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Número de publicaciónDE4432550 C1
Tipo de publicaciónConcesión
Número de solicitudDE19944432550
Fecha de publicación2 Nov 1995
Fecha de presentación13 Sep 1994
Fecha de prioridad13 Sep 1994
Número de publicación19944432550, 944432550, DE 4432550 C1, DE 4432550C1, DE-C1-4432550, DE19944432550, DE4432550 C1, DE4432550C1, DE944432550
InventoresHans-Dieter Dipl In Musikowski
SolicitanteHbs Bolzenschweisssysteme Gmbh
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Enlaces externos: DPMA, Espacenet
Hollow bolt for stroke-ignition welding process
DE 4432550 C1
Resumen
The hollow bolt for attachment to a workpiece (14) in alignment with an existing bore (15), by stroke-ignition welding, is claimed. Its face surface (13), which is to be joined by welding, incorporates a region (16) shaped as a truncated cone whose smallest diameter is less than and whose largest diameter is at least equal to the bore diameter.
Reclamaciones(7)  traducido del alemán
1. Hohlbolzen zum Anschweißen an ein Werkstück ( 14 ) in Fluchtung mit einer darin vorhandenen Bohrung ( 15 ) mittels Hubzündung, dadurch gekennzeichnet, daß seine anzuschweißende Stirn fläche ( 13 ) einen im wesentlichen kegelstumpfförmigen Bereich ( 16 ) aufweist, dessen kleinster Durchmesser kleiner ist als und dessen größter Durchmesser mindestens im wesentlichen gleich groß ist wie der Durchmesser der Werkstückbohrung ( 15 ). 1. hollow pins to be welded to a workpiece (14) in alignment with an existing therein bore (15) by means of drawn arc, characterized in that its part to be welded front surface (13) has a substantially frustoconical portion (16), the smallest diameter is smaller and than the largest diameter at least substantially the same size as the diameter of the workpiece bore (15).
2. Hohlbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des kegelstumpfförmigen Flächenbereichs ( 16 ) zwischen 90° und 130° liegt. 2. Hollow bolt according to claim 1, characterized in that the cone angle of the frustoconical surface region (16) is between 90 ° and 130 °.
3. Hohlbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen kegelstumpfförmige Flächenbereich ( 16 ) konkav gewölbt ist. 3. Hollow bolt according to claim 1, characterized in that the substantially frusto-conical surface region (16) is concave.
4. Hohlbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche ( 13 ) einen an den im we sentlichen kegelstumpfförmigen Flächenbereich ( 16 ) radial nach außen anschließenden ebenen Flächenbereich ( 17 ) auf weist. 4. Hollow bolt according to one of claims 1 to 3, characterized in that the end face (13) one to the essen- we frustoconical surface region (16) radially outwardly adjoining flat surface portion (17) has.
5. Hohlbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche ( 13 ) einen an den im wesentlichen kegelstumpfförmigen Flächenbereich ( 16 ) axial anschließenden zylindrischen Flächenbereich ( 19 ) aufweist. 5. Hollow bolt according to one of claims 1 to 4, characterized in that the end face (13) has a to the substantially truncated cone-shaped surface region (16) axially adjacent cylindrical surface area (19).
6. Hohlbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche ( 13 ) an einem das anzu schweißende Ende des Hohlbolzens erweiternden Ringflansch ( 12 ) ausgebildet ist. 6. Hollow bolt according to one of claims 1 to 5, characterized in that the end face (13) to a to the welded end of the hollow pin is formed expanding annular flange (12).
7. Hohlbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein In nengewinde aufweist. 7. Hollow bolt according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a female thread in.
Descripción  traducido del alemán

Verbindungs- und Befestigungselemente, vor allem rohr förmige Hohlkörper wie Buchsen, Schweißmuttern, Gewindehülsen oder dergleichen, müssen häufig koaxial zu Durchgangsbohrun gen an ein Werkstück angeschweißt werden. Connecting and fastening elements, particularly hollow bodies such as tubular sockets, welding nuts, threaded sleeves or the like must often coaxially to Durchgangsbohrun gene can be welded to a workpiece. Zur Erzeugung einer umlaufenden ringförmigen Schweißnaht werden diese Teile zweckmäßig mittels Hubzündungs-Bolzenschweißverfahren unter Anwendung eines magnetisch bewegten elektrischen Lichtbogens angeschweißt. To generate a rotating annular weld these parts are welded appropriate means of drawn arc stud welding process using a magnetically impelled electric arc.

In DE 42 22 664 C2 ist ein hohler Schweißbolzen für der artige Anwendungsfälle beschrieben, der an seiner anzuschwei ßenden Stirnfläche einen in Axialrichtung vorstehenden ring förmigen Ansatz und innerhalb desselben und konzentrisch dazu eine in das Material des Bolzens einspringende Ringnut auf weist. DE 42 22 664 C2, a hollow welded studs for the type of applications is described which has on its to silence sequent face a ring axially projecting shaped projection and within the same and concentric to a re-entrant into the material of the bolt groove on. Durch diese Gestaltung soll verhindert werden, daß die Durchgangsbohrung des Schweißbolzens beim Schweißvorgang durch Metallspritzer verunreinigt wird, was insbesondere im Falle eines Innengewindes die Brauchbarkeit erheblich beein trächtigt. By this design is to avoid that the through hole of the weld stud is contaminated by metal splashes during the welding process, which in the case of an internal thread the usefulness adversely particular considerably impressed.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Schutz gegen ins In nere gelangende Metallspritzer bei dem bekannten Schweißbol zen unzulänglich ist. However, it has been shown that the protection is inadequate compared to the zen Add nere reaching metal splash in the known Schweißbol. Da der ringförmige Ansatz über das Ende der Innenbohrung hinausragt, können die von der Schweißstelle wegspritzenden Metalltröpfchen ungehindert diagonal in das untere Ende und die dort gegebenenfalls vorhandenen Gewinde gänge gelangen. Since the annular approach extends beyond the end of the internal bore spatters end of the weld metal droplets can freely move diagonally into the lower end and there, if any thread transitions.

Beim Hubzündungs-Bolzenschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen lassen sich ferner mit dem bekannten Bolzen keine befriedigenden Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der ring förmigen Schweißnaht erzielen. When drawn arc stud welding with magnetically impelled arc is also possible to achieve satisfactory results with the known stud on the quality of ring-shaped weld. Bedingt durch die Gestaltung des Stirnbereichs treten nämlich die magnetischen Feldlinien im wesentlichen axial aus der Stirnfläche aus und durchsetzen den Lichtbogen im Schweißspalt hauptsächlich in axialer Rich tung, so daß die für eine Lichtbogenrotation sorgende radiale Magnetfeldkomponente schwach ist. Due to the design of the front region occur, specifically the magnetic field lines substantially axially from the end face and enforce the arc mainly in the axial Rich in the welding gap so that caring for an arc rotation radial magnetic field component is weak. Daraus resultiert eine schlechte Lichtbogenbewegung und eine entsprechend unzurei chende Nahtqualität. This results in a bad arc movement and a correspondingly unzurei sponding seam quality.

Schließlich ist der bekannte Schweißbolzen infolge der komplizierten Geometrie seines Stirnbereichs in der Herstel lung als Massenartikel aufwendig und teuer. Finally, the known welding bolt is complicated and expensive due to the complex geometry of its forehead area in the manufacture ment as a mass product. Wegen der gefor derten Ringnut ist diese Geometrie auch nur dann realisier bar, wenn der Hohlbolzen ausreichende Wandstärke hat. Because of this GEFOR derten groove geometry is only realizable cash if the hollow bolt has sufficient wall thickness.

Aus US 3,508,028 ist es bekannt, beim Anschweißen eines Hohlbolzens an ein Werkstück mit Bohrung die Innen fläche von Bolzen und Bohrung durch eine eingefügte Schutzhülse abzuschirmen, wodurch der Schweißvorgang kompliziert wird. From US 3,508,028 it is known to shield the inner surface of pin and hole by an inserted sleeve during the welding of a hollow pin to a workpiece with a bore, whereby the welding operation is complicated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hohl bolzen zur Verwendung beim Hubzündungs-Bolzenschweißen anzu geben, der ein saubereres und genaueres Anschweißen mit einer hoher Schweißnahtqualität gestattet. The invention has the object of providing a hollow bolt for use in the drawn arc stud welding to give, allowing a cleaner and more accurate welding with a high weld quality.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im An spruch 1 gekennzeichnet. The inventive solution to this problem is characterized in to claim 1.

Die im wesentlichen kegelstumpfartige Gestalt mindestens eines Teils der Hohlbolzen-Stirnfläche mit den im Anspruch 1 angegebenen Durchmesserverhältnissen bewirkt zunächst eine sehr genaue automatische Positionierung und Zentrierung des Schweißbolzens gegenüber der in dem Werkstück vorhandenen Bohrung, was insbesondere bei der Arbeit mit Handschweißpi stolen günstig ist. The substantially frustoconical shape at least a portion of the hollow bolt face with the diameter ratios specified in claim 1 initially causes a highly accurate automatic positioning and centering of the welding bolt relative to that present in the workpiece bore, which is beneficial especially when working with Handschweißpi stolen.

Ferner hat die Kegelstumpfform zur Folge, daß nach der Hubzündung des Lichtbogens und dem Zuschalten des Magnetfel des die aus der Stirnfläche austretenden Magnetfeldlinien ei ne wesentliche Radialkomponente aufweisen, die für eine wirk same Lichtbogenrotation sorgt. Further, the truncated cone shape with the result that after the drawn arc of the arc and the switching of the Magnetfel of the emerging from the end face of the magnetic field lines ei ne substantial radial component having that provides for a more common arc rotation.

Da der kleinste Durchmesser des kegelstumpfförmigen Be reichs der Stirnfläche kleiner ist als der Durchmesser der Werkstückbohrung, tritt der Bolzen beim Schweißvorgang in die Bohrung ein, und die Schweißung findet zwischen der Oberkante der Bohrung und dem dieser am nächsten stehenden, etwas wei ter hinten gelegenen Bereich der Kegelstumpffläche statt. As the smallest diameter of the frustoconical Be Reich the end face is smaller than the diameter of the workpiece bore, the pin enters the welding operation in the bore, and the welding takes place between the top edge of the bore and this is the closest to something white ter rearward area the truncated cone surface instead. Dadurch wird der Innenraum die über die Schweißnaht hinaus ragende Spitze des Hohlbolzens gegen Metallspritzer wirksam ge schützt. As a result, the interior is the outstanding weld on the tip of the hollow bolt also effectively protects against ge metal splashes. Dies ist dann besonders wichtig, wenn es sich um ei nen Hohlbolzen mit Innengewinde gemäß Anspruch 7 handelt. This is particularly important when it comes to egg nen hollow pins with internal thread according to claim 7.

Die in Anspruch 1 angegebene Gestaltung des Stirnberei ches ist ferner unaufwendig und eignet sich für die Massen fertigung. The defined in claim 1 design of the front making Ches is also inexpensive and suitable for mass production.

Der in Anspruch 2 angegebene Winkelbereich für den im wesentlichen kegelstumpfförmigen Stirnflächenbereich hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen. The value specified in claim 2 angular range for the substantially frustoconical end face region has proved to be particularly useful. Kleinere Kegelwinkel be günstigen zwar die zentrierende Wirkung bei der Bolzenposi tionierung, führen jedoch zu einem tieferen Eintauchen des Schweißteils in die Werkstückbohrung, wodurch die Kurzschluß neigung während der Hubzündung des Lichtbogens zunimmt. Smaller cone angle be favorable, although the centering effect on the bolt posi tioning, however, lead to a deeper immersion of the welding part in the workpiece bore, thereby shorting tilt increases during the drawn arc of the arc. Bei größeren Kegelwinkeln wird dagegen die Zentrierung erschwert, und der Schutz des Bolzeninnenraums gegen Spritzer nimmt ab. For larger cone angles, however, the centering is difficult, and the protection of the stud interior against splash of liquids decreases.

Die in Anspruch 3 angegebene konkave Gestaltung des im wesentlichen kegelstumpfförmigen Stirnflächenbereichs gestat tet ein tieferes Eintauchen des Bolzens in die Werkstückboh rung mit entsprechend wirksamerem Schutz gegen Metallspritzer ohne Erhöhung der beschriebenen Gefahr von Kurzschlüssen bei der Lichtbogen-Hubzündung. The defined in claim 3 concave design of the substantially frustoconical end surface area gestat tet a deeper immersion of the bolt into the Werkstückboh tion with correspondingly wirksamerem protection against metal splashes described without increasing the risk of short circuits in the arc drawn arc. Der gleiche Vorteil ergibt sich bei den Gestaltungen nach Anspruch 4 und 5. The same advantage is obtained in the embodiments according to claim 4 and 5. FIG.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist in sofern von Vorteil, als sich eine für die obigen Zwecke ge eignete kegelstumpfförmige Stirnfläche mit ausreichenden Ab messungen auch dann verwirklichen läßt, wenn es sich um einen verhältnismäßig dünnwandigen Hohlbolzen handelt. The development of the invention according to claim 6 is provided in advantageous than a ge for the above purposes appropriated frustoconical end surface with sufficient From measurements also can be realized if there is a relatively thin-walled hollow bolt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Preferred embodiments of the invention are explained hereinafter with reference to the drawing. Darin zei gen Conditions therein zei

Fig. 1 bis 4 Hohlbolzen mit unterschiedlichen Formge bungen des anzuschweißenden Bolzenendes, und Fig. 1 to 4 hollow bolts with different Formge bonds to be welded to the bolt end, and

Fig. 4a bis 4c aufeinanderfolgende Phasen beim Hubzün dungs-Schweißverfahren. FIGS. 4a to 4c successive phases during Hubzün manure welding method.

Gemäß Fig. 1 besteht der Hohlbolzen aus einem rohrförmigen Hauptteil 10 , dessen Bohrung 11 mit einem (nicht näher dargestellten) Innengewinde versehen ist und an dessen anzuschweißendem (in der Zeichnung unteren) Ende ein radial nach außen weisender Ringflansch 12 angeformt ist. As shown in FIG. 1, the hollow bolt from a tubular body 10, the bore 11 is provided with a (not shown) internally threaded and 12 formed on the anzuschweißendem (in the drawing lower) end a radially outwardly projecting annular flange. Bei dem Hohlbolzen nach Fig. 1 hat die Stirnfläche 13 des Ring flansches 12 eine durchgehende Kegelstumpfform mit einem Ke gelwinkel α zwischen 90° und 130°. The hollow pin shown in FIG. 1 has the end face 13 of the annular flange 12 is a continuous frustoconical shape with a Ke gelwinkel α between 90 ° and 130 °.

Der kleinste Durchmesser, den die Stirnfläche 13 an der Stelle hat, an der sie an der Durchgangsbohrung endet, ist kleiner als der Durchmesser der in dem Werkstück 14 vorhande nen Bohrung 15 . The smallest diameter which the end face 13 has at the location at which it ends at the through-hole is smaller than the diameter of the workpiece 14 in vorhande NEN bore 15th Bei dem Bolzen nach Fig. 1 ist der größte Durchmesser, den die Stirnfläche 13 am Außenrand des Ring flansches 12 aufweist, größer als der Durchmesser der Werk stückbohrung 15 . In the bolt according to Fig. 1 is the largest diameter by the end face 13 at the outer edge of the annular flange 12 which is larger than the diameter of the workpiece bore 15th

Bei der Variante nach Fig. 2 besteht die Stirnfläche 13 des Hohlbolzens aus einem kegelstumpfförmigen Bereich 16 mit einem Kegelwinkel, der wiederum zwischen 90° und 130° liegt und einem an diesen nach außen anschließenden ebenen Flächenbereich 17 . In the variant according to FIG. 2, the end face 13 of the hollow pin is composed of a frustoconical portion 16 having a cone angle, which in turn lies between 90 ° and 130 ° and an adjoining the latter to the outside flat surface portion 17th Der kleinste Durchmesser des kegelstumpf förmigen Bereichs 16 ist kleiner als der Durchmesser der Werkstückbohrung 15 . The smallest diameter of the frustoconical portion 16 is smaller than the diameter of the workpiece bore 15th Der größte Durchmesser, der am Über gangsbereich zwischen dem kegelstumpfförmigen Bereich 16 und dem ebenen Flächenbereich 17 liegt, hat dagegen einen Wert, der im wesentlichen gleich groß oder nur geringfügig größer ist als der Durchmesser der Werkstückbohrung 15 . The largest diameter of the transition region is located at about between the frustoconical portion 16 and the flat surface portion 17, on the other hand has a value that is substantially equal to or only slightly larger than the diameter of the workpiece bore 15th

Bei der weiteren Ausgestaltung nach Fig. 3 ist die Stirnfläche 13 konkav gekrümmt; . In another embodiment of FIG 3, the end face 13 is concave; im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird auch diese Gestaltung als "im wesentlichen kegelstumpfförmig" bezeichnet. in the context of the present specification also, this design is referred to as "substantially frustoconical". Der Winkel, den diese konkave Fläche mit der Bolzenachse 18 bildet, ändert sich von im we sentlichen 0° an der Stelle des kleinsten Durchmessers (der wiederum kleiner ist als der Durchmesser der Werkstückbohrung 15 ), auf im wesentlichen 90° an der Stelle des größten Durch messers (der größer ist als der Durchmesser der Werkstückboh rung 15 ) am Außenrand des Ringflansches 12 . The angle which this concave surface forms with the pin axis 18, changes from essen- we 0 ° at the point of the smallest diameter (which in turn is smaller than the diameter of the workpiece bore 15) to substantially 90 ° at the point of the largest diameter (which is greater than the diameter of Werkstückboh tion 15) at the outer edge of the annular flange 12th

In der weiteren in Fig. 4a bis 4c dargestellten Varian te besteht die Stirnfläche 13 aus drei Bereichen, nämlich ei nem kegelstumpfförmigen mittleren Bereich 16 , einem diesen nach außen fortsetzenden ebenen Flächenbereich 17 und einem an das innere Ende des kegelstumpfförmigen Flächenbereichs 16 anschließenden zylindrischen Flächenbereich 19 . In the further in FIGS. 4a to 4c Varian te is the end face 13 of three areas, namely ei NEM frustoconical central region 16, one such continuing to the outside flat surface portion 17 and a to the inner end of the frusto-conical surface portion 16 adjacent cylindrical surface portion 19 , Der größte Durchmesser des kegelstumpfförmigen Bereichs 16 an der Über gangsstelle zu dem ebenen Flächenbereich 17 ist gleich groß wie oder etwas größer als der Durchmesser der Werkstückboh rung 15 , während der Durchmesser des zylindrischen Flächenbe reichs 19 kleiner ist als der Durchmesser der Werkstückboh rung 15 . The largest diameter of the frustoconical portion 16 at the transition point to the flat surface portion 17 is equal to or slightly larger than the diameter of the Werkstückboh tion 15, while the diameter of the cylindrical Flächenbe Reich 19 is smaller than the diameter of Werkstückboh tion 15th

Fig. 4a zeigt die erste Phase des Hubzündungs-Bolzen schweißvorgangs, in der der Schweißbolzen derart in die Boh rung 15 des Werkstücks 14 abgesenkt worden ist, daß der ebene Flächenbereich des Ringflansches 12 auf der Oberfläche des Werkstücks 14 aufliegt. FIG. 4a shows the first phase of the drawn arc stud welding process, in which the welding bolt tion in such a way that drilling has been lowered 15 of the workpiece 14, that the planar surface area of the annular flange 12 rests on the surface of the workpiece 14. Der kegelstumpfförmige Bereich 16 hat beim Absenken des Bolzens diesen automatisch bezüglich der Werkstückbohrung 15 zentriert. The frusto-conical portion 16 of the bolt has on lowering this automatically centered with respect to the workpiece bore 15.

In der in Fig. 4b veranschaulichten eigentlichen Schweißphase ist der Hohlbolzen angehoben und dadurch der Lichtbogen gezündet worden. In the illustrated in Fig. 4b actual welding phase of the hollow pins is raised and thus the arc was ignited. Wie gezeigt, treten die Magnet feldlinien 21 im wesentlichen senkrecht aus dem kegelstumpf förmigen Flächenbereich 16 aus und weisen daher eine wesent liche Radialkomponente auf. As shown, enter the magnetic field lines 21 substantially perpendicular from the frustoconical surface region 16 and therefore have a wesent Liche radial component. Die Magnetfeldlinien 21 kreuzen den Lichtbogen 20 , der sich zuerst an der in Fig. 4b gezeig ten linken Stelle zwischen dem Ringflansch 12 und der Ober fläche des Werkstücks 14 gebildet hat. The magnetic field lines 21 intersect the arc 20, the first area to that shown in Fig. 4b gezeig th left point between the annular flange 12 and the top of the workpiece 14 has formed. Die radiale Magnet feldkomponente verläuft senkrecht zum Stromfluß des Lichtbo gens 20 und bewirkt daher, daß dieser ringförmig längs des Randes der Werkstückbohrung 15 bewegt wird. The radial magnetic field component perpendicular to the current flow of the gene Lichtbo 20 and therefore causes these ring is moved along the edge 15 of the workpiece bore.

Bei dieser Lichtbogenrotation wird das Material des Hohlbolzens an der Lichtbogenstelle aufgeschmolzen. In this arc of rotation, the material of the hollow bolt is melted in the arc spot. Der gegenüber dieser Schweißstelle innenliegende und nach unten ragende Teil der Stirnfläche, im Beispiel nach Fig. 4a bis 4c der zylindrische Flächenbereich 19 , schützt dabei die Boh rung 11 und das dort vorgesehene Innengewinde des Hohlbol zens wirksam gegen das Eintreten von Metallspritzern. The opposite of these weld inside and downwardly projecting part of the end surface, in the example according to Fig. 4a to 4c of the cylindrical surface area 19, protects the drilling tion 11 and the there provided internal thread of the Hohlbol Zen effective against the ingress of metal spatter.

Fig. 4c zeigt den endgültigen verschweißten Zustand nach Absenken des Bolzens in die Werkstückbohrung 15 . Fig. 4c shows the final welded state after lowering of the bolt into the workpiece bore 15th Der im wesentlichen kegelstumpfförmige Flächenbereich 16 bildet da bei mit der Wand der Werkstückbohrung 15 eine Ringfuge, die den in die Werkstückbohrung 15 hineingedrückten Teil 22 des Schweißwulstes aufnimmt. The substantially frustoconical surface region 16 is formed as in the wall of the workpiece bore 15 is an annulus which receives the pushed back in the workpiece bore 15 Part 22 of the weld bead. Dadurch wird verhindert, daß dieser nach innen über den Innendurchmesser der Bolzenbohrung 11 vorsteht. This will prevent that the latter protrudes inward over the inside diameter of the pin bore 11.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Bolzen-Hauptteil 10 verhältnismäßig dünnwandig. In the embodiments described above, the pin main body 10 is relatively thin-walled. Die zur Er zielung der erläuterten Funktionen erforderliche Größe der Stirnfläche 13 wird dabei durch Ringflansch 12 erreicht. The force required to livering He explained the functions of the size of the front surface 13 is achieved by annular flange 12. Ist der Hohlbolzen dickwandig, so kann der Ringflansch 12 entfallen. Is the thick-walled hollow bolt, the annular flange 12 can be omitted.

Citas de patentes
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2 Nov 1995D1Grant (no unexamined application published) patent law 81
2 Nov 19958100Publication of the examined application without publication of unexamined application
11 Abr 19968363Opposition against the patent
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