ES2299696T3 - Accionador electromagnetico con fuerza de atraccion controlada. - Google Patents
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Abstract
Accionador electromagnético que comprende un órgano (6) de accionamiento conectado a una paleta (8) que es móvil bajo el efecto de un elemento de motor que comprende al menos una bobina (1) para generar un flujo magnético en un núcleo (2) que tiene una cara que se extiende enfrente de una cara de la paleta (8), comprendiendo una al menos de las caras opuestas al menos una parte borneada (10; 17; 18), caracterizado porque la paleta (8) y el núcleo (2) están dispuestos para definir, en una primera zona (12) de la paleta (8) y del núcleo (2) que engloba la parte borneada, una primera pista magnética que está interrumpida por un entrehierro al menos igual al borneado de la parte borneada (10; 17; 18) cuando la paleta (8) está apoyada sobre el núcleo (2), y en una segunda zona (13) de la paleta (8) y del núcleo (2) que excluye la parte borneada, una segunda pista magnética que está interrumpida solamente por un entrehierro residual cuando la paleta (8) está apoyada sobre el núcleo (2), teniendo la parte borneada una superficie total a lo sumo igual a una superficie que lleva a saturación el flujo magnético en la segunda zona de paleta.
Description
Accionador electromagnético con fuerza de
atracción controlada.
La invención se refiere a un accionador
electromagnético, especialmente un accionador electromagnético de
co-
rriente continua destinado a accionar una válvula de motor.
rriente continua destinado a accionar una válvula de motor.
Se conocen accionadores electromagnéticos que
comprenden una varilla de accionamiento conectada a una paleta para
formar un conjunto móvil asociado a un elemento de motor que
propulsa el conjunto móvil de una posición de extremo a la otra,
correspondiendo las posiciones extremas a las posiciones abierta y
cerrada de la válvula.
El elemento de motor comprende al menos una
bobina equipada con un núcleo, estando una cara de la paleta
adaptada para entrar en contacto con una cara del núcleo de la
bobina cuando la válvula se encuentra en una de las posiciones
abierta o cerrada. La bobina sirve para desplazar la paleta y para
retenerla para mantener el conjunto móvil en la posición de extremo
correspondiente. Con este fin, la bobina se conecta a un dispositivo
de alimentación de corriente continua.
Durante el funcionamiento del accionador, la
bobina se alimenta con corriente, lo que tiene como fin crear un
flujo magnético que se encierra en la paleta. La bobina ejerce de
este modo un esfuerzo de atracción sobre la paleta.
Cuando la paleta se encuentra todavía alejada
del núcleo de la bobina, el entrehierro total que debe atravesar el
flujo entre la paleta y el núcleo es importante. La bobina debe
entonces alimentarse con una corriente de gran intensidad para que
el esfuerzo de atracción que desarrolla supere el esfuerzo
resistente que experimenta el conjunto móvil.
Pero, cuando la paleta llega a los alrededores
del núcleo, el entrehierro total entre la paleta y el núcleo
disminuye muy rápidamente, y la electrónica de alimentación no es
por lo general suficientemente rápida para reducir la intensidad de
la corriente de alimentación en proporción a la disminución del
entrehierro.
El esfuerzo de atracción ejercido por la bobina
sobre la paleta al final de la carrera sobrepasa en mucho el
esfuerzo resistente que se ejerce sobre el conjunto móvil. La paleta
llega, por lo tanto, al núcleo con una velocidad importante, lo que
produce un ruido de chasquido indeseable, e impide un buen control
de la velocidad de acercamiento de la válvula contra su asiento en
posición cerrada.
Se ha pensado en disminuir el esfuerzo de
atracción al final de la carrera limitando la intensidad del flujo
que se puede establecer en la paleta.
Ahora bien, la paleta está generalmente
sobredimensionada para funcionar al límite de saturación magnética
para el flujo máximo que se puede desarrollar por la bobina que se
establece cuando la paleta está alejada del núcleo. Una limitación
del flujo permitiría ciertamente disminuir el esfuerzo de atracción
al final de la carrera, pero degradaría las prestaciones del
accionador cuando la paleta está alejada del núcleo. Se conoce un
accionador electromagnético, según el preámbulo de la reivindicación
1, a partir del documento
JP-A-10332027.
La invención propone unos medios para adaptar el
esfuerzo de atracción de la bobina sobre la paleta al final de la
carrera, sin degradar las prestaciones del accionador cuando la
paleta está alejada del núcleo.
Con este fin, se propone un accionador
electromagnético que comprende un elemento de accionamiento
conectado a una paleta, que es móvil bajo el efecto de un elemento
de motor, que comprende al menos una bobina para generar un flujo
magnético en un núcleo que tiene una cara que se extiende frente a
una cara de la paleta, comprendiendo por lo menos una de las caras
opuestas al menos una parte borneada, caracterizado por el hecho de
que la paleta y el núcleo están dispuestos para definir en una
primera zona de la paleta y del núcleo que engloba la parte
borneada, una primera pista magnética que está interrumpida por un
entrehierro al menos igual al borneado de la parte borneada cuando
la paleta está apoyada sobre el núcleo y, en una segunda zona de la
paleta y del núcleo que excluye la parte borneada, una segunda pista
magnética que está interrumpida solamente por un entrehierro
residual cuando la paleta está apoyada sobre el núcleo, teniendo la
parte borneada una superficie total como máximo igual a una
superficie que lleva a saturación el flujo magnético en la segunda
zona de la paleta.
De este modo, cuando la cara de la paleta está
alejada de la cara del núcleo una distancia que es grande delante
del borneado de la parte borneada, el valor del flujo en el núcleo
está determinado principalmente por la distancia entre la paleta y
el núcleo, de manera que la parte borneada no tiene más que una
influencia despreciable sobre las prestaciones del accionador.
Cuando la paleta llega a los alrededores del núcleo, el borneado de
la parte borneada se hace importante respecto al espacio residual
que subsiste entre las caras enfrentadas. Por lo tanto, el
entrehierro total que debe atravesar el flujo en la primera zona
aumenta. Para una corriente dada, se disminuye por lo tanto el
esfuerzo de atracción ejercido por la bobina sobre la paleta.
De este modo la invención permite, para una
misma dinámica de la electrónica de alimentación, la reducción del
esfuerzo de atracción en fin de recorrido, de manera que la paleta
llegue menos rápidamente contra el núcleo y que se reduzca el ruido
de chasquido. La invención permite, entonces, aumentar la variación
del esfuerzo de atracción para una variación de corriente dada.
Se observará que la presencia de las partes
borneadas provoca un aumento correlativo de la corriente de
mantenimiento de la paleta contra el núcleo. Jugando sobre las
superficies relativas de la primera y la segunda zonas, es posible
llegar a un compromiso entre la disminución de esfuerzo deseada en
fin de recorrido y el aumento correlativo de la corriente de
mantenimiento de la paleta contra el núcleo.
Es importante a este respecto que el flujo
magnético en la segunda zona no sobrepase un valor de saturación,
lo que provocaría una degradación de las prestaciones del
accionador.
Para un accionador cuyo núcleo comprende una
rama central y dos ramas laterales que tienen extremos que definen
la cara del núcleo, la parte borneada se extiende ventajosamente
sobre la cara de la paleta enfrente de al menos una de las ramas
del núcleo.
Según una primera realización de la invención,
la paleta comprende partes borneadas que se extienden cada una
enfrente de una de las ramas laterales del núcleo, preferiblemente
de manera simétrica respecto del órgano de accionamiento.
Preferiblemente, la parte borneada sobresale
transversalmente de la rama opuesta en una distancia al menos igual
al borneado de la parte borneada respecto de la cara de la
paleta.
Según una segunda realización de la invención,
la parte borneada se extiende transversalmente a las tres ramas,
enfrente de cada una de las mismas.
Según un aspecto particular de la invención, la
primera zona y la segunda zona están magnéticamente aisladas.
Esta disposición evita la migración del flujo
hacia la segunda zona donde podría establecerse más fácilmente, lo
que debilitaría la eficacia de las partes borneadas.
Preferiblemente, el núcleo se compone de un
apilamiento de chapas, insertándose al menos una barrera magnética
en el apilamiento de chapas para separar las chapas que componen la
primera zona y la segunda zona el núcleo.
Otras características y ventajas de la invención
aparecerán más claramente tras la siguiente descripción de
realizaciones particulares no limitativas de la invención. Se hará
referencia a las figuras anexas entre las cuales:
- la figura 1A es una vista en corte esquemático
según el plano IA de la figura 2A de un accionador según la
invención en la cual la paleta se ilustra alejada del núcleo;
- la figura 1B es una vista en corte esquemático
según el plano IB de la figura 2B en la cual la paleta se ilustra en
contacto con el núcleo;
- la figura 2A es una vista en perspectiva
parcial de una primera realización de la invención en la cual la
paleta se ilustra alejada del núcleo, habiéndose omitido el
conductor de la bobina;
- la figura 2B es una vista parcial análoga a la
figura 2A en la cual la paleta se ilustra en contacto con el
núcleo;
- la figura 3A es una vista en perspectiva
parcial de una segunda realización de la invención en la cual la
paleta se ilustra alejada del núcleo, habiéndose omitido el
conductor de la bobina;
- la figura 3B es una vista análoga a la figura
3A en la cual la paleta se ilustra en contacto con el núcleo;
- la figura 4 es una vista en perspectiva
parcial de un accionador según una variante de la segunda
realización de la invención;
- la figura 5 es una vista lateral esquemática
del accionador de las figuras 3A y 3B;
- la figura 6 es una vista lateral esquemática
del accionador de la figura 4.
En las figuras, las escalas no se han respetado
las escalas, para comprender mejor la invención.
En referencia a las figuras 1A y 1B, el
accionador ilustrado comprende de manera conocida en sí dos bobinas
dispuestas la una enfrente de la otra. Se ha representado una sola
bobina 1 para aligerar el dibujo. La bobina 1 comprende un núcleo 2
que presenta una rama central 3 y dos ramas laterales 4. Un
conductor 5, del que se observan las espiras en corte, se enrolla
alrededor de la rama central 3 del núcleo 2. Se monta una varilla 6
de accionamiento con deslizamiento en un escariado de la rama
central 3 según una dirección perpendicular a una cara 7 del núcleo
2 definida por el extremo de la rama central 3 y de las ramas
laterales 4. La varilla 6 de accionamiento es solidaria a una
paleta 8 que tiene una cara 9 paralela a la cara 7 del núcleo 2, y
que se ve obligada a desplazarse entre las bobinas.
Una electrónica de alimentación de corriente
continua, no representada, alimenta el conductor 5 con corriente
continua para establecer un flujo 11 entre el núcleo 2 y la paleta 8
para ejercer sobre la paleta 8 un esfuerzo de atracción. El flujo
magnético 11 circula en el núcleo 2 por la rama central 3 y cada una
de las ramas laterales 4. El flujo magnético 11 se encierra en la
paleta 8 atravesando un entrehierro total igual al espacio que
separa la paleta 8 del núcleo 2 al nivel de la rama central 3
añadiendo el espacio que separa la paleta 8 del núcleo 2 al nivel
de cada rama lateral 4.
Según la primera realización de la invención,
las caras de la paleta 8 presentan cada una cuatro partes 10 de
adaptación borneadas con una distancia r de borneado respecto
de la cara que lleva la parte borneada 10 considerada. Las partes
borneadas 10 se extienden cada una enfrente de una de las ramas
laterales 4 del núcleo 2 y se disponen de manera simétrica respecto
de la varilla 6 de accionamiento.
En las figuras, las partes borneadas 10 se
ilustran en cada una de las caras de la paleta 8 puesto que la
paleta 8 coopera también con otra bobina no representada que se
extiende enfrente de la otra cara de la paleta 8. Por necesidades
de descripción, solo se han tenido en consideración las partes
borneadas 10 realizadas en la cara 9 enfrente del núcleo.
En la posición ilustrada en la figura 1A, la
paleta 8 está alejada del núcleo 2 y el borneado r de las
partes borneadas 10 es despreciable respecto de la distancia
d medida entre la cara 9 de la paleta 8 y la cara 7 del
núcleo 2. El entrehierro total que debe atravesar el flujo es por lo
tanto sensiblemente igual a dos veces la distancia d,
teniendo la presencia de las partes borneadas 10 una influencia
despreciable.
A título de ejemplo, el borneado r es del
orden de 0,2 milímetro para una distancia d máxima del orden
de ocho milímetros.
El esfuerzo de atracción ejercido por la bobina
1 no se ve por lo tanto perturbado por la presencia de las partes
borneadas 10 cuando la paleta 8 sigue alejada del núcleo 2.
En la posición ilustrada en la figura 1B, la
cara 9 de la paleta 8 y la cara 7 del núcleo 2 están en contacto.
Debido a los defectos de superficie del núcleo y de la paleta,
subsiste entre las dos caras en contacto un espacio residual
\varepsilon muy inferior al borneado de las partes borneadas 10.
El entrehierro total que debe atravesar el flujo es por lo tanto
sensiblemente igual a la distancia r de borneado enfrente de
las partes borneadas 10, mientras que habría sido igual a dos veces
el espacio residual \varepsilon en ausencia de las partes
borneadas 10.
A una corriente dada, la fuerza de atracción
ejercida por la bobina 1 sobre la paleta 8 varía en función inversa
del cuadrado del entrehierro. Cuando la paleta llega a proximidad
del núcleo 2 la fuerza de atracción disminuye entonces de manera
muy importante enfrente de las partes borneadas de manera que para
una dinámica de reducción de una corriente dada la invención
permite reducir más rápidamente la velocidad de la paleta durante su
acercamiento al núcleo. Además, el entrehierro adicional de las
partes borneadas disminuye el efecto inductivo de la paleta sobre
la bobina 1 y permite por lo tanto mejorar la dinámica de reducción
de la corriente en la bobina.
En la primera realización de la invención
ilustrada en las figuras 2A y 2B, las partes borneadas 10 no se
extienden sobre toda la longitud de las ramas laterales 4, sino
únicamente sobre una parte de la misma.
Las partes borneadas 10 delimitan
longitudinalmente una primera zona 12 de la paleta 8 y del núcleo 2
para la cual el entrehierro total que debe atravesar el flujo es
sensiblemente igual al borneado r de las partes borneadas
10, y una segunda zona 13 de la paleta 8 y del núcleo 2 para la cual
el entrehierro total es igual a dos veces el espacio residual
\varepsilon entre las caras 7 y 9.
Se observará que después de la puesta en
contacto de la paleta sobre el núcleo, el mantenimiento de la paleta
contra el núcleo necesita entonces alimentar la bobina con una
corriente de mantenimiento que es tanto más importante cuanto
mayores son el borneado r y la superficie de las partes
borneadas. La superficie de las partes borneadas surge por lo tanto
de un compromiso entre la reducción de fuerza deseada para aumentar
la variación de esfuerzo de atracción y un aumento razonable de la
corriente de mantenimiento. En la práctica, se ha determinado que
para una distancia de borneado de 0,2 mm una superficie de las
partes borneadas igual a un tercio de la superficie de las ramas
laterales del núcleo constituye un compromiso satisfactorio.
Modificando la longitud relativa de las zonas 12
y 13 es posible modular el debilitamiento en fin de recorrido del
esfuerzo de atracción. Sin embargo, esta modulación se ve limitada
por el hecho de que un aumento demasiado importante de las
superficies de las partes borneadas correría el riesgo de provocar
una saturación de la segunda zona 13.
Tal saturación provocaría una degradación de las
prestaciones del accionador.
En la práctica, se limitará la superficie total
de las partes borneadas al 50% de la superficie total de las caras
enfrente de la paleta y del núcleo.
Según un aspecto particular de la invención, las
partes borneadas 10 sobresalen transversalmente de la rama lateral
opuesta a lo largo de una distancia l al menos igual al
borneado r de la parte borneada. En el ejemplo ilustrado,
las partes borneadas 10 están limitadas transversalmente por un
redondeado 14 de radio igual al borneado r de las partes
borneadas 10, situándose el centro del redondeado 14 sensiblemente
al nivel de la arista interna 15 de la rama lateral 4 cuando la
paleta 8 está en contacto con el núcleo 2.
Esta disposición minimiza el paso del flujo
hacia la zona 13 en la cercanía de la arista interna 15 en la cual
la distancia que hay que atravesar sería inferior a la distancia de
borneado de las partes borneadas, lo que disminuiría la eficacia de
las partes borneadas 10.
Por otra parte, el núcleo 2 se compone
ventajosamente de un apilamiento de chapas cortadas que limitan la
migración longitudinal del flujo. Esta disposición se opone a que la
tendencia del flujo que se debe establecer normalmente en la zona
12 migre hacia la zona 13 donde el entrehierro total es inferior.
Con el fin de seguir limitando esta migración, se puede insertar
una barrera magnética 16, por ejemplo una pieza de material
amagnético de igual forma que las chapas que forman el núcleo en el
apilamiento de chapas para aislar magnéticamente la parte de núcleo
que corresponde a la zona 12 de la parte de núcleo que corresponde a
la zona 13.
Según una segunda realización de la invención
ilustrada en las figuras 3A y 3B las partes borneadas están
constituidas por escalones 17 que se extienden transversalmente
enfrente de la rama central 3 y de las ramas laterales 4 del núcleo
2. En este caso, el borneado de la parte borneada afecta al flujo no
sólo en su paso entre una rama lateral y la paleta sino también en
su paso entre la rama central y la paleta.
El escalón 17 es más fácil de mecanizar que las
partes borneadas 10 ilustradas en las figuras 2A y 2B y elimina
cualquier riesgo de paso parásito de flujo magnético por la arista
interna 15 de las ramas laterales 4.
El escalón 17 delimita dos zonas 12 y 13 de la
misma manera que en la realización precedente. En la zona 12 que
corresponde al escalón 17, el flujo debe atravesar una vez el
borneado r del escalón 17 en el entrehierro con la rama
central 3 y una vez la misma distancia en el entrehierro con las
ramas laterales para poder establecerse. Para el mismo
debilitamiento que en la primera realización, basta por lo tanto que
el borneado r del escalón 17 sea igual a la mitad de la
distancia de borneado de las partes borneadas 10.
En una variante de esta realización, ilustrada
en la figura 4, el escalón 17 se sustituye por un chaflán 18. La
distancia entre la cara 7 del núcleo 2 y el chaflán 18 no es
constante pero aumenta con la distancia respecto del centro de la
paleta 8. El chaflán 18 tiene el mismo efecto que el escalón 17,
pero permite evitar efectos de bordes indeseables que podrían
aparecer a lo largo de la arista del escalón 17.
Por otra parte, en la figura 5 se ha ilustrado
de manera exagerada, la posición que la paleta 8 con escalón 17 es
susceptible de presentar respecto del núcleo 2 debido a unos juegos
de montaje del accionador. Se constata que la distancia entre la
cara 7 del núcleo 2 y el fondo del escalón 17 disminuye en dirección
al extremo de la paleta 8, y el flujo magnético tiene tendencia a
concentrarse al nivel de la arista terminal 19 de la paleta 8, lo
que disminuye las prestaciones del accionador.
En la figura 6, se ha ilustrado una paleta 8 con
chaflán 18 en la misma configuración que anteriormente. Se constata
que la distancia entre la cara 7 del núcleo 2 y el chaflán 18 sigue
creciendo en dirección al extremo de la paleta, siendo entonces
evidente el riesgo de concentración del flujo magnético sobre la
arista terminal 20 de la paleta 8.
Este riesgo de desequilibrio de posicionamiento
de la paleta se minimiza, además, por una disposición simétrica de
las partes borneadas respecto del órgano 6 de accionamiento.
La invención no se limita a la realización
particular que se acaba de describir, sino por el contrario entiende
abarcar cualquier variante que forme parte del marco de la
invención tal como lo definen las reivindicaciones.
Aunque se hayan ilustrado las partes borneadas
en forma de escalón o también de chaflán, las partes borneadas
podrán más generalmente adoptar cualquier forma capaz de garantizar
un espacio entre las partes borneadas y la cara opuesta cuando las
dos caras están en contacto, por ejemplo una serie de ranuras.
Aunque se haya ilustrado la invención con partes
borneadas realizadas sobre la paleta, las partes borneadas se
podrán también realizar sobre la cara del núcleo o simultáneamente
sobre la paleta y el núcleo aunque esta solución parezca a
priori más compleja de realizar que las partes borneadas sobre
la paleta.
Aunque se hayan ilustrado las caras de la paleta
y del núcleo como planas, las caras podrán adoptar cualesquiera
formas complementarias capaces de permitir su contacto fuera de las
partes borneadas.
Aunque se haya indicado que las partes borneadas
estaban delimitadas transversalmente por un redondeado, las partes
borneadas podrán estar delimitadas por cualquier otra forma siempre
que las partes borneadas sobresalen transversalmente de la rama
lateral opuesta en una distancia al menos igual a la distancia de
borneado.
Aunque se haya indicado que las partes borneadas
se extienden enfrente de las ramas laterales, o entre la rama
central y las ramas laterales, se podrán prever también partes
borneadas que se extienden sólo enfrente de la rama central.
Aunque la invención se ha haya descrito en
relación con un accionador de dos bobinas, se aplica igualmente a
un accionador monobobina cuyo núcleo comprende extremos activos
enfrente de las dos caras de la paleta.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se muestra únicamente para conveniencia del lector. No
forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha tenido
una gran precaución a la hora de recopilar las referencias, no se
pueden excluir errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes
declina cualquier responsabilidad al respecto.
\bullet JP 10332027 A [0009].
Claims (10)
1. Accionador electromagnético que comprende un
órgano (6) de accionamiento conectado a una paleta (8) que es móvil
bajo el efecto de un elemento de motor que comprende al menos una
bobina (1) para generar un flujo magnético en un núcleo (2) que
tiene una cara que se extiende enfrente de una cara de la paleta
(8), comprendiendo una al menos de las caras opuestas al menos una
parte borneada (10; 17; 18), caracterizado porque la paleta
(8) y el núcleo (2) están dispuestos para definir, en una primera
zona (12) de la paleta (8) y del núcleo (2) que engloba la parte
borneada, una primera pista magnética que está interrumpida por un
entrehierro al menos igual al borneado de la parte borneada (10;
17; 18) cuando la paleta (8) está apoyada sobre el núcleo (2), y en
una segunda zona (13) de la paleta (8) y del núcleo (2) que excluye
la parte borneada, una segunda pista magnética que está
interrumpida solamente por un entrehierro residual cuando la paleta
(8) está apoyada sobre el núcleo (2), teniendo la parte borneada
una superficie total a lo sumo igual a una superficie que lleva a
saturación el flujo magnético en la segunda zona de paleta.
2. Accionador electromagnético según la
reivindicación 1, caracterizado porque la parte borneada
tiene una superficie total inferior al 50% de la superficie total
de las caras opuestas.
3. Accionador electromagnético según la
reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo (2)
comprende una rama central (3) y dos ramas laterales (4) que tienen
extremos que definen la cara (7) del núcleo (2), y porque la parte
borneada (10; 17; 18) se extiende sobre la cara de la paleta (9)
enfrente de al menos una de las ramas del núcleo.
4. Accionador electromagnético según la
reivindicación 3, caracterizado porque la paleta (8)
comprende partes borneadas (10) que se extienden enfrente de las
ramas laterales (4) del núcleo.
5. Accionador electromagnético según la
reivindicación 3, caracterizado porque las partes borneadas
son simétricas respecto del órgano de accionamiento.
6. Accionador electromagnético según la
reivindicación 3, caracterizado porque la parte borneada (10)
sobresale transversalmente de la rama opuesta a lo largo de una
distancia (l) al menos igual al borneado (r) de la parte borneada
(10) respecto del órgano de accionamiento.
7. Accionador electromagnético según la
reivindicación 3, caracterizado porque la parte borneada (17,
18) se extiende transversalmente a las tres ramas (4, 3, 4)
enfrente de cada una de las mismas.
8. Accionador electromagnético según la
reivindicación 7, caracterizado porque la parte borneada (17)
tiene forma de chaflán.
9. Accionador electromagnético según la
reivindicación 1, caracterizado porque la primera zona (12) y
la segunda zona (13) del núcleo (2) están magnéticamente
aisladas.
10. Accionador electromagnético según la
reivindicación 9, caracterizado porque el núcleo está
compuesto por una apilamiento de chapas cortadas, al menos una
barrera electromagnética (16) que está insertada en el apilamiento
de chapas para separar las chapas que componen la primera (12) y la
segunda (13) zonas del núcleo (2).
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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