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Die Erfindung betrifft ein Gebläserad mit einer Deckscheibe und einer Tragscheibe sowie einer Vielzahl zwischen der Deckscheibe und der Tragscheibe über den Umfang des Gebläserads verteilt angeordneten Gebläseradschaufeln. Das Gebläserad wird vornehmlich als Radialgebläserad ausgebildet und bei Radialgebläsen eingesetzt.
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Derartige Gebläseräder sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die
WO 2006/013067 A2 verschiedene Ausführungen von Gebläserädern, mit und ohne Tragscheibe.
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Die bekannten Gebläseräder funktionieren in der Praxis sehr gut und erreichen einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Geräuschbildung. Die Anforderungen an die Gebläseräder steigen diesbezüglich jedoch stetig weiter, so dass es Aufgabe der Erfindung ist, die bekannten Gebläseräder derart weiterzubilden, dass eine noch effizientere Förderung von Luft/Gasen oder Gasgemischen bei geringen Herstellungskosten erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Gebläserad mit einer Deckscheibe und einer Tragscheibe sowie einer Vielzahl zwischen der Deckscheibe und der Tragscheibe über den Umfang des Gebläserads verteilt angeordneten Gebläseradschaufeln vorgeschlagen, wobei an der Tragscheibe an einer Rotationsachse des Gebläserads eine Nabe ausgebildet ist und die Deckscheibe eine sich um die Rotationsachse erstreckende axiale Einlassöffnung aufweist. Die Gebläseradschaufeln weisen jeweils einen radial innen endenden Schaufelabschnitt auf, in dem die Schaufelkanten zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen und sich in axialer Richtung bis zur Tragscheibe erstrecken. Die Tragscheibe bildet einen sich in radialer Richtung erstreckenden Schaufelkantenüberdeckungsabschnitt, in dem die axialen Stirnkanten der Gebläseradschaufeln an der Tragscheibe anliegen, wobei eine gesamte radiale Länge des Schaufelkantenüberdeckungsabschnitts geringer ist als diejenige der einzelnen Gebläseradschaufeln.
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Die zumindest abschnittsweise bogenförmigen radial innen endenden Schaufelabschnitten der Gebläseradschaufeln liegen im Bereich der Einlassöffnung und werden im Betrieb des Gebläserads unmittelbar von der Strömung angeströmt. Die Kombination dieser geometrischen Formgebung der radial innen endenden zumindest abschnittsweise bogenförmigen Schaufelabschnitte mit dem gegenüber der radialen Länge der einzelnen Gebläseradschaufeln verkürzten radialen Schaufelkantenüberdeckungsabschnitt der Tragscheibe wird der aerodynamische Wirkungsgrad durch eine Reduzierung der Strömungsverluste messbar gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Gebläserädern erhöht.
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In einer vorteilhaften Ausführung liegen die Schaufelkanten der Gebläseradschaufeln in dem radial innen endenden Schaufelabschnitt jeweils frei und sind von der Deckscheibe unbedeckt. Die Strömung trifft nach dem Eintritt durch die Einlassöffnung somit direkt auf die speziell geformten radial innen endenden Schaufelabschnitte der Gebläseradschaufeln, deren bogenförmiger Abschnitt konvex nach innen weisend gebogen ist. Vorteilhafterweise sind alle Gebläseradschaufeln vorwärts- oder rückwärtsgekrümmt und bezüglich der Form jeweils identisch ausgebildet.
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In einer aus strömungstechnischer sowie fertigungstechnischer Sicht günstigen Variante ist das Gebläserad dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des sich an die Rotationsachse anschließenden Abschnitts der Tragscheibe geringer ist als der Durchmesser der Einlassöffnung der Deckscheibe. Bei axialer Draufsicht auf die Einlassöffnung ist somit der Umfangsrand dieses Abschnitts der Tragscheibe erkennbar. Das Gebläserad wird vorteilhafterweise einteilig ausgebildet. Bevorzugtes Material ist Kunststoff.
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Ferner ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Gebläseradschaufeln im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt, in dem die Schaufelkanten zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen, einen an die Deckscheibe angrenzenden Schaufelkantenabschnitt aufweisen, in denen die Schaufelkanten in einem seitlichen Querschnitt gesehen axial geradlinig verlaufen.
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Zusätzlich oder alternativ wird vorgesehen, dass die Gebläseradschaufeln im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt, in dem die Schaufelkanten zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen, einen an die Tragscheibe angrenzenden Schaufelkantenabschnitt aufweisen, in denen die Schaufelkanten in einem seitlichen Querschnitt gesehen radial geradlinig verlaufen.
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In einer weiter alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gebläseradschaufeln im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt, in dem die Schaufelkanten zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen, einen an die Deckscheibe angrenzenden Schaufelkantenabschnitt aufweisen, in denen die Schaufelkanten in einem seitlichen Querschnitt geradlinig in einem Winkel gegenüber einer Radialebene verlaufen, der größer als Null, vorzugsweise in einem Bereich von 10–30° ist.
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Zusätzlich oder alternativ zur vorstehend beschriebenen Ausführung wird in einer Ausführung vorgesehen, dass die Gebläseradschaufeln im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt, in dem die Schaufelkanten zumindest abschnittsweise bogenförmig verlaufen, einen an die Tragscheibe angrenzenden Schaufelkantenabschnitt aufweisen, in denen die Schaufelkanten in einem seitlichen Querschnitt geradlinig in einem Winkel gegenüber einer Axialebene verlaufen, der größer als Null, vorzugsweise in einem Bereich von 10–30° ist.
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Die Gebläseradschaufeln weisen demzufolge im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt stets einen bogenförmigen, nach innen gerichteten konvexen Abschnitt auf, der sich entweder unmittelbar an die Tragscheibe und/oder Deckscheibe anschließt. Oder es wird zusätzlich ein an die Tragscheibe und/oder an die Deckscheibe angrenzender Schaufelkantenabschnitt vorgesehen, der sich zwischen dem bogenförmigen Abschnitt und der Trag- und/oder Deckscheibe erstreckt. Der an die Tragscheibe angrenzende Schaufelkantenabschnitt verläuft geradlinig parallel oder geneigt zur Rotationsachse bzw. einer Axialebene. Der an die Deckscheibe angrenzende Schaufelkantenabschnitt verläuft geradlinig parallel oder geneigt zu einer Radialebene.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen ist strömungstechnisch günstig, wenn die Länge F1 des an die Deckscheibe angrenzenden geradlinig verlaufenden Schaufelkantenabschnitts gegenüber einer maximalen axialen Höhe b1 der Gebläseradschaufeln im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt in einem Bereich liegt, dass gilt 0 ≤ F1/b1 ≤ 0,75.
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Ferner ist strömungstechnisch vorteilhaft, wenn eine Länge F2 des an die Tragscheibe angrenzenden geradlinig verlaufenden Schaufelkantenabschnitts gegenüber einer maximalen axialen Höhe b1 der Gebläseradschaufeln im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt in einem Bereich liegt, dass gilt 0 < F2/b1 ≤ 0,75.
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In einer alternativen Ausführungsvariante des Gebläserads erstreckt sich der jeweils bogenförmig verlaufende Abschnitt der Schaufelkanten des jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitts bis an die Deckscheibe und/oder die Tragscheibe. Dann wird auf geradlinig verlaufende Schaufelkantenabschnitte verzichtet.
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Bei einem strömungstechnisch ferner günstigen Ausführungsbeispiel des Gebläserads ist vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen der maximalen axialen Höhe b1 der Gebläseradschaufeln und der maximalen Höhe H1 zwischen dem Einlassöffnungsrand und der axialen Innenfläche der Tragscheibe in einem Bereich liegt, dass gilt 0,6 ≤ b1/H1 ≤ 0,9.
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In einer Weiterbildung des Gebläserads wird vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen einer Länge A1, über welche die Gebläseradschaufeln an einem sich an die Rotationsachse anschließenden Abschnitt der Tragscheibe anliegen, und dem Gebläseraddurchmesser D in einem Bereich liegt, dass gilt 0,02 ≤ A1/D ≤ 0,25. Soweit die Gebläseradschaufeln geradlinig verlaufen entspricht die Länge A1 einer Geraden, bei gekrümmten Gebläseradschaufeln bestimmt sich die Länge A1 über das Linienintergral.
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Zur verbesserten Herstellbarkeit des Gebläserads weisen die Gebläseradschaufeln einen Anbindungsabschnitt an die Deckscheibe auf, wobei der Anbindungsabschnitt in einer axialen Draufsicht radial durch die Schaufel geschnitten eine Breite t2 und die Gebläseradschaufeln in einer axialen Draufsicht im radial innen endenden Schaufelabschnitt eine Breite t1 aufweisen, und bezüglich des Verhältnisses der Breiten gilt 0,16 ≤ t1/t2 ≤ 0,8.
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In einer Weiterbildung weist die Tragscheibe einen Ring auf, der sich in radialer Richtung beabstandet zu einem sich an die Rotationsachse anschließenden Abschnitt der Tragscheibe anschließt, wobei die axialen Stirnkanten der Gebläseradschaufeln an dem Ring der Tragscheibe anliegen und von diesem axial überdeckt sind. Der Ring bildet einen Anteil der gesamten radialen Länge des Schaufelkantenüberdeckungsabschnitts. Durch den Abstand zum radial weiter innen liegenden Abschnitt der Tragscheibe ist sichergestellt, dass die axialen Schaufelkanten zumindest abschnittsweise von der Tragscheibe nicht überdeckt sind, um die strömungstechnischen erfindungsgemäßen Vorteile zu erzielen.
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Der Ring ist in einer vorteilhaften Variante am radialen Außenrand der Gebläseradschaufeln angeordnet und schließt bündig mit einer axial angrenzenden radialen Außenkante der Gebläseradschaufeln ab.
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Das Gebläserad ist in einer Ausführungsvariante derart ausgebildet, dass sich die Gebläseradschaufeln in radialer Richtung über die Deckscheibe hinaus erstrecken.
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In einer Weiterbildung des Gebläserads ist ferner vorgesehen, dass es radial kürzere Zwischenschaufeln aufweist, die ausschließlich an der Deckscheibe und dem Ring befestigt sind.
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Strömungstechnisch ist ferner eine Ausführungsvariante des Gebläserads vorteilhaft, bei der sich die Gebläseradschaufeln in axialer Draufsicht gesehen im radial innen endenden Schaufelabschnitt tangential zu einer Kreisebene um die Rotationsachse erstrecken.
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Alle vorstehend beschriebenen Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich und nicht widersprüchlich ist. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine axiale Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Gebläserads;
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2 eine Schnittansicht A-A aus 1;
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2a eine Schnittansicht durch die Rotationsachse des Gebläserads aus 1;
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3 eine Schnitt-Detailansicht X aus 1;
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4a eine erste Variante der Schaufelkanten im radial innen endenden Schaufelabschnitt;
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4b eine zweite Variante der Schaufelkanten im radial innen endenden Schaufelabschnitt;
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4c eine dritte Variante der Schaufelkanten im radial innen endenden Schaufelabschnitt.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch, wobei gleiche Bezugszeichen stets gleiche Teile benennen.
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In den 1, 2 und 2a sind in einer axialen Draufsicht sowie in seitlichen Schnittansichten A-A und B-B ein Ausführungsbeispiel eines einteiligen Radial-Gebläserads 1 mit einer im Querschnitt gebogen verlaufenden Deckscheibe 2, einer Tragscheibe 3 und einer Vielzahl zwischen der Deckscheibe 2 und der Tragscheibe 3 über den Umfang des Gebläserads 1 verteilt angeordneten Gebläseradschaufeln 4 dargestellt. Das Gebläserad 1 weist in der Deckscheibe 2 eine axiale Einlassöffnung 6 zum Ansaugen von Luft und/oder Gasgemischen auf. An der radialen Außenseite des Gebläserads 1 befindet sich der Austritt 25 zum Ausblasen der Luft und/oder der Gasgemischen.
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Um die zentrale Rotationsachse erstreckt sich radial auswärts anteilig die Tragscheibe 3 in axialer Richtung konvex gebogen und bildet die Nabe 5 des Gebläserads 1. Am radialen Randabschnitt umschließt der Ring 16 die axial oder schräg zur Tragscheibe 3 gerichteten Stirnkanten der Gebläseradschaufeln 4 und bildet mithin einen radial außen liegenden beabstandeten Anteil der Tragscheibe.
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Die Gebläseradschaufeln 4 weisen jeweils einen radial innen endenden Schaufelabschnitt 7 auf, in dem die Schaufelkanten 8 abschnittsweise bogenförmig verlaufen und sich in axialer Richtung bis zur Tragscheibe 3 erstrecken und einstückig in diese übergehen. Die Tragscheibe 3 bildet mit dem Ring 16 einen sich in radialer Richtung erstreckenden Schaufelkantenüberdeckungsabschnitt 9, in dem die axialen Stirnkanten der Gebläseradschaufeln 4 von der Tragscheibe 3 jeweils überdeckt und einstückig mit ihr verbunden sind. Die gesamte radiale Länge des Schaufelkantenüberdeckungsabschnitts 9 ist geringer als diejenige der einzelnen Gebläseradschaufeln 4, so dass die axialen Schaufelkanten in allen Abschnitten, in denen weder die Tragscheibe 3 noch der Ring 16 ausgebildet sind, unbedeckt sind und in axialer Richtung frei liegen. Die Gebläseradschaufeln 4 verlaufen im radial innen endenden Schaufelabschnitt 7 tangential zu einer gedachten Kreisebene um die Rotationsachse.
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Zwischen den sich durchgehend von der Tragscheibe 3 bis zum radialen Außenrand des Gebläserads 1 erstreckenden Gebläseradschaufeln 4 sind jeweils radial kürzere Zwischenschaufeln 24 vorgesehen, die ausschließlich mit dem Ring 16 und der Deckscheibe 2 verbunden sind. Die Zwischenschaufeln 24 sind mit ihrem radial innen liegenden Randabschnitt von einem radialen Außenrand des sich von der Nabe 5 nach radial außen erstreckenden Abschnitts der Tragscheibe 3 beabstandet.
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Der in 2a nachvollziehbare Durchmesser D1 des sich an die Rotationsachse anschließenden Abschnitts der Tragscheibe 3 ist geringer als der Durchmesser D2 der Einlassöffnung 6 der Deckscheibe 2.
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Wie im Schnitt C der Detailansicht X gemäß 3 zu entnehmen, umfassen die Gebläseradschaufeln 4 einen Anbindungsabschnitt 15 an die Deckscheibe 2, in dem ihre Breite t2 größer ausgebildet ist als im radial innen endenden Schaufelabschnitt 7, in dem sie eine Breite t1 aufweisen. Das Verhältnis von t1/t2 weist in der gezeigten Ausführung den Wert 0,6 auf. Der Anbindungsabschnitt 15 erstreckt sich radial auswärts über die gesamte Länge der Gebläseradschaufel 4 entlang der Deckscheibe 2.
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Unter Bezugnahme auf die 4a–4c werden drei alternative Ausführungsbeispiele der Schaufelkanten 8 im radial innen endenden Schaufelabschnitt 7 gezeigt. In Variante gemäß 4a weisen die Schaufelkanten 8 der Gebläseradschaufeln 4 im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt 7 drei Schaufelkantenabschnitte auf. Der an die Deckscheibe 2 angrenzende Schaufelkantenabschnitt 10 verläuft geradlinig im Winkel α = 15° gegenüber einer ebenen gedachten Radialebene. Der sich an den Schaufelkantenabschnitt 10 unmittelbar anschließende Schaufelkantenabschnitt 13 ist bogenförmig und konvex nach radial innen, wobei seine Bogenform eine konstante Rundung aufweist. Der sich an den Schaufelkantenabschnitt 13 unmittelbar anschließende Schaufelkantenabschnitt 11 grenzt an die Tragscheibe 3 an und erstreckt sich geradlinig in einem Winkel β = 10° gegenüber einer gedachten Axialebene bzw. der Rotationsachse.
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Die Ausführungsvariante gemäß 4b ist identisch zu derjenigen aus 4a bis auf, dass sich die beiden Schaufelkantenabschnitte 10 und 11 radial bzw. axial geradlinig parallel zur gedachten Radialebene bzw. Axialebene erstrecken. In den Ausführungsvarianten gemäß 4a und 4b ist das Verhältnis der Länge F1 des an die Deckscheibe 2 angrenzenden geradlinig verlaufenden Schaufelkantenabschnitts 10 gegenüber der maximalen axialen Höhe b1 der Gebläseradschaufeln 4 im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt 7 bei einem Wert von 0,35 (4a) bzw. 0,45 (4b). Zudem ist das Verhältnis der Länge F2 des an die Tragscheibe 3 angrenzenden geradlinig verlaufenden Schaufelkantenabschnitts 11 gegenüber der maximalen axialen Höhe b1 der Gebläseradschaufeln 4 im jeweils radial innen endenden Schaufelabschnitt 7 bei einem Wert von 0,25 (4a) bzw. 0,3 (4b). Die maximale Höhe b1 bestimmt dabei die Strömungseintrittshöhe von der Tragscheibe 3 in den sich radial anschließenden Gebläseradabschnitt mit frei liegenden axialen Schaufelkanten.
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Zudem liegt in beiden Varianten gem. 4a und 4b das Verhältnis zwischen der maximalen axialen Höhe b1 der Gebläseradschaufeln 4 und der maximalen Höhe H1 zwischen dem Einlassöffnungsrand 14 und der axialen Innenfläche der Tragscheibe 3 bei einem Wert von 0,75.
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Gemäß der Ausführungsvariante nach 4c schließt sich der bogenförmige konvexe Schaufelkantenabschnitt 13 unmittelbar an die Tragscheibe 3 an. Der sich an den Schaufelkantenabschnitt 13 unmittelbar anschließende Schaufelkantenabschnitt 10 grenzt an die Deckscheibe 2 an und erstreckt sich geradlinig in einem Winkel α = 15° gegenüber einer ebenen gedachten Radialebene. Die Rundung des bogenförmigen konvexen Schaufelkantenabschnitts 13 ist geringer als in den Ausführungen gemäß 4a und 4b.
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In allen drei Ausführungen gemäß 4a–4c ist die auch in 1 gekennzeichnete Länge A1, über welche die Gebläseradschaufeln 4 an dem sich an die Rotationsachse anschließenden Abschnitt der Tragscheibe 3 anliegen. Das heißt, die Länge A1 bemisst sich entlang von dem freien innen liegenden Ende der Gebläseradschaufeln bis zum radialen Abschluss des mittig vorgesehenen Abschnitts der Tragscheibe 3 unter Außerachtlassung des Rings 16. In allen Ausführungen sind axial gerade Gebläseradschaufeln 4 verwendet. Das Verhältnis zwischen der Länge A1 und dem Gebläseraddurchmesser D nimmt einen Wert von A1/D = 0,12 ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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