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Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für kippbare metallurgische Behandlungsgefäße nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein dafür geeignetes Behandlungsgefäß.
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Bei einem Konverter handelt es sich um ein kippbares metallurgisches Behandlungsgefäß, in dem flüssige Metalle und Metalllegierungen hergestellt und behandelt werden. Ein Konverter ist während des Betriebes hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, die zu Wärmedehnungen führen können. Entsprechend ist ein Konverter mit einem vorbestimmten Abstand an einem umgebenden Tragring angebracht.
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Im Stand der Technik ist aus
DE 19 03 685 ein Befestigungssystem bekannt, bei dem ein Behandlungsgefäß über Verbindungselemente in Form von Lamellen in einem Tragring eingehängt ist. Mit der Aufhängung an den Lamellen ist eine Wärmedehnung des Behandlungsgefäßes in radialer Richtung möglich. Zusätzlich sind an einer Oberseite des Tragringes Umfangsstützen des Behandlungsgefäßes vorgesehen, die zwischen Widerlagern am Tragring in Umfangsrichtung spielfrei eingepasst sind. Hierdurch kann das Behandlungsgefäß in einer gekippten Position, d.h. bei einem Verschwenken des Tragrings abgestützt werden. Eine mögliche Relativbewegung zwischen den Umfangsstützen und den Widerlagern gestattet eine Wärmedehnung des Behandlungsgefäßes in radialer und axialer Richtung. Nachteilig ist, dass die Umfangsstützen nicht besonders vor Schlackeauswürfen aus dem Konvertermund zu schützen sind. Bei einer Verschmutzung z.B. durch Schlacke kann die Relativbewegung zwischen Umfangsstützen und Widerlagern zumindest eingeschränkt und deshalb die Wärmedehnung des Behandlungsgefäßes behindert sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungssystem für kippbare metallurgische Behandlungsgefäße und ein dafür geeignetes Behandlungsgefäß zu schaffen, wobei das Befestigungssystem mit einfachen und robusten Mitteln gegen mögliche Verschmutzungen geschützt ist und deshalb Wärmedehnungen des Behandlungsgefäßes zuverlässig gewährleistet sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Befestigungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 1, und durch ein Behandlungsgefäß gemäß Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Das Befestigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich für kippbare metallurgische Behandlungsgefäße, insbesondere Konverter, und umfasst einen Tragring, der zwei diametral entgegengesetzte Kippzapfen aufweist, wobei ein Behandlungsgefäß mit einer Vielzahl von Verbindungselementen an dem Tragring angebracht werden kann. Das Befestigungssystem umfasst weiter Haltemittel, die an einer Außenseite des Behandlungsgefäßes anbringbar sind, und Führungsmittel, die an dem Tragring ausgebildet sind und mit den Haltemitteln zusammenwirken, um Kippkräfte von dem Behandlungsgefäß an den Tragring abzuleiten. Sowohl die Haltemittel als auch die Führungsmittel sind jeweils an einer Unterseite des Tragrings angeordnet.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass durch ein Zusammenwirken der Haltemittel und der Führungsmittel bei einem Verschwenken des Tragrings Kippkräfte sicher und spielfrei von dem Behandlungsgefäß an den Tragring abgeleitet werden können. Durch die Anordnung der Halte- und Führungsmittel an einer Unterseite des Tragrings sind diese Mittel "automatisch", da konstruktionsbedingt, gegen eine Verschmutzung z. B. durch Schlackeauswürfe geschützt, die von oben aus einer Öffnung des Behandlungsgefäßes auf eine Oberseite des Tragrings gelangen können. Das Zusammenwirken der Haltemittel mit den Führungsmitteln ist derart ausgestaltet, dass in Folge einer Wärmedehnung des Behandlungsgefäßes eine Bewegung des Haltemittels relativ zu den Führungsmitteln sowohl in vertikaler Richtung nach oben bzw. unten als auch entlang einer Achse, die radial in Richtung eines Mittelpunktes des Behandlungsgefäßes weist, wartungsfrei möglich ist. Da die Haltemittel und die Führungsmittel wie erläutert gegen eine Verschmutzung hinreichend geschützt sind, ist diese Beweglichkeit auch im Betrieb des Behandlungsgefäßes, bei dem erhebliche Temperaturschwankungen auftreten können, zuverlässig gewährleistet.
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Zweckmäßigerweise umfassen die Haltemittel einen vertikal nach oben gerichteten Lastbolzen, der in die Führungsmittel in Form eines an der Unterseite des Tragrings ausgebildeten Langloches eingreift. Eine solche Ausgestaltung der Halte- und Führungsmittel ist wartungsfrei und stellt in robuster Weise die soeben erläuterte Beweglichkeit der Haltemittel in vertikaler und radialer Richtung sicher. Des Weiteren sind hiermit die Vorteile einer einfachen Zugänglichkeit und Montagemöglichkeit gegeben.
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In einer Grundstellung des Tragrings, wenn das Behandlungsgefäß mit seiner Hochachse vertikal angeordnet ist, verläuft die Längsachse des Langloches horizontal und senkrecht zu einer Kippachse des Behandlungsgefäßes. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Lastbolzen in einer vertikalen Betriebsstellung des Behandlungsgefäßes im Wesentlichen mittig innerhalb des Langloches in Bezug auf dessen Längsachse positioniert ist. Die genannte Betriebsstellung des Behandlungsgefäßes ist dahingehend zu verstehen, dass das Behandlungsgefäß einsatzbereit an dem Tragring montiert bzw. abgestützt ist, wobei die energetische Inbetriebnahme noch nicht stattgefunden hat und somit das Behandlungsgefäß im Wesentlichen Umgebungstemperatur aufweist.
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Ein weiterer Vorteil für das erfindungsgemäße Befestigungssystem wird dadurch erzielt, dass es außerhalb der direkten Wärmestrahlung durch die Pfanne während des Abstichs angeordnet ist und insoweit einer geringeren Temperaturwechselbelastung unterliegt.
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Erfindungsgemäß ist weiter ein Behandlungsgefäß, insbesondere in Form eines Konverters, vorgesehen, wobei an einer Aussenseite des Behandlungsgefäßes Haltemittel angebracht sind, die mit Führungsmitteln des vorstehend erläuterten Befestigungssystems zusammenwirken.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnung. Hierin zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Befestigungssystem in Verbindung mit einem Behandlungsgefäß in Form eines Konverters, der in einer vertikalen Betriebsposition angeordnet ist,
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2 das Befestigungssystem in einer Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 1,
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3 das Befestigungssystem in einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von 2,
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4 das Befestigungssystem in einer Ansicht von unten aus Richtung des Pfeils D von 1,
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5 das Befestigungssystem nach einer alternativen Ausführungsform in einer Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von 2, und
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6 das Befestigungssystem in einer Schnittdarstellung entlang der Linie C-C von 5.
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1 zeigt das erfindungsgemäße Befestigungssystem 1 in Verbindung mit einem Behandlungsgefäß 2 in Form eines Konverters. Das Behandlungsgefäß 2 eignet sich zur Herstellung und Behandlung von flüssigen Metallen und Metalllegierungen und wird nachfolgend vereinfachend stets als Konverter bezeichnet, ohne darin eine Einschränkung zu verstehen.
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Der Konverter 2 ist von einem Tragring 3 in einem Abstand a umgeben. Die 2, die eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 1 zeigt, verdeutlicht, dass der Tragring 3 einen kastenförmigen Querschnitt aufweist und in dem Abstand a von einer Wandung des Konverters 2 positioniert ist.
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An diametral entgegengesetzten Seiten des Tragrings 3 greifen zwei konisch ausgebildete Kippzapfen 4 in den Tragring 3 ein. Diese Kippzapfen 4 definieren eine Kippachse 4a, um die der Tragring 3 in Verbindung mit dem Konverter 2 seitlich verschwenkt werden kann. In 1 ist lediglich ein im Bildvordergrund liegender Kippzapfen 4 dargestellt, wobei der dazu entgegengesetzte Kippzapfen verdeckt und nicht zu erkennen ist. Zur Aufnahme der Kippzapfen 4 in dem Tragring 3 sind ausweislich der 2 darin Öffnungen 5, 6 ausgebildet.
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Der Konverter
2 ist über eine Vielzahl von Verbindungselementen
7 an dem Tragring
3 angebracht. Die Verbindungselemente
7 sind in Form von Lamellen ausgebildet, wobei der Konverter
2 mit den Lamellen
7 an dem Tragring
3 aufgehängt bzw. abgestützt ist. Durch die Aufhängung mittels der Lamellen
7 kann eine radiale Wärmedehnung des Konverters
2 kompensiert werden. Die Abstützung des Konverters
2 mittels solcher Lamellen
7 an dem Tragring
3 ist im Stand der Technik z. B. aus
WO 2011/064233 A2 bekannt und deshalb nicht weiter im Detail erläutert.
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Das Befestigungssystem 1 nach der vorliegenden Erfindung umfasst Haltemittel 8, die an einer Außenseite des Konverters 2 angebracht sind. Diese Haltemittel wirken mit Führungsmitteln 9 in Form eines Langloches zusammen, das an einer Unterseite des Tragrings 3 ausgebildet ist.
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Das Befestigungssystem 1 umfasst den Tragring 3, die Haltemittel 8 und die Führungsmittel 9. Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die 2–6 weitere Einzelheiten hiervon erläutert, wobei für ein vereinfachtes Verständnis der Wirkungsweise des Befestigungssystems 1 in den Figuren jeweils kartesische Koordinatensysteme eingetragen sind.
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Die Haltemittel 8 umfassen einen Lastbolzen 10, der an einer an der Wandung des Konverters 2 befestigten Außenkonsole 11 angebracht ist. Der Lastbolzen 10 erstreckt sich mit seiner Längsachse ausgehend von einer Grundfläche 12 der Außenkonsole 11 vertikal nach oben. Der Lastbolzen 10 kann an der Außenkonsole 11 durch eine Verschraubung 13 befestigt sein, die in 2 symbolisch angedeutet ist. Bei Bedarf kann somit der Lastbolzen 10 von der Außenkonsole 11 ausgetauscht werden.
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Das Langloch 9 ist in einem Untergurt 14 des kastenförmigen Tragrings 3 ausgebildet. Der Lastbolzen 10 greift derart in das Langloch 9 ein, dass er entlang der Längsachse des Langloches 9 bzw. entlang einer Achse (y), die radial in Richtung eines Mittelpunktes des Konverters 2 weist, beweglich ist. Des Weiteren ist die Grundfläche 12 der Außenkonsole 11 ausreichend weit von dem Untergurt 13 des Tragrings 3 beabstandet, so dass der Lastbolzen 10 innerhalb des Langlochs 9 auch in vertikaler Richtung (z) beweglich ist.
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Die Anordnung des Lastbolzens 10 innerhalb des Langlochs 9 ist ergänzend in der 3 gezeigt, die eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von 2 ist. Hierin ist zu erkennen, dass der Lastbolzen 10 seitlich jeweils in Kontakt mit den Längsseitenrändern 15 des Langloches 9 ist. Dieser Kontakt zwischen dem Lastbolzen 10 und den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 ist bezüglich des Passmaßes und der Materialpaarungen dahingehend ausgeführt, dass der Lastbolzen 10 einerseits in einer Richtung (x) quer zur Längsachse des Langlochs 9 spielfrei geführt ist, und andererseits eine Beweglichkeit des Lastbolzens 10 sowohl in Richtung der Längsachse (y) des Langlochs 9 als auch in vertikaler Richtung (z) möglich ist.
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Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Falls der Konverter 2 im Betrieb durch eine Rotation des Tragrings 3 zur Seite verschwenkt wird, entstehen Kippkräfte, die auf den Konverter 2 einwirken. Diese Kippkräfte treten unter Bezugnahme auf die 1 in Richtung der x-Achse auf. Wie oben zu 3 erläutert, ist der Lastbolzen 10 seitlich an den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 spielfrei geführt bzw. fixiert. Entsprechend können die auftretenden Kippkräfte des Konverters 2 schlüssig in den Tragring 3 abgeleitet werden. Von Vorteil hierbei ist, dass der Lastbolzen 10 in Verbindung mit dem Langloch 9 jeweils an diametral entgegengesetzten Seiten des Konverters 2 vorgesehen ist, nämlich direkt unterhalb der Bereiche, wo die beiden Kippzapfen 4 jeweils in den Tragring 3 eingreifen.
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Falls es im Betrieb des Konverters 2 in Folge von wechselnden Temperaturen zu Wärmedehnungen kommt, so können diese Dehnungen durch das Gleiten des Lastbolzens 10 ausgeglichen werden, nämlich entweder in Richtung einer Längsachse (y) des Langlochs 9 und/oder in vertikaler Richtung (z) nach oben oder nach unten. Die Materialpaarungen von Lastbolzen 10 und der Längsseitenränder 15 des Langlochs 9 sind geeignet wartungsfrei ausgeführt und gewährleisten ein klemmfreies Gleiten des Lastbolzens 10 innerhalb des Langlochs 9.
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4 zeigt eine Ansicht von unten auf den Lastbolzen 10 aus Richtung des Pfeils D von 1. Hierin ist die Beweglichkeit des Lastbolzens 10 innerhalb des Langlochs 9 in radialer Richtung durch den Pfeil 16r symbolisiert. In 3 ist die Beweglichkeit des Lastbolzens 10 in vertikaler Richtung durch den Pfeil 16z symbolisiert.
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In den 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform des Befestigungssystems 1 dargestellt, mit der sowohl eine Justierung des Lastbolzens 10 innerhalb des Langlochs 9 als auch Wartungsmöglichkeiten weiter vereinfacht sind.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B von 2. An dem Lastbolzen 10 sind an diametral entgegengesetzten Seiten jeweils Druckplatten 17 eingeschraubt, vorzugsweise mittels versenkbarer Schrauben. Diese Druckplatten 17 sind dazu vorgesehen, in Kontakt mit den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 zu gelangen. Bei Erreichen einer Verschleißgrenze können die Druckplatten 17 durch Lösen der Verschraubungen in einfacher Weise ausgetauscht werden.
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An den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 sind im Kontaktbereich zum Lastbolzen 10 Gleitplatten 18 befestigt. Das Zusammenwirken der Gleitplatten 18 und der Druckplatten 17 ist in 6 veranschaulicht, die eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C von 5 zeigt. Ein Gleitwiderstand zwischen den Druckplatten 17 und den Gleitplatten 18 kann weiter dadurch vermindert werden, dass entweder die Druckplatten 17 und/oder die Gleitplatten 18 an ihrer jeweiligen Außenseite ballig ausgebildet sind. Entsprechend vermindert sich dadurch die Kontaktfläche zwischen den Druckplatten 17 und den Gleitplatten 18, was die erläuterte Verschieblichkeit des Lastbolzens 10 in der y-Richtung bzw. z-Richtung weiter optimiert.
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Die Druckplatten 17 bzw. die Gleitplatten 18 sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das verschleißfest ist und gleichzeitig gute Gleiteigenschaften aufweist, z.B. gehärteter Stahl oder entsprechende Stahllegierungen. Optional können die Druckplatten 17 bzw. die Gleitplatten 18 mit widerstandsfähigen Beschichtungen versehen sein, die weiter verbesserte Gleiteigenschaften haben.
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Für eine möglichst einfache Montage des Konverters 2 an dem Tragring 3 bzw. eine entsprechende Justierung des Lastbolzens 10 innerhalb des Langlochs 9 vor einer Inbetriebnahme des Konverters 2 sind bewegliche Keilelemente 19 vorgesehen, die jeweils an den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 angebracht sind. Ein jeweiliges Keilelement 19 weist eine vertikale Seitenfläche 20 und entgegengesetzt dazu eine schräge Keilfläche 21 auf. Die schräge Keilfläche 21 liegt an einer komplementär dazu geneigten Kontaktfläche 22 des Tragrings 3 an. 5 verdeutlicht, dass die Neigung der Kontaktfläche 22 mit einer Vertikalen einen spitzen Winkel α einschließt.
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Ein jeweiliges Keilelement 19 umfasst einen oberen Schulterabschnitt 23, der eine im Wesentlichen horizontal verlaufende untere Bodenfläche 24 aufweist. Angrenzend an den Schulterabschnitt 23 ist an dem Tragring 3 ein Sockelabschnitt 25 mit einer horizontalen Auflagefläche vorgesehen.
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Die vorstehend erläuterten Gleitplatten 18 lassen sich an der vertikalen Seitenfläche 20 eines Keilelementes 19 befestigen, z. B. unter Verwendung einer Verschraubung 26. Optional können in den vertikalen Seitenflächen 20 Vertiefungen 27 ausgebildet sein, in denen die Gleitplatten 18 aufgenommen sind. Durch die Seitenwände der Vertiefung 27 werden vorteilhaft die Querkräfte aufgenommen, die bei einer Gleitbewegung des Lastbolzens 10 innerhalb des Langlochs 9 auf die Gleitplatten 18 einwirken.
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Die Darstellung von 5 verdeutlicht, dass die Längsseitenränder 15 des Langlochs 9 durch die vertikalen Seitenflächen 20 der jeweiligen Keilelemente 19 gebildet werden. Eine Breite b des Langlochs 9 bzw. ein Abstand der vertikalen Seitenflächen 20 relativ zueinander kann dadurch eingestellt werden, dass zwischen der unteren Bodenfläche 24 eines Keilelementes 19 und der Auflagefläche des Sockelabschnitts 25 ein Abstandskörper 28 mit einer vorbestimmten Dicke eingebracht wird. In Abhängigkeit der Dicke dieses Abstandskörpers 28, der aus beliebigen und insbesondere druckfesten Materialien hergestellt ist, gleitet bei einer Montage eines Keilelements 19 dessen schräge Keilfläche 21 entlang der geneigten Kontaktfläche 22, wodurch ein Abstand der vertikalen Seitenfläche 20 in Bezug auf den gegenüberliegenden Längsseitenrand 15 festgelegt wird. Nach Einstellung einer vorbestimmten Position des Keilelementes 19 kann dieses durch eine Verschraubung 29 mit dem Tragring 3 verschraubt werden.
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Die Ausführungsform gemäß der 5 und 6 eignet sich in gleicher Weise wie die Ausführungsform von 1 zum Ableiten von Kippkräften bei einem Verschwenken des Tragrings 3, weil der Lastbolzen 10 in der x-Richtung spielfrei an den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 anliegt. Zusätzlich bietet die Ausführungsform nach den 5 bzw. 6 den Vorteil, dass die Kontaktstellen zwischen dem Lastbolzen 10 und den Längsseitenrändern 15 des Langlochs 9 bei Verschleiß mit einfachen und preiswerten Mitteln ggf. erneuert werden können, nämlich durch einen Austausch der Druckplatten 15 und/oder der Gleitplatten 18. Alternativ zu einem Austausch dieser Elemente ist es nach Eintreten einer geometrischen Veränderung an den Druckplatten 17 und/oder der Gleitplatten 18 möglich, die Breite b des Langlochs 9 geeignet anzupassen, indem die Keilelemente 19 relativ zu den geneigten Kontaktflächen 22 verschoben werden. Hierzu kann zum Beispiel ein Abstandskörper 28 mit einer geringeren Dicke verwendet werden, so dass dadurch die Breite b des Langlochs 9 abnimmt.
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Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, dass die Haltemittel 8 an dem Tragring 3, nämlich an dessen Unterseite, ausgebildet sind, wobei die Führungsmittel 9 an einer Aussenseite des Konverters 2 vorgesehen bzw. angebracht sein können. Bei dieser alternativen Ausführungsform funktionieren die Haltemittel 8 und Führungsmittel 9 im Vergleich zu der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform nach dem Prinzip einer kinematischen Umkehr und somit in gleicher Weise, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Erläuterung bezüglich der Zeichnung verwiesen werden darf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1903685 [0003]
- WO 2011/064233 A2 [0022]
