende
mit dem einen PqI der Speisegleichspanmmgsquelle des Sperrschwingertransistors verbunden ist, so daß
die Auskopplungswicklung gleichzeitig die Aufgabe der zweiten Rückstellwicklung übernimmt. Außerdem
ist hierbei der Emitter; des Leistungstransistors mit einem Ende einer Strombegrenzerwieklung verbunden,
deren anderes Ende an den Ausgangsspannungsteiler geführt ist, so daß, der Strom in der
Magnetisierungswicklung entsprechend der Belastung geändert und der Sperrschwingertransistor beeinflußt
wird.
Auf diese. Weise wird mit verhältnismäßig geringem Aufwand erreicht^ daß unter Währung der Be-
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triebssicherheit die Regelungszeitkonstante in ihrer Wirkung die Betriebsweise der Schaltungsanordnung
nicht beeinträchtigen kann.
Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung an Hand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.
Der Transistorsperrschwinger 10 besitzt gemäß F i g. 1 einen Magnetkern 11 aus einem Material mit
nahezu rechteckiger Hystereseschleife, auf dem sich die Wicklungen Ni, Nl1 N3, N4 und NC befinden.
Die Wicklung Nl ist dabei über die Emitterkollektorstrecke eines Transistors TRI an eine Speisegleichspannungsquelle
El angeschlossen und dient zum Erzeugen eines Kraftlimenflusses im Magnetkern 11
in positiver Richtung (Pfeil 1). Die Wicklung N 2 ist im entgegengesetzten Sinne an die SpeisegleichspannungsquelleEl
angeschlossen, um die Rückstellung des Magnetflusses im Magnetkern 11 herbeiführen zu
können. Ein aus einem KondensatorCc und einem Widerstand Rc bestehendes erstes .RC-Glied hegt als
Strombegrenzer in Serie mit der Rückstellwicklung N2. Die Wicklung N4 Hegt im Stromkreis der Basis
und des Emitters des Transistors TRI. Hierdurch wird die Rückkopplung zur Sättigung des Transistors
während der Erzeugung des Magnetflusses herbeigeführt. Zwischen dem Emitter des Transistors TRI
und dem entsprechenden Ende der WicklungiV 4 ist ein zweites aus einem Widerstand Rb und einem
Kondensator Cb bestehendes .RC-Glied eingeschaltet, das den Basisstrom des Transistors Till so steuert,
daß der Transistor beim Auftreten des Kraftlinienftusses im Magnetkernll zur Sättigung gebracht
wird, wobei die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes die Schaltzeit des Transistors TRI bestimmt.
Die AusgangswicklungiV 3 liegt mit ihrem einen Ende an der Basis eines Transistors TRS und mit
ihrem anderen Ende sowohl am Emitter des Transistors TR 5 als auch am Eingang eines Filterkreises
12. Der Kollektor des Transistors TR 5 liegt an einem Pol einer weiteren Speisegleichspannungsquelle E3,
deren anderer Pol an den zweiten Eingang des Filterkreises 12 angeschlossen ist. Während der
Rückstellung des Magnetkerns 11 fließt durch die Steuerwicklung Nc und über eine Diode Dc ein
Strom. Die Steuerung der Rückstellzeit erfolgt durch einen parallel zur Steuerwicklung Nc geschalteten 5"
Transistor TR 2.
Das Filter 12 besteht aus einer Drossel L, die zwischen den zweiten Eingang des Filters 12 und damit
den anderen Pol der Speisegleichspannungsquelle E3 und den einen Pol des Lastkreises 13 geschaltet ist,
und aus einem Filterkondensator Cf. Eine Diode Df Hegt zwischen den beiden Eingängen des Filters 12,
so daß der Drossel L während des Steuer- und Rückstellhalbzyklus ein Strom zugeführt wird.
Die Vergleichseinrichtung 13 zum Soll-Ist-Wertvergleich besteht aus einem parallel zur Last RL geschalteten
Spannungsteiler, der sich aus einem Widerstand 21 und einem Potentiometer 22 zusammensetzt,
und aus einem weiteren parallelgeschalteten Spannungsteiler, der aus einem Widerstand 23 und einer
Zenerdiode Z gebildet wird.
Die an die VerbindungsIeitung zwischen Widerstand 23 und Zenerdiode Z angeschlossene Leitung
dient zur Zuführung eines nahezu feststehenden Bezugspotentials an die Basis eines weiteren Transistors
TR3. Der Emitter dieses Transistors TR3 ist an den Abgriff des Potentiometers 22 angeschlossen, um
Spannungsabweichungen des Lastkreises gegen den Sollwert zur Steuerung der Leitfähigkeit des Transistors
TR3 auszunutzen. Der Kollektor des Transistors Ti? 3 ist mit der Basis des Transistors Ti? 2
verbunden, während der Emitter des Transistors TR3 an den Kollektor des Transistors TR2 angeschlossen
ist.
Der Sperrschwinger 10 ist frei schwingend und gibt eine Rechteckspannung ab, deren Mittelwert durch
die Leitfähigkeitsänderung des Steuertransistors TR2 gesteuert wird. Bei Anschluß sowohl der EingangswicklungiVl
als auch der Rückstellwicklung N 2 an die Speisegleichspannungsquelle El können zwei Zustände
vorliegen:
1. Wenn die durch den Kollektorreststrom des Transistors TRI verursachte magnetomotorische
Kraft kleiner ist als die dem Strom durch die
'. Rückstellwicklung iV2 zugeordnete, dann entsteht durch die an die WicklungiV 2 angelegte
Spannung ein Fluß in Richtung des Pfeils 2.
a). Wenn der Fluß im Magnetkern 11 in Richtung des Pfeils 2 gerichtet ist, sperrt die in die Ausgangswicklung N 3 induzierte Spannung die Emitterbasisstrecke
des Transistors TR 5, so daß die am Lastwiderstand RL auftretende Ausgangsspannung im
wesentlichen gleich Null ist. Gleichzeitig besitzt die in die Basissteuerwicklung iV4 infolge der Magnetftußumkehrung
im Magnetkernll induzierte Spannung eine solche Richtung, daß der Transistors TR1
abgeschaltet bleibt.
Der Spannungsabfall über dem Widerstand Rc ist durch den Magnetisierungsstrom Is 2 durch die Wicklung
N 2 bestimmt. Die Spannung über der Rückstellwicklung N 2 ist daher gleich
El- Is2-Rc.
Sobald der Magnetkernll gesättigt ist, geht die an den Transistor TRI über die WicklungiV4 angelegte
Basis-Emitter-Spannung auf Null, so daß ein größerer Kollektorreststrom durch den Transistor
TRI fließen kann. Gleichzeitig entsteht im ÄC-Glied Rc, Cc im Zusammenwirken mit der Induktivität der
gesättigten Rückstellwicklung iV2 ein Schwingungsvorgang, der, wie nachstehend beschrieben, den
Strom durch die Wicklung iV2 reduziert bzw. umkehrt.
Bei Sättigung des Magnetkerns 11 geht die Spannung über der Wicklung iV2 auf Null. Der Strom Is 2
durch die WicklungiV 2 steigt sehr steil an, so daß der gesamte Spannungsabfall am Widerstand Rc auftritt.
Wegen der durch die WicklungiV 2 verursachten. Sättigung fließt der Strom Is 2 über die Wicklung N2,
selbst wenn die Spannung über der WicklungiV 2 zu Null wird. Dieser Strom lädt den KondensatorCc
auf die SpannungEl oder darüber mit der in Fig. 1 gezeigten Polarität auf. Wird die im gesättigten
Magnetkern 11 gespeicherte Energie vollständig entladen, dann fließt ein Umkehrstrom von Erdpotential
über den KondensatorCc durch die WicklungiV 2, falls der Kondensator Cc auf eine höhere Spannung
als El aufgeladen worden ist. Wenn die Spannung des Kondensators Cc nicht höher als El gewesen ist,
dann wird der Stromfluß durch die Wicklung iV2
noch, beträchtlich auf einen weit unter Is 2 Hegenden Wert verringert. Ein hier nicht gezeigter Widerstand
kann in Reihe mit dem KondensatorCc geschaltet werden, um die Auf- und Entladungszeit des Kondensators
Cc zu verlangsamen.
Infolge Umkehrung oder Verminderung des Stroms durch die Wicklung N 2 herrscht der Reststrom
durch die WicklungNl vor und beginnt, dem Magnetkern 11 einen Kraftlinienfluß in Richtung des
Pfeils 1 aufzusetzen. Die Spannung, die nun entweder infolge des Reststromzuwachses in der Eingangswicklung
Nl oder des Umkehrstroms in der Rückstellwicklung N2 in die Basissteuerwicklung N4 induziert
wird, hat eine solche Richtung, daß der Transistor TRI voll leitend wird.
b) Während dieses Halbzyklus, in dem der Transistor TRI voll leitend ist und der Kraftlinienfluß im
Magnetkern 11 in Richtung des Pfeils 1 gerichtet ist, ist die Emitter-Kollektor-Spannung am Transistor
TRI sehr klein, so daß fast die ganze SpannungEl an der WicklungiVl liegt. Mit Tl soll nun das Zeitintervall
bezeichnet werden, in dem der Magnetkern 11 die Sättigung in der positiven Richtung erreicht.
Dann ist dieses Zeitintervall definiert durch:
2Φ„,·Ν1
El '
wobei Φη der Magnetfluß bei Sättigung ist.
Für das Erreichen der Sättigung des Magnetkerns 11 in der negativen Richtung ergibt sich entsprechend
ein Zeitintervall T 2. Hierfür gilt:
Ist der Magnetkern 11 in Richtung des Pfeils 1 gesättigt, dann beginnt der Magnetisierungsstrom Zil
rasch anzusteigen. Ein demzufolge auch plötzlicher Zuwachs des Kollektorstroms des Transistors TR 1
kehrt infolge des gemeinsamen Emitter-Basis-Widerstands und der Wirkung des Kondensators Cb die
Emitter-Basis-Spannung um, so daß der Basisstrom und damit auch der Kollektorstrom des Transistors
TRI auf Null absinkt. Sobald aber der KoUektorstrom abzunehmen beginnt, fängt die Ladung des
Kondensators Cc im Rückstellkreis an, den Magnetisierungsstrom zu Hefern, um den Magnetkernll
weiterhin in derselben Richtung zu sättigen. Ein Maximalstrom lsi und damit ein entsprechender
Fluß durch den Magnetkernll entsteht, wenn die Spannung am KondensatorCc gleich El und die
Spannung an der Wicklung N 2 zu Null wird. Unter der Wirkung der in dem gesättigten Magnetkern 11
gespeicherten Energie wird jedoch der Kondensator Cc mit umgekehrter Polarität zusätzlich zur Spannung
El aufgeladen, so daß erneut ein Kraftlinienfluß in Richtung des Pfeils 2 aufgesetzt wird.
2. Wenn im EinschaltaugenbHck die durch, den KoUektorstrom des Transistors TRI bewirkte
magnetomotorische Kraft die des Stroms in der Wicklung N2 übersteigt, dann bestimmt die der
Wicklung Nl zugeführte Spannung El das Aufsetzen eines Kraftlinienflusses in Richtung des
Pfeils 1. Die in den Absätzen a) und b) geschilderten Vorgänge finden dann in umgekehrter
Reihenfolge statt.
T2 =
20m-N2
E2'
El' wird bestimmt durch El und die Impedanz über Nc. Hierfür ergibt sich:
(Re + hn)N2
Hierin ist:
Hierin ist:
Bec der Verstärkungsfaktor zwischen Basis und
KoHektorstrom von TR 2,
A11 der Eingangswiderstand des Transistors und Re derStrombegrenzungswiderstandimBasiskreis.
A11 der Eingangswiderstand des Transistors und Re derStrombegrenzungswiderstandimBasiskreis.
Wenn der Spannungsabfall zwischen Emitter und Kollektor des Transistors Tiil so klein wie möglich
gehalten werden soll, wird der Wert des Widerstands Rb so gewählt, daß der Basisstrom Ib multipliziert
mit dem Verstärkungsfaktor des Transistors stets größer als der KoHektorstromZcl ist. Daher bestimmt
der Basiswiderstand Rb den Wert des Basisstroms und damit die Ausgangsleistung der Wicklung
N 3.
Fließt ein größerer KoHektorstrom durch den Transistor TRI, dann tritt ein SpannungsabfaH auf
zwischen Emitter und Kollektor dieses Transistors TRI, so daß damit auch die über der WicklungNl
auftretende Spannung und demzufolge auch die an der Wicklung N4 auftretende Spannung verringert
wird. Auf Grund dieser Tatsache wird der Transistor TRI selbst bei relativ geringen Spannungsunterschieden
abgeschaltet, weü nämHch der Kondensator Cb die Spannung am Widerstand Rb konstant
hält, so daß jede Verminderung der Spannung der Wicklung N4 eine sofortige Verminderung der
Basisspannung des Transistors TRI zur Folge hat.
Der FUterkreis 12 bUdet, wie beschrieben, den Mittelwert aus den positiven Ausgangsimpulsen des
Transistors TR5, so daß eine Gleichspannung am Widerstand RL anhegt.1
Die Differenz zwischen der Spannung an der Zenerdiode Z und der des Abgriffs am Potentiometer
22 wird, wie oben beschrieben, zwischen Basis und Emitter des Transistors TR3 angelegt, der den Basisstrom
des Steuertransistors TR2 und damit die während des RücksteUhalbzyklus über der Steuerwicklung
Nc entstandene Spannung verändert. Hierdurch wird die RücksteUspannung über der RücksteUwick-IungiV
2 gesteuert und damit die Rückstellzeit des Magnetkerns 11 entsprechend geändert. Durch diese
Änderung der Rückstellzeit des Magnetkerns 11 werden die Abstände der an den Lastkreis angelegten
positiven Ausgangsimpulse ebenfaUs geändert, so daß sich demzufolge auch der Mittelwert der Ausgangsspannung ändert. Die an den Transistor Ti? 3 angelegte
Fehlerspannung besitzt eine solche Richtung, daß jede Sparinungsabweichung ausgegHchen wird,
um so die Ausgangsspannung der Stromversorgungsanordnung konstant zu halten.
Wird die Stromversorgungsanordnung aus irgendeinem Grunde überlastet, dann bedeutet das, daß
mehr Strom durch den KoHektor des Transistors TRI fließen muß, als es dem Basisstrom entspricht. Aus
diesem Grunde entsteht ein SpannungsabfaU zwischen Emitter und KoHektor des Transistors TRI,
Damit werden aber die an die EingangswicklungiVl angelegte Spannung und auch die in der Basissteuerwicklung
2V4 induzierte Spannung verringert. Dadurch wiederum wird der Transistor TRI sofort abgeschaltet,
weü der Kondensator Cb bestrebt ist, die Spannung über dem Widerstand Rb konstant zu
halten, während der KoUektorstrom unter dem Ein-
Claims (2)
1. Transistorsperrschwinger mit einem Magnetkern aus einem Material mit rechteckförmiger
Hysteresissehlejfe, welcher eine Magnetisierungs-, eine Rückkopplungs- und eine Rückstellwicklung
trägt, der über einen Steuertransistor- eine in der Amplitude veränderliehe Steuerspannung zügeführt
wird, so daß jeweils in der Schaltpause eine vorbestimmte Entmagnetisierung des Magnetkerns
eintritt, nach Patent 1 084 306, bei Verwendung in regelbaren Gleichstromversorgungsschaltungen,
dadurch geke η η zeichnet, daß eine Auskopplungswicklung (N3) mit dem Steuereingang
eines Leistungstransistors (TR 5) verbunden ist, der in an sich bekannter Weise im leitenden Zustand
eine Gleichstromquelle (E3) mit einem Ausgangsspannungsteiler (21, 22) verbindet und
im Takte der vom Sperrschwinger abgegebenen Schwingung geöffnet und geschlossen wird, und
daß die Differenz zwischen einer am Ausgangsspannungsteiler (21, 22) abgegriffenen Spannung
und einer Bezugsspannung auf den Steuereingang des Steuertransistors (TR 2) einwirkt, dessen
Wirkung auf die Rückstellung durch eine zweite Rückstellwicklung (N2) unterstützt wird, die in
Serie mit einem i?C-Glied (Re, Cc) an die Speisegleichspannungsquelle (jEI) des Sperrschwingertransistors
(TR 1) angeschlossen ist, so daß bei Verringerung der auf die Emitter-Basis-Strecke,
des Sperrsehwingertransistors (TRI} aus der Rückkopplungswicklung (Af 4) induzierten Spannung
zufolge Überlastung der Sperrschwingertransistor (TRI) abgeschaltet wird.
2. Schaltungsanoxdnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Bezugsspannung
parallel zum Ausgangsspannungsteiler (21, 22) ejn zweiter Spannungsteiler liegt,
der a,us einer Zenerdiode (Z) und einem Widerstand gebildet wird, daß der Mittelabgriff des
Ausgangsspannungsteilers (21, 22) mit dem Emitter eines den Steuertransistor (TR2) steuernden
Vortransistors (TR3) und mit dem Kollektor des Steuertransistors (TR 2) verbunden ist, welcher
Kollektor seinerseits über eine während der Entmagnetisierung des Magnetkerns (11) leitende
Diode (De) mit der ersten Rückstellwicklung (Nc) verbunden ist, und daß der Verbindungspunkt
zwischen Zenerdiode (Z) und Widerstand mit der Basis des Vortransistors verbunden ist.
3, Schaltungsanordoung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der
Auskapplungswicklung (N3) sowohl an die Basis des Leistungstransistors (TR 5) als auch an das
RC-Glied (Re, Cc) angeschlossen ist, während das andere Ende mit dem einen Pol der Speisegleichspannungsquelle
(El) des Sperrschwingertransistors (TR 1) verbunden ist, so daß die Auskopplungswieklung
gleichzeitig die Aufgabe der zweiten Rückstellwicklung übernimmt, und daß der- Emitter des Leistungstransistors (Ti? 5) mit
einem Ende einer Strombegrenzerwicklung (Nl) verbunden ist, deren anderes Ende an den Ausgangsspannungsteiler
(21, 22) geführt ist, so daß der Strom in der Magnetisierungswieklung (Ni)
entsprechend der Belastung geändert und der Sperrschwingertransistor beeinflußt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Luxemburgische Patentschrift Nr. 34.323;
belgische Patentschrift Nr. 544 831;
USA.-Patentschriften Nr. 2 740 086, 2 810105;
Zeitschrift »Electronic Engineering«, 1957, S. 95; Zeitschrift »Electronics«, H. vom l. 9, 1957, S. 184 bis 186.
Luxemburgische Patentschrift Nr. 34.323;
belgische Patentschrift Nr. 544 831;
USA.-Patentschriften Nr. 2 740 086, 2 810105;
Zeitschrift »Electronic Engineering«, 1957, S. 95; Zeitschrift »Electronics«, H. vom l. 9, 1957, S. 184 bis 186.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 609/339 6.67 © Bimdesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US735031A US3072837A (en) | 1958-05-13 | 1958-05-13 | Magnetic multivibrator amplifier power supply |
| US734976A US3034072A (en) | 1958-05-13 | 1958-05-13 | Magnetic core multivibrator having variable reset means |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1243770B true DE1243770B (de) | 1967-07-06 |
Family
ID=27112819
Family Applications (2)
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