WO1997022812A1 - Herstellverfahren für ein guss-maschinenteil mit einer durch bruchtrennen mehrteilig gestalteten lageranordnung - Google Patents

Herstellverfahren für ein guss-maschinenteil mit einer durch bruchtrennen mehrteilig gestalteten lageranordnung Download PDF

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Definitions

  • the invention is based on the preamble of claim 1 from EP-A 0167320.
  • each bearing arrangement in the respective bearing bore also includes diametrically arranged, relatively large (macroscopic) fracture separation notches, which according to the explanations on page 7 above of the generic EP-A 0167320 are preferably produced mechanically, but also by casting or Forging can be formed.
  • break separation notches require a relatively small tip radius (R ⁇ O) for proper break separation by means of a clear tear in the base of the separation notch or the recess.
  • R ⁇ O tip radius
  • the invention has for its object a manufacturing process for a casting machine part with cast, serving as Bruchtre ⁇ nkerbenenden To improve depressions in such a way that the desired small tip radius is ensured in the notch base of each depression.
  • the invention of the separate projections offers a further advantage in the choice of a material with high heat conduction, such as, for example, an iron material or a ceramic, with the projections in addition to a customary, protective core size in the region of the respective projection edge additionally being provided for increased heat dissipation Metal oxide size, preferably tellurium oxide size are covered.
  • a material with high heat conduction such as, for example, an iron material or a ceramic
  • each can act as a scribe point
  • a white radiation or a white solidified zone are generated on the basis of each depression or fracture separation notch, which zone is particularly susceptible to cracking due to its hardness and thus advantageously also serves to form a crack in the fracture separation plane in the form of a hairline crack.
  • the wedge-shaped projections of diametrical depressions are designed as end sections of an insert arranged to penetrate the respective core, which for cost reasons is preferably formed from a flat steel section.
  • This deposit is in a core, such as. B. a Sandker ⁇ , by means of positive locking devices, preferably secured by means of openings.
  • the separate projections are connected to an annular, pressure-resistant insert of a core, the insert ring being reduced in its outer diameter relative to the bearing bore of the respective machine part by the amount of a thin core sand layer to be firmly adhered.
  • This measure makes it possible, in particular in the case of a machine part formed from cast iron material with white rigid zones in the base of each depression, that cracks or hairline cracks as starter cracks in the aforementioned white rigid zones in the fracture separating plane of the bearing arrangement are prevented by the shrinkage of the respective bearing arrangement hampered by the insert ring in the core for the subsequent fracture separation.
  • the forced cracks advantageously result in a reduction in tension in the connected bearing caps.
  • the cracks produced by the prevented shrinkage additionally facilitate the removal of the respective insert from a bearing arrangement, the removal of the deposits from the depressions being ensured by the used sizes.
  • FIG. 1 shows a bearing arrangement for a crankshaft bearing in an indicated crankcase of an internal combustion engine
  • Figures 2 and 3 each have a core for forming the Lagerbohru ⁇ gen in several Lageranordnu ⁇ gen with different deposits for notch formation.
  • a merely indicated cast crankcase 1 of an internal combustion engine comprises bearing arrangements 2 which are aligned with one another for receiving a crankshaft (not shown).
  • the bearing arrangements 2 each comprise a bearing bore 3, which are prefabricated by means of a common core 4 or 5 according to FIGS. 2 or 3.
  • the multi-part bearing arrangements 2 for receiving a crankshaft are first cast in one piece, the subsequent multi-part configuration being achieved with a subsequent break separation of a bearing cap 6 from the respective bearing arrangement 2.
  • the bearing cap 6 from the bearing assembly 2 are formed when casting the crankcase 1 with the Lageranordnu ⁇ gen 2 in the circumference of each bearing bore 3 diametrically serving as cracking recess 7, as z. B. is described in general in Gattu ⁇ gssentenden EP-A 0167320.
  • the generally wedge-shaped or V-shaped depressions 7 or fracture separating notches must have relatively sharp corners or very small tip radii in their notch base 7 'for a high fracture quality.
  • the protrusions 8 and 9, which are formed separately from the respective core 4 or 5, are advantageously manufactured in a simple manner from a stable material such as structural steel, the protrusions 8 and 9, which are designed in a wedge shape according to FIGS. 1 to 3, into a cutting-like protrusion edge 8 'or 9' with a radius smaller than 0.25 mm.
  • Such shaped Bruchtrennkerbe ⁇ or depressions 7 can be advantageously further developed in a machine part made of a cast iron material with respect to the Brucheinleitu ⁇ g in a simple manner that the separate projections 8 and 9 made of a material of high heat conduction - z.
  • B. Structural steel - are formed, and that these projections 8 and 9 in addition to a conventional protective core size in the area of the respective projection edge 8 'or 9' additionally with a metal oxide size, in particular tellurium oxide size outside the area of the machining allowance are covered.
  • a white radiation or a white solidified zone is generated by means of the increased heat dissipation through the tellurium oxide size in the edge region of each base T of each depression 7, which is effective as a tear point in the fracture separation . Due to the hardness T that is basically achieved, the break separation notch or . Recess 7 susceptible to cracking, which at the beginning of a fracture separation in the recesses defined by the fracture separation plane extending advantageous hair ⁇ or starter cracks are generated. A high fracture quality is achieved.
  • the wedge-shaped projections 8 in diametrical recesses 7 are designed as end sections of an insert 10 arranged to penetrate the core 4, the insert 10 being manufactured inexpensively from a flat steel section from a structural steel. If a sand core 4 is equipped with separate inlays 10, these have positive locking devices that can be easily arranged in the core 4 and can be easily filled in by the core sand, preferably a plurality of openings 11.
  • FIG. 3 A different arrangement is shown in FIG. 3, the projections 9 being connected to an annular, pressure-resistant or pressure-resistant insert 12 of the core 5, the insert ring 12 in its outer diameter relative to the bearing bore 3 of the bearing arrangement 2 by the amount of a firm one to be applied, thin core sand layer 13 is reduced.
  • the invention is suitable for iron and light metal cast materials, which can be used in a frame for individual parts such as connecting rods or complex cast structures such as crankcases or for parts integrated in the casting process such as bearing caps.

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Abstract

Für ein Herstellverfahren für ein Guß-Maschinenteil mit einer durch Bruchtrennen mehrteilig gestalteten Lageranordnung mit diametral in der Lagerbohrung beim Guß ausgeformten Bruchtrennkerben bzw. Vertiefungen (7) wird für ein kortengünstiges Verfahren vorgeschlagen, daß die Vertiefungen (7) mittels am Kern vorgesehener, gesonderter Vorsprünge mit standfest ausgebildeten, freien Vorsprungskanten mit jeweils einem formgebenden Radius zwischen R=0 mm und R≤0,45 mm im Bereich des als Anrißstelle wirksamen Grundes jeder Vertiefung erzeugt werden.

Description

Herstellverfahren für ein Guß-Maschinenteil mit einer durch Bruchtrennen mehrteilig gestalteten Lageranordnung
Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der EP-A 0167320 aus.
Dieses Dokument zeigt und beschreibt als Guß-Maschinenteile ein Pleuel und ein abschnittsweise gezeigtes Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mit Kurbelwellenlagern, wobei jede der vorgenannten Lageranordnungen einen durch Bruchtrennen gebildeten Lagerdeckel umfaßt. Als vorbereitende Maßnahme für ein gezieltes Bruchtrennen umfaßt ferner jede Lageranordnung in der jeweiligen Lagerbohruπg diametral angeordnete, relativ groß ausgebildete (makroskopische) Bruchtrennkerben, die gemäß den Ausführungen auf Seite 7 oben der gattungsbildenden EP-A 0167320 vorzugsweise maschinell erzeugt werden, aber auch durch Gießen oder Schmieden geformt werden können.
Diese Bruchtrennkerben benötigen für ein einwandfreies Bruchtrennen mittels eines eindeutigen Anrisses im Grund der Trennkerbe bzw. der Vertiefung einen relativ kleinen Spitzenradius (R→O). Bei maschineller Erzeugung der Bruchtrennkerben erklärt sich hieraus ein hoher Werkzeugverschleiß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstell verfahren für ein Guß- Maschinenteil, mit eingegossenen, als Bruchtreπnkerben dienenden Vertiefungen derart zu verbessern, daß im Kerbgrund jeder Vertiefung der gewünscht kleine Spitzeπradius sichergestellt ist.
Diese Aufgabe ist gemäß dem Keπnzeichenteil des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, daß die Vertiefungen mittels am Kern vorgesehener, gesonderter Vorsprüπge mit standfest ausgebildeten, freien Vorsprungskanten mit jeweils einem formgebenden Radius zwischen R=0 mm und R<0,45 mm im Bereich des als Anrißstelle wirksamen Kerbgrundes jeder Vertiefung erzeugt werden.
Die gegenüber dem für die Ausformung der Lagerbohrung üblichen Kern gesonderten Vorsprünge sind in vorteilhaft einfacher Weiterbildung aus einem standfesten Material, wie z.B. aus einem Eisenwerkstoff, aus Glas, Oxidkeramik oder einem Salzkern gewählt, wobei mit der Wahl des standfesten Materials insbesondere keilförmig gestaltene Vorsprünge vorteilhaft sind, deren schneidenartig ausgebildete freie Vorspruπgskanten jeweils einen Radius zwischen R=0 mm und R<0,25 mm aufweisen.
Der Vorteil der gegenüber einem Kern gesonderten Vorsprüπge ist deren Austauschbarkeit bei geringen Materialkosten und / oder deren
Herstellung / Nachbearbeitung in bezug auf eine "scharfe" Vorsprungskante.
Weiter bietet sich mit der Erfindung der gesonderten Vorsprünge als weiterer Vorteil die Wahl eines Materials mit hoher Wärmeleitung wie z.B. einem Eiseπwerkstoff oder eine Keramik an, wobei zur verstärkten Wärmeableitung die Vorsprünge neben einer üblichen, schützenden Kern- Schlichte im Bereich der jeweiligen Vorspruπgskante zusätzlich mit einer Metalloxid-Schlichte, vorzugsweise Telluroxid-Schlichte bedeckt sind. Mit dieser Maßnahme kann insbesondere bei einem aus Gußeisenwerkstoff gebildeten Maschinenteil mittels erhöhter Wärmeableitung durch die Telluroxid-Schlichte im Randbereich jedes als Anrißstelle wirksamen Grundes jeder Vertiefung bzw. Bruchtrennkerbe eine Weißeiπstrahlung bzw. eine weißerstarrte Zone erzeugt werden, die aufgrund ihrer Härte besonders rißempfindlich ist und somit vorteilhafter Weise zusätzlich der Ausbildung eines Anrisses in der Bruchtrenπebene in Form eines Haarrisses dient.
Zur vorteilhaft einfachen Handhabung sind die keilförmigen Vorsprünge diametraler Vertiefungen als Endabschnitte einer den jeweiligen Kern durchsetzend angeordneten Einlage gestaltet, die aus Kosteπgründen vorzugsweise aus einem Flachstahlabschnitt gebildet ist. Diese Einlage ist in einem Kern, wie z. B. einem Sandkerπ, mittels Formschlußeinrichtungen, vorzugsweise mittels Durchbrechungen sichernd gehalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung stehen die gesonderten Vorsprüπge mit einer ringförmigen, drucksteifen Einlage eines Kernes in Verbindung, wobei der Einlage-Ring in seinem Außendurchmesser relativ zur Lagerbohrung des jeweiligen Maschinenteils um das Maß einer fest haftend anzubringenden dünnen Kern-Sandschicht reduziert ist.
Diese Maßnahme erlaubt es insbesondere bei einem aus Gußeiseπwerkstoff gebildeten Maschinenteil mit weißerstarrteπ Zonen im Grund jeder Vertiefung, daß über das durch den Einlage-Ring im Kern behinderte Schwinden der jeweiligen Lageranordnung in den vorgenannten weißerstarrteπ Zonen in Bruchtrennebene der Lageranordnung gerichtete Anrisse bzw. Haarrisse als Starterrisse für das nachgeordnete Bruchtrennen erzeugt werden.
Bei miteinander durch Guß verbundenen Lageranordnungen, wie im Paket gegossener Pleuel oder in einem Rahmen integrierter Lagerdeckeln von Kurbelwellenlagern eines Kurbelgehäuses ergibt sich mit den erzwungenen Anrissen in vorteilhafter Weise ein Spanπungsabbau in den verbundenen Lagerdeckeln. Die durch das verhinderte Schwinden erzeugten Anrisse erleichtern zusätzlich das Entfernen der jeweiligen Einlage aus einer Lageranordnung, wobei das Entfernen der Einlagen aus den Vertiefungen durch die verbrauchten Schlichten gewährleistet ist.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
Figur 1 eine Lageranordnuπg für ein Kurbelwellenlager in einem angedeuteten Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine,
Figuren 2 und 3 jeweils einen Kern zur Formung der Lagerbohruπgen in mehreren Lageranordnuπgen mit unterschiedlichen Einlagen zur Kerben- Ausbildung.
Ein lediglich angedeutetes Guß-Kurbelgehäuse 1 einer Breπnkraftmaschine umfaßt miteinander fluchtende Lageranordnungen 2 zur Aufnahme einer nicht gezeigten Kurbelwelle. Die Lageraπordnungen 2 umfassen jeweils eine Lagerbohrung 3, die mittels eines gemeinsamen Kernes 4 oder 5 gemäß den Figuren 2 oder 3 vorgefertigt werden. Die zur Aufnahme einer Kurbelwelle mehrteilig gestalteten Lageraπordnungen 2 werden zunächst einstückig gegossen, wobei mit einem nachfolgenden Bruchtrenneπ eines Lagerdeckels 6 von der jeweiligen Lageranordnung 2 die jeweils mehrteilige Ausgestaltung erzielt ist.
Zur gezielten Bruchtreπnung des Lagerdeckels 6 von der Lageranordnung 2 werden beim Gießen des Kurbelgehäuses 1 mit den Lageranordnuπgen 2 im Umfang jeder Lagerbohrung 3 diametral, als Anrißstellen dienende Vertiefung 7 ausgeformt, wie dies z. B. in der Gattuπgsbildenden EP-A 0167320 ganz allgemein beschrieben ist. Die im allgemein im Querschnitt keilförmigen bzw. V-förmigen Vertiefungen 7 bzw. Bruchtrennkerben müssen für eine hohe Bruchqualität in ihrem Kerbgrunde 7' relativ scharfe Ecken bzw. sehr kleine Spitzenradieπ aufweisen.
Zur Überwindung dieses Problems wird ein Herstellverfahren für ein Guß- Maschinenteil mit einer durch Bruchtrennen mehrteilig gestalteten Lageranordnung 2 mit Bruchtreππkerben bzw. mit Vertiefungen 7 erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß die Vertiefungen 7 mittels am Kern 4 oder 5 vorgesehener, gesonderter Vorsprünge 8 bzw. 9 mit standfest ausgebildeten, freien Vorsprungskanten 81 bzw. 9' erzeugt werden mit jeweils einem formgebenden Radius zwischen R=0 mm und R<0,45 mm im Bereich des als Anrißstelle wirksamen Kerbgrundes 7' jeder Vertiefung 7.
Die relativ zum jeweiligen Kern 4 oder 5 gesondert ausgebildeten Vorsprüπge 8 bzw. 9 sind in vorteilhaft einfacher Weise aus einem standfesten Material wie beispielsweise einem Baustahl gefertigt, wobei die gemäß den Figuren 1 bis 3 keilförmig gestalteten Vorsprünge 8 bzw. 9 in eine schneideπartige Vorspruπgskante 8' bzw. 9' mit einem Radius kleiner als 0,25 mm aufweisen.
Derart ausgeformte Bruchtrennkerbeπ bzw. Vertiefungen 7 können in einem Maschinenteil aus einem Gußeisenwerkstoff bzgl. der Brucheinleituπg auf einfache Weise vorteilhaft dadurch weitergebildet werden, daß die gesonderten Vorsprüπge 8 bzw. 9 aus einem Material von hoher Wärmeleitung - z. B. Baustahl - gebildet sind, und daß diese Vorsprünge 8 bzw. 9 neben einer üblichen, schützenden Kern-Schlichte im Bereich der jeweiligen Vorsprungskante 8' bzw. 9' zusätzlich mit einer Metalloxid- Schlichte, insbesondere Telluroxid-Schlichte außerhalb des Bereiches der Bearbeitungszugabe bedeckt sind. Mit dieser erfindungsgemäßen Maßnahme wird mittels der erhöhten Wärmeableitung durch die Telluroxid-Schlichte im Randbereich jedes beim Bruchtrenneπ als Aπrißstelle wirksamen Grundes T jeder Vertiefung 7 eine Weißeinstrahlung bzw. eine weißerstarrte Zone erzeugt. Durch die damit im Grunde T erreichte Härte wird die Bruchtrennkerbe bzw. Vertiefung 7 rißempfindlich, wodurch zu Beginn einer Bruchtrennung in der durch die Vertiefungen festgelegten Bruchtrennebene vorteilhaft verlaufende Haar¬ bzw. Starterrisse erzeugt werden. Erreicht ist damit eine hohe Bruchqualität.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die keilförmigen Vorsprünge 8 in diametralen Vertiefungen 7 als Eπdabschnitte einer den Kern 4 durchsetzend angeordneten Einlage 10 gestaltet, wobei die Einlage 10 kostengünstig aus einem Flachstahlabschnitt aus einem Baustahl gefertigt ist. Bei einer Ausrüstung eines Sand-Kernes 4 mit gesonderten Einlagen 10 weisen diese zur Lagersicherung im Kern 4 leicht anordbare und vom Kernsand leicht ausfüllbare Formschlußeinrichtungen auf, vorzugsweise mehrere Durchbrechungen 11.
Eine abweichende Anordnung zeigt die Figur 3, wobei die Vorsprünge 9 mit einer ringförmigen, drucksteifen bzw. druckbeständigen Einlage 12 des Kernes 5 in Verbindung stehen, wobei der Einlage-Ring 12 in seinem Außendurchmesser relativ zur Lagerbohrung 3 der Lageranordnung 2 um das Maß einer festhafteπd aufzubringenden, dünnen Kern-Sandschicht 13 reduziert ist.
Diese Ausgestaltung der mit den gesonderten Vorsprünge 9 in Verbindung stehenden Einlage-Ringe 12 bewirkt bei einer aus Gußeisenwerkstoff gebildeten Lageranordnung 2 mit weißerstarrten Zonen im Grund 7' jeder Bruchtrennkerbe bzw. Vertiefung 7 über das durch die Einlage-Ringe 12 in einem jeweiligen Kern 5 behinderte Schwinden der Lageranordπuπg 2 in diesen weißerstarrten Zonen in Bruchtrennebene der Lageranordπung 2 gerichtete Anrisse bzw. Haarπsse als Starterrisse für das nachgeordπete Bruchtreπnen. Mit dieser Maßnahme des verhinderten Schwindens werden Spannungsreduzierende Anrisse erzeugt, die eine Bruchtreπnuπg qualitativ und quantitativ wesentlich verbessern.
Weiter erleichtern diese Anrisse die Entfernung der Einiage-Ringe 12, die am Außenumfaπg leicht konisch gestaltet sein können.
Die Erfindung ist für Eisen- und Leichtmetall-Gußwerkstoffe geeignet, wobei diese für Einzelteile wie Pleuel oder komplexe Gußgebilde wie Kurbelgehäuse oder auch für gießtechnisch integrierte Teile wie Lagerdeckel in einem Rahmen Verwendung finden können.

Claims

Patentansprüche
1. Herstellverfahren für ein Guß-Maschinenteil mit einer durch Bruchtreπneπ mehrteilig gestalteten Lageraπordπung, 5 - bei dem in einer zunächst einstückig gegossenen Lageranordnung (2) mittels eines Kernes (4, 5) eine Lagerbohrung (3) vorgefertigt wird in - deren Umfangbereich für das Bruchtrennen eines Lagerdeckeis (6) von der Lageranordnung (2) als Anrißstellen dienende Vertiefungen (7) beim Gießen des Maschinenteils (1 ) im wesentlichen diametral ausgebildet io werden, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Vertiefungen (7) mittels am Kern (4, 5) vorgesehener gesonderter Vorsprünge (8, 9) mit standfest ausgebildeten freien Vorsprungskanten (ff, 9') mit jeweils einem formgebenden Radius 15 zwischen R=0 mm und R<0,45 mm im Bereich des als Anrißstelle wirksamen Kerbgrundes (7') jeder Vertiefung (7) erzeugt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
:o - daß die Vorsprünge (8, 9) aus einem standfesten Material
(Eisenwerkstoff, Glas, Keramik, Salzkern) keilförmig gestaltet sind, und - daß die im wesentlichen schneideπartig ausgebildete, freie Vorsprungskante (ff, 9') einen Radius zwischen R=0 mm und R<0,25 mm aufweist.
5
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Vorsprünge (8, 9) aus einem Material hoher Wärmeleitung (Eisenwerkstoff, Keramik) gebildet sind, und
- daß die Vorsprünge (8, 9) neben einer üblichen Kern-Schlichte im ) Bereich der jeweiligen Vorsprungskante (8', 9') zusätzlich mit einer
Metalioxid-Schlichte (Telluroxid-Schlichte) bedeckt sind.
4. Herstellverfahren nach Anspruch 1 in Kombination mit Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß bei einem aus Gußeisenwerkstoff gebildeten Maschinenteil (1 bzw. 2) mittels erhöhter Wärmeableitung durch die Telluroxid-Schlichte im Randbereich jedes als Anrißsteile wirksamen Grundes (7') jeder Vertiefung (7) eine Weißeiπstrahlung bzw. eine weißerstarrte Zone erzeugt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet,
- daß die keilförmigen Vorsprüπge (8, 9) für diametrale Vertiefungen (7) als Eπdabschnitte einer den jeweiligen Kern (4) durchsetzend angeordneten Einlage (10) aus einem Flachstahlabschπitt gestaltet sind und - daß die in einem Kern (Sandkern, 4) angeordnete Einlage (10) mittels
Formschiußeinrichtungen (Durchbrechungen 11 ) sichernd gehalten ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Vorsprünge (9) mit einer ringförmigen, drucksteifen Einlage (12) eines Kernes (5) in Verbindung stehen, wobei
- der Einlage-Ring (12) in seinem Außendurchmesser relativ zur Lagerbohrung (3) des jeweiligen Maschinenteils (1 bzw. 2, Pleuel) um das Maß einer festhaftend aufzubringenden, dünnen Kern-Sandschicht (13) reduziert ist.
7. Herstellverfahren nach Anspruch 1 und 4 in Kombination mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- daß bei einem aus Gußeisenwerkstoff gebildeten Maschinenteil (1 bzw. 2) mit weißerstarrten Zonen im Grund (7') jeder Vertiefung (7) über das durch die Einlage-Ringe (12) im Kern (5) behinderte Schwinden der jeweiligen Lageranordnung (2) in diesen weißerstarrteπ Zonen in 2812
10
Bruchtrenπebene der Lageranordπuπg (2) gerichtete Anrisse bzw. Haarrisse als Starterrisse für das nachgeordnete Bruchtrenπen erzeugt werden.
Herstellverfahren nach den Ansprüchen 1 , 4 und 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Pleuel und/oder Kurbelgehäuse mit Kurbelwelleπlagern, wobei letztere gegebenenfalls in einem Rahmen integriert sind.
PCT/EP1996/005484 1995-12-19 1996-12-07 Herstellverfahren für ein guss-maschinenteil mit einer durch bruchtrennen mehrteilig gestalteten lageranordnung Ceased WO1997022812A1 (de)

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