DE1148093B - Pulsator for hydraulically operated endurance testing machines - Google Patents
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Description
Pulsator für hydraulisch betriebene Dauerprüfmaschinen Pulsatoren in Verbindung mit hydraulisch betriebenen Dauerprüfmaschinen (wozu auch Belastungsvorrichtungen mit Einzelprüfzylindern zählen) werden dazu benutzt, in dem oder den Arbeitszylindern einen periodisch veränderlichen Öldruck zu erzeugen, welcher den Probekörper periodisch be und entlastet.Pulsator for hydraulically operated endurance testing machines pulsators in connection with hydraulically operated endurance testing machines (including loading devices counting with individual test cylinders) are used in the working cylinder (s) to generate a periodically variable oil pressure which periodically affects the specimen load and relieve.
Es sind zahlreiche Pulsatorenbaumuster bekannt, bei welchen eine bestimmte Ölmenge zwischen dem Pulsatorzylinder und dem Arbeitszylinder hin und her pendelt. Um die Gleichförmigkeit des Laufes des meistens als ventiliose Kolbenpumpe ausgebildeten Pulsators zu gewährleisten, müssen schwere Schwungräder verwendet werden, so daß solche Konstruktionen unterhalb einer Lastspielzahl von etwa 100 pro Minute unwirtschaftlich schwer werden. There are numerous pulsator models known in which one certain amount of oil between the pulsator cylinder and the working cylinder back and forth commutes here. To ensure the uniformity of the run of the mostly called ventilated piston pump To ensure a trained pulsator, heavy flywheels must be used are, so that such constructions below a number of load cycles of about 100 become uneconomically difficult per minute.
Für Prüfkörper mit großer Masse sind jedoch niedrige Lastspielfrequenzen erwünsoht, um die bei der Prüfung durch Beschleunigung und Verzögerung entstehenden Massenkräfte auf ein Mindestmaß zu beschränken. For test specimens with a large mass, however, low load cycle frequencies are required Desired to avoid the acceleration and deceleration caused by the test To restrict mass forces to a minimum.
Es sind Vorrichtungen zur Durchführung langsamer Pulsierversuche bekannt, bei welchen im wesentlichen eine Pumpe den gewünschten Höchstdruck erzeugt. Bei dessen Erreichen wird der O1-abfluß aus dem Arbeitszylinder durch ein Druckrelais freigegeben und durch die elastische Rückverformung des Prüfkörpers beschleunigt, bis der Druck auf den gewählten Mindestwert sinkt, worauf durch Unterbrechen des Ölabflusses ein neuer Belastungsvorgang eingeleitet wird. There are devices for carrying out slow pulsation tests known, in which essentially a pump generates the desired maximum pressure. When this is reached, the O1 outflow from the working cylinder is triggered by a pressure relay released and accelerated by the elastic recovery of the test specimen, until the pressure drops to the selected minimum value, whereupon by interrupting the A new loading process is initiated when the oil drains.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei welchen ein regelbares Flüssigkeitsgetriebe bekannter Bauart verwendet wird, welches je nach Stellung seines Steuerorgans als Druck- oder Saugpumpe arbeitet. Devices are also known in which a controllable fluid transmission known design is used, which depending on the position of its control organ as Pressure or suction pump is working.
Bei bekannten Ausführungen solcher Vorrichtungen sind zum Konstanthalten der Lastgrenzen auf die Werte für den Höchst- und Mindestdruck einstellbare Regeleinrichtungen (beispielsweise in Form von Kolbenschiebern) vorgesehen, welche vom Höchst-bzw. Mindestdruck (Istwert) beaufschlagt werden.In known designs of such devices are to be kept constant the load limits to the values for the maximum and minimum pressure adjustable control devices (for example in the form of piston valves) provided, which from the maximum or. Minimum pressure (actual value) must be applied.
Auch ist es bei Schwingungsprüfendschienen mit Pulsatoren mit einstellbarem Fördervolumen bekannt, im Bedarfsfalle die auf die Sollwerte des Druckes eingestellten Regeleinrichtungen über Servoeinrichtagen auf das Steuerorgan des Flüssigkeitsgetriebes einwirken zu lassen. Erfahrungsgemäß müssen die Regeleinrichtungen eine gewisse Voreilung aufweisen, d. h. vor dem Erreichen der Grenzwerte des veränderlichen Druckes ansprechen, weil vom Zeitpunkt der Umsteuerung bis zum Erreichen des Richtungswechsels des Ölflusses (im weiteren als Nullhub-Stellung bezeichnet) die Pumpe weiter auf Druck, bzw. Sog arbeitet. Der optimale Wert der Voreilung ist abhängig von der Umsteuergeschwindigkeit, von der Druckamplitude, von der Lastspielfrequenz, vom angeschlossenen Volumen, usw. Um das Einhalten der gewünschten Druckgrenzwerte zu gewähileisten, müssen also konstruktive Maßnahmen getroffen werden, welche teils einfach sind, z. B. Anschluß eines zusätzlichen ölvolumen mit hydraulisch-pneumatischer Feder an den Arbeitszylinder, teils außerordentlich schwierig sind, z. B. einstellbare Voreilung der Regeleinrichtungen in Funktion verschiedener Betriebsgrößen. Ein Synchronlauf von mehreren solchen Vorrichtungen verlangt einen außerordentlich großen konstruktiven Aufwand, besonders wenn die an die einzelnen Vorrichtungen angeschlossenen Arbeitszylinder zwar phasengleich, aber mit verschiedenen Grenzdrücken und Kolbenhüben arbeiten sollen.It is also the case with vibration test rails with pulsators with adjustable The delivery volume is known, if necessary the setpoint values for the pressure Control devices via servo devices on the control element of the fluid gear let it take effect. Experience has shown that the control equipment must have a certain Have lead, d. H. before reaching the limit values of the variable pressure respond, because from the time of the change of direction until the change in direction is reached of the oil flow (hereinafter referred to as the zero stroke position) the pump continues Pressure, or suction works. The optimal value of the lead depends on the reversing speed, from the pressure amplitude, from the load cycle frequency, from the connected volume, etc. In order to ensure that the desired pressure limit values are adhered to, constructive measures are taken, some of which are simple, e.g. B. Connection an additional oil volume with hydraulic-pneumatic spring to the working cylinder, are sometimes extremely difficult, e.g. B. adjustable advance of the control devices in function of different company sizes. A synchronous run of several such Devices requires an extremely large construction effort, especially if the working cylinders connected to the individual devices are in phase, but should work with different limit pressures and piston strokes.
Erfindungsgemäß werden die angedeuteten Schwierigkeiten durch ein Steuergetriebe beseitigt, welches das Steuerorgan des Flüssigkeitsgetriebes periodisch und kontinuierlich zwischen der Druck- und Saugstellung verstellt und derart ausgebildet ist, daß der Hub und die Mittellage des Steuergetriebes durch die Servoeinrichtungen eingestellt werden. Mit anderen Worten, es wird an Stelle der bekannten Ein-Aus-Regelung eine Proportionafregelung verwirklicht. According to the indicated difficulties by a Control gear eliminated, which periodically controls the fluid gear and continuously adjusted between the pressure and suction position and designed in such a way is that the hub and the central position of the control gear through the Servo devices can be set. In other words, it takes the place of the familiar on-off control a proportional regulation realized.
In der Zeichnung sind beispielsweise zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Pulsators dargestellt. In the drawing, for example, two embodiments are one Pulsator according to the invention shown.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für Schwellast-Versuche, bei denen die Prüflast am Prüfkörper zwischen zwei Werten gleichen Vorzeichens zu- und abnimmt; Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für Wechsellast-Versuche, bei denen die Grenzwerte der Prüflast verschiedene Vorzeichen haben. Fig. 1 shows schematically an embodiment for threshold load tests, in which the test load on the test body is between two values with the same sign. and decreases; Fig. 2 shows schematically an embodiment for alternating load tests, where the limit values of the test load have different signs.
Ein Flüssigkeitsgetriebe 1, welches durch Motor 2 mit Schwungrad 3 angetrieben wird, ist als Axial-Vielkolbenpumpe angenommen, dessen Steuerorgan der schwenkbare Zylinderblock 4 ist. Beim Ausschwenken aus der Nuilhub-Stellung im Gegenuhrzeigersinn arbeitet das Flüssigkeitsgetriebe auf Druck, im Uhrzeigersinn dagegen auf Sog, so daß über Rohrleitung5 entweder Öl in den Arbeitszylinder 6 gefördert oder von diesem abgesaugt wird. Vom Motor 2 wird über ein Räderpaar 7, 8 ein Getriebe mit veränderbarer Ubersetzung 9 und ein Räderpaar 10, 11 ein Steuergetriebe 12, im Ausführungsbeispiel als Kurbeltrieb angenommen, angetrieben. Eine Schubstange 13 treibt einen Kreuzkopf 14, an welchem ein Hebel 15 angelenkt ist. Dieser schwingt um einen Drehzapfen 16 und verstellt über eine Schubstange 17 den Zylinderblock 4 des Flüssigkeitsgetriebes 1. Der Drehzapfen 16 kann durch einen Servokolben 18 in einem Schlitz des Hebels 15 verschoben werden, wodurch die Hebelübersetzung und damit der Schwinghub des Zylinderblockes verändert werden kann. A fluid transmission 1 driven by a motor 2 with a flywheel 3 is driven, is assumed to be an axial multi-piston pump, its control element the pivotable cylinder block 4 is. When swiveling out of the zero stroke position in counterclockwise direction the fluid gear works under pressure, in clockwise direction on the other hand on suction, so that either oil is conveyed into the working cylinder 6 via pipeline 5 or is sucked off by this. The motor 2 is a gearbox via a pair of gears 7, 8 with variable transmission 9 and a pair of wheels 10, 11 a control gear 12, assumed in the exemplary embodiment as a crank drive, driven. A push rod 13 drives a cross head 14 to which a lever 15 is articulated. This vibrates around a pivot pin 16 and adjusts the cylinder block via a push rod 17 4 of the fluid transmission 1. The pivot pin 16 can be driven by a servo piston 18 be moved in a slot of the lever 15, whereby the leverage and so that the swing stroke of the cylinder block can be changed.
Der Drehzapfen 16 mit der Servo-Verstellvorrichtung ist auf einem Schlitten 19 befestigt, welcher durch einen Servokolben 20 versohoben werden kann, um den Abstand des Drehzapfens 16 vom Zylinderblock 4 zu verändern. Damit wird die Mittellage der Schwingbewegungen des Zylinderblockes 4 von der Nullhub-Stellung in das Druck- oder Sauggebiet verlegt. Mit Hilfe der beschriebenen Steuerung kann also sowohl die Größe als auch die Lage des Schwinghubes des Zylinderblockes 4 stufenlos beliebig eingestellt und kontinuierlich verändert werden. The pivot 16 with the servo adjustment device is on one Slide 19 attached, which can be displaced by a servo piston 20, to change the distance of the pivot 16 from the cylinder block 4. This will make the Central position of the oscillating movements of the cylinder block 4 from the zero stroke position Relocated to the pressure or suction area. With the help of the control described can So both the size and the position of the swing stroke of the cylinder block 4 is infinitely variable can be set as required and changed continuously.
Für die Servosteuerung ist ein Druckspeicher 21 vorgesehen, welcher einerseits an eine Nachiüllpumpe 22, anderseits an Steuerschieber 23 und 24 angesohlossen ist. Der Druck im Arbeitszylinder 6 wird auf diese Steuerschieber weitergeleitet, und zwar so, daß die Kammer 25 des Schlebers 23 den Höchstdruck, die Kammer 26 des Schiebers 24 den Mindestdruck erhält. Dies wird erreicht, indem auf bekannte Art der veränderliche Druck in zwei statische Drücke umgeformt wird, beispielsweise durch einen Drehschieber 27, welcher über ein Räderpaar 28, 29 vom Steuergetriebe 12 angetrieben wird. Am oberen bzw. unteren Totpunkt der Schwingbewegung des Zylinderblockes 4 wird die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder 6 und der Kammer 25 für den Höchstdruck bzw. Kammer 26 für den Mindestdruck hergestellt. A pressure accumulator 21 is provided for the servo control, which connected on the one hand to a replenishing pump 22 and on the other hand to control slide 23 and 24 is. The pressure in the working cylinder 6 is passed on to this control slide, in such a way that the chamber 25 of the slider 23 has the maximum pressure, the chamber 26 of the Slide 24 receives the minimum pressure. This is achieved by, in a known manner the variable pressure is converted into two static pressures, for example by a rotary valve 27, which via a pair of wheels 28, 29 from the control gear 12 is driven. At the top or bottom dead center of the oscillating movement of the cylinder block 4 becomes the connection between the working cylinder 6 and the chamber 25 for the maximum pressure or chamber 26 for the minimum pressure.
Dadurch erfolgt einmal während jedes Lastspieles ein Vergleich der Scheitelwerte des Druckes mit den Drücken in den beiden Kammern. Manometer 30 und 31 zeigen den Höchst- bzw. Mindestdruck an.As a result, a comparison is made once during each load cycle Peak values of the pressure with the pressures in the two chambers. Manometer 30 and 31 indicate the maximum or minimum pressure.
Die Kolben der Steuerschieber 23 und 24 werden demnach durch den Höchst- bzw. Mindestdruck be- aufschlagt. Diese Kolben stützen sich auf Rahmen 32 und 33, welche mit Federn 34 und 35 verbunden sind. Letztere können beispielsweise mittels Spindeln mit Handrädern 36 und 37 gespannt werden. Die Feder 34 wird so gespannt, daß die Federkraft dem mit dem Schieberkolbenquerschnitt multiplizierten Sollwert des Höchstdruckes entspricht; in analoger Weise wird Feder 35 für den Mindestdruck ge spannt.The pistons of the control spools 23 and 24 are therefore driven by the maximum or minimum pressure serves. These pistons are supported by frames 32 and 33, which are connected to springs 34 and 35. The latter can, for example, by means of Spindles are clamped with handwheels 36 and 37. The spring 34 is tensioned so that the spring force corresponds to the nominal value multiplied by the cross section of the spool corresponds to the maximum pressure; in an analogous manner, spring 35 is used for the minimum pressure tense.
Die Arbeitsweise der Servosteuerung ist folgende: Überwiegt die Kraft der Feder 34 den Druck in der Kammer 25, ist also der Höchstdruck niedriger als der Sollwert, so gibt der Steuerschieber 23 über Kammer 38 die Verbindung zwischen dem Druckspeicher21 und dem Servozylinderraum 39 frei, so daß der Servokolben 18 den Drehzapfen 16 im Sinne einer Vergrößerung des Hubes der Schub stange 17 verschiebt und damit die Periode der Druckölzufuhr zum Arbeitszylinder 6 vergrößert. The operation of the servo control is as follows: Outweighs the force the spring 34 the pressure in the chamber 25, so the maximum pressure is lower than the setpoint, the control slide 23 is the connection between the chamber 38 the pressure accumulator 21 and the servo cylinder chamber 39 free, so that the servo piston 18 the pivot pin 16 in the sense of an increase in the stroke of the push rod 17 moves and thus the period of the pressure oil supply to the working cylinder 6 is increased.
Ist der Höchstdruck dagegen größer als der Sollwert, so wird die Kammer 40 des Steuerschiebers 23 freigegeben, und der im Druckspeicher 21 herrschende Druck gelangt in den Servozylinderraum 41, wodurch eine Hubvermindernng der Schubstange 17 und damit eine Verminderung der Druckölzufuhr in den Arbeitszylinder erreicht wird. In beiden Fällen wird der nicht mit dem Druckspeicher 21 verbundene Servozylinderraum mit dem Ölbehälter der Nachfüllpumpe 22 verbunden, so daß der Servokolben 18 das Ö1 aus diesem Servozylinderraum ausstoßen kann. In analoger Weise arbeitet der Steuerschieber 24. Die Feder 35 wird dem Sollwert des Mindestdruckes entsprechend gespannt. Bei zu kleinem Mindestdruck wird der Druckspeicher 21 über die Kammer 42 des Steuerschiebers 24 mit dem Servozylinderraum 43 verbunden, so daß der Servokolben 20 den Schlitten 19 mit dem Drehzapfen 16 im Sinne der Verlagerung der Mittellage der Schwingbewegung des Zylinderblockes 4 im Gegenuhrzeigersinn verschiebt. Damit wird die vom Arbeitszylinder abgeführte ölmenge verringert, und der Mindestdruck nimmt zu. tSberschreitet dagegen der Mindestdruck den Sollwert, so arbeitet der Druckspeicher 21 über die Kammer 44 auf den Servozylinderraum 45, und die Mittellage der Schwingbewegung des Zylinderblockes 4 wird im Uhrzeigersinn verschoben, die aus dem Arbeitszylinder 6 abgeführte ölmenge vergrößert und damit der Mindestdruck gesenkt. On the other hand, if the maximum pressure is greater than the nominal value, the Chamber 40 of the control slide 23 released, and the prevailing in the pressure accumulator 21 Pressure reaches the servo cylinder chamber 41, thereby reducing the stroke of the push rod 17 and thus a reduction in the pressure oil supply into the working cylinder is achieved will. In both cases, the servo cylinder space not connected to the pressure accumulator 21 becomes connected to the oil tank of the refill pump 22, so that the servo piston 18 the Can eject Ö1 from this servo cylinder space. The control slide works in an analogous manner 24. The spring 35 is tensioned according to the nominal value of the minimum pressure. at If the minimum pressure is too low, the pressure accumulator 21 is via the chamber 42 of the control slide 24 connected to the servo cylinder chamber 43, so that the servo piston 20 the slide 19 with the pivot pin 16 in the sense of shifting the central position of the oscillating movement of the cylinder block 4 moves counterclockwise. This is the one from the working cylinder the amount of oil discharged is reduced and the minimum pressure increases. tS exceeds, however If the minimum pressure exceeds the setpoint value, then the pressure accumulator 21 works via the chamber 44 on the servo cylinder space 45, and the central position of the oscillating movement of the cylinder block 4 is shifted clockwise, the amount of oil discharged from the working cylinder 6 increased and thus the minimum pressure reduced.
Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß die variable Fördermenge des Flüssigkeitsgetriebes sowohl im Druck- als auch im Saugbetrieb jeweils kontinuierlich dem zu erreichenden Höchst-und Mindestdruck angepaßt wird. The arrangement described ensures that the variable Delivery rate of the fluid transmission in both pressure and suction mode is continuously adapted to the maximum and minimum pressure to be achieved.
Um mehrere Pulsatoren synchron betreiben zu können, werden die einzelnen Steuergetriebe 12 miteinander über Zwischenwellen 46 verbunden, und es wird nur ein einziges Steuergetriebe an einen Pumpenantrieb angeschlossen. Dabei ist es unerläßlich, die Antriebsmotoren 2 genau synchron miteinander laufen zu lassen, was beispielsweise mit Hilfe der sogenannten elektrischen Welle erfolgen kann. Diese Maßnahme ist wichtig, da der Antriebsmotor infolge des Druckverlaufes in der Pumpe Drehzahlschwankungen unterworfen ist, die nur teilweise durch das Schwungrad 3 geglättet werden können, obwohl letzteres auch Energie zurückgewinnt, da beim Saugbetrieb der Pumpe letztere als Motor arbeitet, wird doch das Öl aus dem Arbeitszylinder kraft der elastischen Rückverformung des Probekörpers unter Druck zugeführt. In order to be able to operate several pulsators synchronously, the individual Control gear 12 connected to each other via intermediate shafts 46, and it will only a single control gear connected to a pump drive. It is essential to let the drive motors 2 run exactly synchronously with each other, which for example can be done with the help of the so-called electric wave. This measure is important because the drive motor speed fluctuations due to the pressure curve in the pump is subject to which can only be partially smoothed by the flywheel 3, although the latter also recovers energy, since the latter during suction operation of the pump works as a motor, but the oil from the working cylinder becomes elastic by virtue of the Recovery of the test specimen supplied under pressure.
Werden die Bedingungen für den Synchronlauf eingehalten, so können durch die einzelnen Pulsatoren einer Gruppe phasengleiche, in ihrer Kraftamplitude jedoch verschiedene Schweliasten erzeugt werden. If the conditions for synchronous operation are met, then due to the individual pulsators of a group in-phase in their force amplitude however, various threshold loads are generated.
Das Steuergetriebe kann beispielsweise so eingerichtet werden, daß Kurvenscheiben benutzt werden.The control gear can be set up, for example, that Cams are used.
Durch passende Wahl ihrer Form kann der zeitliche Druckverlauf entsprechend gestaltet werden.With a suitable choice of its shape, the pressure curve over time can be adjusted accordingly be designed.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für Wechsellast-Versuche. Die Elemente 1 bis 46 sind in ihrem Aufbau wie in ihrer Wirkung mit denjenigen gleicher Bezugsnummer in Fig. 1 identisch. Das aus dem Arbeitszylinder 6 zurückgeförderte öl gelangt jedoch nicht in den ölbehälter des Flüssigkeitsgetriebes 1, sondern wird über Rohrleitung 47 in einen Arbeitszylinder 48 gefördert. Fig. 2 shows an embodiment for alternating load tests. the Elements 1 to 46 are the same in their structure as in their effect with those Identical reference numbers in FIG. 1. The returned from the working cylinder 6 However, oil does not get into the oil container of the fluid transmission 1, but becomes Conveyed via pipeline 47 into a working cylinder 48.
Durch den Drehschieber 27 wird der Kammer 26 der Höchstdruck im Arbeitszylinder zugeführt und bewirkt die Verstellung des Schwingungsausschlages von Zylinderblock 4 auf beschriebene Art. Der Kammer 25 wird dagegen jetzt der Höchstdruck des Arbeitszylinders zugeführt, welcher um eine halbe Lastspieldauer verschoben gegenüber dem Höchstdruck im Zylinder48 auftritt und von diesem verschieden sein kann, je nachdem, ob die Wechsellast auf dem Prüfkörper symmetrisch oder unsymmetrisch in bezug auf Nult sein soll. In beschriebener Weise wird dadurch die Mittellage der Schwingbewegung des Zylinderblockes 4 bestimmt. Um die unvermeidlichen Ölveriuste im hydraulischen System auszugleichen, ist eine Nachfüllpumpe 49 vorgesehen, welche über ein Speiseventil 50 im Zeitpunkt des Druckausgleichs zwischen den beiden Arbeitszylindern einen einstellbaren Bezugsdruck aufrechterhält, so daß die Nullast am Probekörper eindeutig definiert wird. The rotary valve 27 gives the chamber 26 the maximum pressure in the working cylinder and adjusts the oscillation amplitude of the cylinder block 4 in the manner described. The chamber 25, however, is now the maximum pressure of the working cylinder fed, which shifted by half a load cycle time compared to the maximum pressure occurs in cylinder48 and can be different from this, depending on whether the Alternating load on the test body symmetrical or asymmetrical with respect to Nult should be. In the manner described, this becomes the central position of the oscillating movement of the cylinder block 4 is determined. About the inevitable missed oil in the hydraulic To compensate for the system, a refill pump 49 is provided, which via a feed valve 50 at the time of pressure equalization between the two working cylinders one adjustable Maintains reference pressure so that the zero load on the test specimen is clearly defined will.
Das über Synchronbetrieb mehrerer Pulsatoren Gesagte gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, ebenso das auf das Steuergetriebe Bezügliche. What has been said about synchronous operation of several pulsators also applies to the embodiment of FIG. 2, as well as that relating to the control gear.
Wenn von Arbeitszylindern die Rede ist, kann in jedem Falle ein einziger Arbeitszylinder durch eine Gruppe mehrerer Arbeitszylinder ersetzt werden, ebenso können mehrere Pulsatoren auf einen einzigen Arbeitszylinder oder auf eine Gruppe arbeiten. When there is talk of working cylinders, only one can be used in each case Working cylinder can be replaced by a group of several working cylinders, as well can have several pulsators on a single working cylinder or on a group work.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH1148093X | 1959-05-21 |
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DE1148093B true DE1148093B (en) | 1963-05-02 |
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ID=4560028
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- 1960-05-12 DE DEA34630A patent/DE1148093B/en active Pending
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