DE29719245U1 - Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in Fasermaterial - Google Patents
Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in FasermaterialInfo
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Description
PJOS009de/23.10.97
Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in Fasermaterial
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in Fasermaterial gemäss dem
Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Vorrichtungen werden in erster Linie in Spinnereien zum Reinigen von Rohbaumwolle
eingesetzt. Rohbaumwolle ist häufig mit Fremdstoffen, wie z.B. Schnüre, Jutefetzen oder andere Gewebefetzen, Kunststoffolien,
usw. durchsetzt, welche im Spinnprozess zu einer Verminderung der Warenqualität oder zu Betriebsstörungen
führen. Man ist daher bestrebt, diese Fremdstoffe bereits in der Putzerei möglichst vollständig auszuscheiden. Das Reinigen
von Fasermaterial kann aber auch in anderen Verarbeitungsprozessen, wie z.B. bei der Verarbeitung von mineralischen,
synthetischen oder tierischen Fasern eine Rolle spielen.
Gattungsmässig vergleichbare Vorrichtungen sind beispielsweise
bereits durch die EP-A 414 961 oder durch die WO 96/35831 bekannt geworden. Dabei werden die Baumwollflocken
in einem pneumatischen Förderstrom kontinuierlich oder intermittierend durch einen Präsentationskanal geführt und mit
Hilfe von Farbsensoren überwacht. Dabei handelt es sich vorzugsweise um CCD-Kameras, die im sichtbaren Lichtbereich
(rot, grün, blau) arbeiten. Damit lässt sich bereits ein sehr guter Wirkungsbereich erreichen, weil viele Fremdstoffe einen
ausreichenden Farbkontrast zur Baumwolle aufweisen. Um auch Fremdkörper zu ermitteln, welche die gleiche oder annähernd
die gleiche Farbe aufweisen wie die Baumwollfasern, wurde bereits vorgeschlagen, zusätzlich wenigstens einen Sensor
anzuordnen, der im Bereich von Infrarot arbeitet.
In der Praxis wurde eine derartige Sensorkombination jedoch
nie realisiert, insbesondere weil im Stand der Technik keine Anregungen für konstruktive Lösungen vorhanden sind. Infra-
Ib
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rotsensoren werden zwar in der Textiltechnik bereits auf verschiedenen Gebieten zur Messung und Ueberwachung von
Gewebebahnen eingesetzt. Diese Vorrichtungen sind jedoch für die Ueberwachung eines lockeren Flockenstroms nicht brauchbar.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe der
Wirkungsbereich erheblich vergrössert werden soll, wobei insbesondere auch im sichtbaren Licht kontrastlose Fremdstoffe
erkannt werden sollen. Dabei soll das Sensorsystem in einem einzigen Modul untergebracht werden können, so dass
ggf. auch bestehende Anlagen ohne grossen konstruktiven Aufwand nachgerüstet werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss
mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass einfache konstruktive Lösungen nur realisiert werden können, wenn es sich beim Farbsensor und
beim Infrarotsensor jeweils um einen zellenförmig abtastenden Sensor handelt. Auf diese Weise kann die elektromagnetische
Strahlung bzw. das Licht ohne grossen Aufwand in den Präsentationskanal eingespeist werden, wobei die Beleuchtung einen
Wellenlängenbereich von 400nm bis 2500nm abzudecken hat und sich damit im Rot-Grün-Blau-Bereich und im Bereich des Nahen
Infrarots bewegt. Als zellenförmig abtastender Sensor wird in diesem Zusammenhang jeder Sensor betrachtet, der in der Lage
ist, im wesentlichen kontinuierlich eine Zeile von einer bestimmten Länge zu überwachen. Dabei kann der Sensor die
gesamte Zeile integrierend überwachen (zeilengebender Scanner) oder er kann eine Zeile als Messpunkt in rascher Folge
abtasten (Flying Spot Scanner).
Der Präsentationskanal kann auf zwei aufeinanderfolgenden Ebenen in Serie mit dem Farbsensor und mit dem Infrarotsensor
beaufschlagbar sein. Die beiden Ebenen können dabei relativ
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nahe beieinander liegen. Dabei ist eine Beaufschlagung parallel
von der gleichen Seite her möglich. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Präsentationskanal mit dem
Farbsensor und mit dem Infrarotsensor aus verschiedenen Richtungen beaufschlagbar ist.
Die Ebene des Farbsensors und die Ebene des Infrarotsensors kann jeweils mit unterschiedlichen Beleuchtungskörpern versehen
sein, die Licht im Rot-Grün-Blau-Bereich, bzw. im Bereich des Nahen Infrarots abgeben. Auf diese Weise kann für
jede Sensorebene die optimale Beleuchtung gewählt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Ebene des Farbsensors und die
Ebene des Infrarotsensors mit einer gemeinsamen Beleuchtung im Bereich des sichtbaren Lichts und des Nahen Infrarots
beleuchtbar ist.
Eine gemeinsame Beleuchtung über das gesamte Wellenlängenspektrum ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Präsentationskanal
auf einer gemeinsamen Ebene parallel mit dem Farbsensor und mit dem Infrarotsensor beaufschlagbar ist und
wenn die beiden Sensoren über einen Strahlenteiler auf die gemeinsame Ebene gerichtet sind, der jedem Sensor das ihm
zugeordnete Lichtspektrum zuführt. Diese Bauweise ergibt eine besonders platzsparende Anordnung. Ausserdem wird die Ansteuerung
der Ausscheidevorrichtung dadurch vereinfacht, dass nicht jedem Sensor eine eigene Ansteuervorrichtung zugeordnet
werden muss. Beide Sensortypen messen auf der gleichen Ebene und die Wegstrecke, bzw. die zu berücksichtigende Ansteuerungszeit
bleibt unabhängig davon gleich, ob der Farbsensor oder der Infrarotsensor oder beide Sensoren gleichzeitig ein
Steuersignal abgeben.
Als gemeinsame Beleuchtung für die Lichtmessung am Farbsensor und am Infrarotsensor können eine oder mehrere Leuchtstofflampen,
aber auch Halogenlampen oder Xenonlampen eingesetzt werden. Das Emissionsspektrum dieser Lampen reicht bekannt-
• · &phgr; &phgr; &phgr; &phgr; &phgr;
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lieh bis in den Nahen Infrarotbereich.
Vorzugsweise ist der Präsentationskanal mit je wenigstens einem Paar Farbsensoren und Infrarotsensoren beaufschlagbar,
wobei die Einzelsensoren jedes Sensorpaars den Präsentationskanal aus diametral entgegengesetzten Richtungen und auf
vorzugsweise leicht versetzten Ebenen beaufschlagen. Mit
dieser Anordnung wird ein hoher Durchdringungsgrad des Faserstroms erzielt.
Wie bereits erwähnt, kann es sich bei den Sensoren um Zeilensensoren
oder zellenförmig abtastende Punktsensoren handeln. Die integrierenden Zeilensensoren haben den Vorteil, dass
keine beweglichen Bauteile und insbesondere keine Antriebe erforderlich sind. Je nach den Platzverhältnissen und nach
der spezifischen Geometrie der Messanordnung kann es aber zweckmässig sein, eine Zeile mit hoher Geschwindigkeit als
Messpunkt abzutasten. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein polygones Spiegelrad eingesetzt werden, das sich gleichförmig
um eine Achse dreht, wobei jeder Teilspiegel jeweils eine Zeile abtastet. Die gleiche Funktion könnte auch ein Schwenkspiegel
erfüllen, der über einen bestimmten Winkel hin und her bewegt wird. Eine zellenförmige Abtastung könnte aber
auch dadurch erreicht werden, dass für jeden Punkt auf der Zeile, bzw. für mehrere Punkte auf einer Teilstrecke der
Zeile ein eigener Sensor angeordnet ist. Mit einer derartigen Sensoranordnung könnte die Lage einer Verunreinigung innerhalb
einer Zeile bestimmt werden, so dass auch an der Ausscheidevorrichtung eine gezielte Ausscheidung möglich ist.
Der Infrarotsensor kann ein mehrkanaliger Sensor sein, wobei
jedem Kanal mittels eines Filters oder eines Strahlenteilers ein zu überwachendes Lichtspektrum zugeordnet ist. Auf diese
Weise kann jeweils gezielt ein bestimmtes Lichtspektrum überwacht werden, in welchem aufgrund vorbekannter Daten
bestimmte häufig vorkommende Fremdstoffe relativ leicht
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ermittelt werden können.
Der Präsentationskanal ist besonders vorteilhaft Bestandteil eines pneumatischen Transportkanals. Auf diese Weise kann die
Fremdstoffausscheidung auf dem Transportweg zwischen zwei Arbeitsstationen erfolgen, ohne dass der Faserstrom unterbrochen
werden muss. Der Präsentationskanal kann aber auch Bestandteil einer besonderen Ausscheidevorrichtung sein, in
welcher beispielsweise die Förderluft durch einen Kondensor vom Fasermaterial getrennt wird, so dass die Fasern den
Präsentationskanal mit einer genau definierten Geschwindigkeit durchlaufen. Schliesslich ist es auch denkbar, dass der
Präsentationskanal zusätzlich mit einem Metallsensor und/oder mit einem Funkensensor beaufschlagbar ist. Damit können
Metallteile oder auch Glutherde oder Funken im Faserstrom ermittelt und eliminiert werden.
Weitere Vorteile und Einzelmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und aus den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 Eine stark schematisierte Gesamtdarstellung einer Vorrichtung mit Sensoren in Serie auf verschiedenen
Ebenen,
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Absorptionsverhalten von Baumwolle im Vergleich zu einer Verunreinigung,
Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Präsentationskanals
in Seitenansicht mit einer gemeinsamen Messebene für Farbsensor und Infrarotsensor,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Präsentationskanals mit winkelmässig versetzten Farbsensoren
und Infrarotsensoren, und
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Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer auf einer gemeinsamen Ebene zellenförmig abtastenden Sensoranordnung.
Figur 1 zeigt stark vereinfacht eine Ausscheidevorrichtung mit einem Präsentationskanal 1, der jedoch Bestandteil einer
pneumtischen Förderleitung 7 ist. In dieser Förderleitung werden Baumwollfasern in Förderrichtung a transportiert,
wobei über einen Ventilator 8 Förderluft eingespeist wird. Der Präsentationskanal hat vorzugsweise einen rechteckigen
Querschnitt, während die restliche Förderleitung auch rund ausgebildet sein kann. Im Ausführungsbeispiel ist der Präsentationskanal
vertikal angeordnet, wobei die BaumwolIflocken
von oben nach unten passieren. Die Relativlage des Präsentationskanals kann jedoch den besonderen Umständen entsprechend
verändert werden und es ist auch denkbar, dass er horizontal oder in einer anderen Richtung verläuft.
An dem mit Fensteröffnungen versehenen Präsentationskanal 1
ist ein Sensorsystem 2 angeordnet. Dieses besteht aus je einem Farbsensorpaar 4, 4' und einem Infrarotsensorpaar 5,
5'. Die Einzelsensoren jedes Sensorpaares sind auf zwei sich diametral gegenüberliegenden Seiten angeordnet und beaufschlagen
den Präsentationskanal in entgegengesetzten Richtungen, jedoch auf leicht versetzten Ebenen. Das Farbsensorpaar
arbeitet dabei auf der insgesamt mit 16 bezeichneten RGB (Rot-Grün-Blau) Messebene und das Infrarotsensorpaar auf der
insgesamt mit 17 bezeichneten NIR (Nahes Infrarot) Messebene.
Jedes Sensorpaar ist mit einer sensorspezifischen Beleuchtung
versehen. Das Farbsensorpaar 4, 4' arbeitet mit einer Beleuchtung 6a im sichtbaren Lichtbereich, also etwa im Wellenlängenbereich
400nm bis 800nm. Dagegen arbeitet die Beleuchtung 6b im NIR-Bereich, also etwa lOOOnm bis 2500nm, vorzugsweise
1200nm bis 2000nm. Bei der Beleuchtung handelt es sich vorzugsweise um einzelne Lampen, die auf beiden Seiten der
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Sensorachsen angeordnet sind. Zur Verbesserung der Lichtreflexion auf den Sensor kann jeweils am gegenüberliegenden
Wandabschnitt ein Reflektor auf der Innenseite des Präsentationskanals angeordnet sein.
Die Sensorpaare sind mit einer Steuervorrichtung 9 verbunden, welche die Steuersignale auswertet und beim Ermitteln eines
Fremdstoffes die Ausscheidevorrichtung 3 ansteuert, welche stromabwärts nach dem Präsentationskanal angeordnet ist. Die
Steuervorrichtung kann auch noch zusätzliche Signale verarbeiten, wie z.B. diejenigen eines Metallsensors 25, der
ebenfalls am Präsentationskanal 1 angeordnet ist.
Die Ausscheidevorrichtung 3 besteht im wesentlichen aus einer Umlenkklappe 10, die in der Förderleitung 7 angeordnet ist,
sowie aus einem beispielsweise pneumatischen Antrieb 11 zum Verschwenken der Klappe 10. Beim Ansprechen eines Sensors
wird unter Berücksichtigung der Fördergeschwindigkeit die Klappe 10 kurzzeitig ausgeschwenkt, so dass die verunreinigte
Teilmenge des Faserstroms in Pfeilrichtung b abgelenkt und einem Abfallbehälter 12 zugeführt wird. Anstelle der Klappe
können allerdings auch andere Ausscheidemittel eingesetzt werden. Denkbar sind insbesondere Blasdüsen, die den Faserstrom
kurzzeitig mit einem Druckstoss beaufschlagen und auf
diese Weise auslenken.
Figur 2 zeigt am Beispiel eines Diagramms das mögliche Arbeitsprinzip
eines Infrarotsensors. Auf der X-Achse ist die Wellenlänge des Lichtes in nm aufgetragen, wobei das Spektrum
vom sichtbaren Licht bis gegen die Obergrenze des Nahen Infrarots reicht. Auf der Y-Achse ist das Absorptionsverhalten
A als Faktor aufgetragen. Die Absorption ist eine Funktion der Reflexion, die an jedem Körper beim Auftreffen eines
Lichtstrahls einer bestimmten Wellenlänge gemessen werden kann. Das Absorptionsverhalten eines Stoffes erlaubt Rückschlüsse
über die molekulare Struktur des Körpers. Diese
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Zusammenhänge sind dem Fachmann bekannt und werden hier daher nicht näher beschrieben.
Die untere Kurve 13 zeigt ein typisches Absorptionsspektrum von Baumwolle, wobei festgestellt wurde, dass unterschiedliche
Baumwollqualitäten annähernd gleiche Spektren aufweisen. Die obere Kurve 14 zeigt das Absorptionsspektrum von Kunststoff
material, insbesondere von Polypropylen. Aufgrund dieser charakteristischen Spektren und der dabei auftretenden Spitzen
können nun basierend auf einer vorgängig durchgeführten Kalibrierung Fremdstoffe von Baumwolle unterschieden werden.
Figur 3 zeigt eine alternative Anordnung eines Sensorsystems, bei dem je ein Farbsensor 4 und ein Infrarotsensor 5, bzw.
4', 5', parallel auf einer gemeinsamen Messebene 18 messen. Die reflektierten Lichtstrahlen in der Messebene werden dabei
durch einen Strahlenteiler 15, z.B. durch einen teildurchlässigen Spiegel aufgeteilt, wobei jeweils dem Farbsensor 4,
4' sichtbares Licht und dem Infrarotsensor 5, 5' Nahes Infrarot zugeführt wird. Die gemeinsame Beleuchtung 6 ist mit
Lampen bestückt, welche Licht im gesamten Wellenlängenbereich der beiden Sensoren abgeben, also z.B. mit Leuchtstofflampen,
Halogenlampen oder Xenonlampen.
Eine alternative Sensoranordnung ist in Figur 4 dargestellt. Dabei ist das Farbsensorpaar 4, 4' um einen Winkel von 90°
versetzt zum Infrarotsensorpaar 5, 5' und um den Präsentationskanal 1 angeordnet. Auch hier ist wiederum jeder Einzelsensor
auf einer geringfügig versetzten Ebene zu seinem gegenüberliegenden Sensor angeordnet. Die Wirkungsebenen der
beiden Sensorpaare liegen derart nahe beieinander, dass die Beleuchtung 6 als gemeinsame Beleuchtung mit einem Emissionsspektrum
für beide Sensortypen ausgebildet ist.
Bei allen bisher beschriebenen Sensoren handelt es sich um Zeilensensoren, die jeweils auf integrierende Art eine ganze
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Zeile gleichzeitig aufnehmen. In Figur 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel mit einem scannenden Punktsensor dargestellt.
Dabei wird auf dem mit 19 bezeichneten Faserstrom auf einer Zeile 21 ein Bildpunkt aufgenommen, der sich schnell
über die ganze Zeile bewegt. Ein diese Zeile kreuzender Fremdstoff 20 kann auf diese Weise ebenfalls erfasst werden.
Die Abtastbewegung des Bildpunktes wird mit einem Polygonspiegelrad
22 verursacht, das sich kontinuierlich um seine Mittelachse dreht. Ein dabei reflektierender Lichtstrahl wird
an einem Prisma 24 in seinem Spektrum aufgeteilt, so dass sichtbares Licht dem Farbsensor 4 und Nahes Infrarot dem
Infrarotsensor 5 jeweils über ein Objektiv 23 zugeführt wird.
Anstelle des Spiegelrades könnte auch ein Schwenkspiegel eingesetzt werden. Je nach der Geometrie der Messanordnung
müssen ggf. auch parabolische Spiegel zur Vergrösserung des Sektors eingesetzt werden.
Claims (14)
1. Vorrichtung zum Erkennen und Ausscheiden von Fremdstoffen in Fasermaterial, insbesondere in Rohbaumwolle mit
einem Präsentationskanal (1), durch welchen das Fasermaterial als Faserstrom durchleitbar ist und der mittels
eines Sensorsystems (2) zum Erkennen eines Fremdstoffes beaufschlagbar ist und mit einer durch das Sensorsystem
ansteuerbaren Ausscheidevorrichtung (3) stromabwärts nach dem Präsentationskanal, wobei das Sensorsystem eine
Kombination von Farbsensor und Infrarotsensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) wenigstens
je einen zellenförmig abtastenden Farbsensor (4, 4') und einen zellenförmig abtastenden Infrarotsensor
(5, 5') aufweist und dass der Präsentationskanal (1) mit einer Beleuchtung (6a, 6b) versehen ist, welche elektromagnetische
Strahlung im Wellenlängenbereich von 400nm bis 2500nm emittiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) auf zwei aufeinanderfolgenden
Ebenen (16, 17) in Serie mit dem Farbsensor (4) und mit dem Infrarotsensor (5) beaufschlagbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) mit dem Farbsensor (4)
und mit dem Infrarotsensor (5) von der gleichen Seite her beaufschlagbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) mit dem Farbsensor (4)
und mit dem Infrarotsensor (5) aus verschiedenen Richtungen beaufschlagbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene (16) des Farbsensors (4)
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mit einer Beleuchtung (6a) im Bereich des sichtbaren Lichts und die Ebene (17) des Infrarotsensors (5) mit
einer Beleuchtung (6b) im Bereich des Nahen Infrarots beleuchtbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene (16) des Farbsensors (4)
und die Ebene (17) des Infrarotsensors (5) mit einer gemeinsamen Beleuchtung im Bereich des sichtbaren Lichts
und des Nahen Infrarots beleuchtbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) auf einer gemeinsamen
Ebene (18) parallel mit dem Farbsensor (4) und mit dem Infrarotsensor (5) beaufschlagbar ist, dass die gemeinsame
Ebene mit einer Beleuchtung im Bereich des sichtbaren Lichts und des Nahen Infrarots beleuchtbar ist und
dass die beiden Sensoren (4, 5) über einen Strahlenteiler (15) auf die gemeinsame Ebene gerichtet sind, der
jedem Sensor das ihm zugeordnete Lichtspektrum zuführt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7f dadurch gekennzeichnet,
dass die Beleuchtung eine oder mehrere Leuchtstofflampen, Halogenlampen oder Xenonlampen aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) mit je
wenigstens einem Paar Farbsensoren (4, 4') und Infrarotsensoren (5, 5') beaufschlagbar ist, wobei die Einzelsensoren
jedes Sensorpaars den Präsentationskanal aus diametral entgegengesetzten Richtungen und auf vorzugsweise
leicht versetzten Ebenen beaufschlagen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren Zeilensensoren sind.
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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren zellenförmig abtastende
Punktsensoren sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor ein mehrkanaliger
Sensor ist und dass jedem Kanal mittels eines Filters oder eines Strahlenteilers ein zu überwachendes
Lichtspektrum zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) Bestandteil
eines pneumatischen Transportkanals (7) ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Präsentationskanal (1) zusätzlich
mit einem Metallsensor (25) und/oder mit einem Funkensensor beaufschlagbar ist.
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Publications (1)
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| DE29719245U1 true DE29719245U1 (de) | 1998-03-12 |
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Country Status (1)
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