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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Düsenbalken für die Bearbeitung von Fasern mit Wasserstrahlen, aufweisend ein sich länglich erstreckendes Oberteil, in dem eine länglich ausgebildete Druckkammer eingebracht ist, wobei die Druckkammer eine Endseite mit einer Öffnung zur Einspeisung von Wasser und eine gegenüberliegende geschlossene Endseite aufweist, und wobei im Oberteil eine Druckverteilkammer eingebracht ist, die sich parallel zur Druckkammer erstreckt und wobei über der Länge des Oberteils verteilt mehrere Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer eingebracht sind, durch die das Wasser von der Druckkammer in die Druckverteilkammer führbar ist, und aufweisend ein sich länglich erstreckendes Unterteil, das am Oberteil flüssigkeitsdicht angeordnet ist, und wobei ein Düsenstreifen mit Bohrungen für den Wasseraustritt im oder am Unterteil aufgenommen ist, und wobei im Oberteil ein Schlitz eingebracht ist, der sich zwischen der Druckverteilkammer und dem Düsenstreifen zur Wasserbeaufschlagung des Düsenstreifens erstreckt.
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Aus der
DE 10 2005 055 939 B3 ist ein Düsenbalken für die Bearbeitung einer textilen Ware mit Wasserstrahlen bekannt. Die Bearbeitung der textilen Ware erfolgt dabei mit einer Vielzahl von in einer Reihe erzeugten Wasserstrahlen, die sich beispielsweise über die gesamte Breite einer unter den Wasserstrahlen bewegten textilen Warenbahn erstrecken und auf diese einwirken. Hierfür weist der Düsenbalken einen Wasseranschluss auf, mit dem über die Öffnung Wasser in die Druckkammer eingespeist wird. Das Wasser gelangt beispielsweise mit einem erzeugten Vordruck von 250bar durch die Öffnung in die Druckkammer, wobei die Einströmgeschwindigkeit des Wassers durch die Öffnung beispielsweise bis zu 8m/s beträgt, und etwa in der Mitte der Druckkammer weist die Strömungsgeschwindigkeit noch einen Wert von 2,5m/s auf. Um eine erhöhte Wirbelbildung des Wassers in der Druckkammer zu vermeiden, hat sich gezeigt, dass die einseitige Einspeisung von Wasser über eine Öffnung in die Druckkammer vorteilhaft ist. Der Düsenbalken ist dabei länglich und damit schlank ausgebildet, wobei der Düsenbalken im Wesentlichen gebildet wird durch das länglich ausgebildete Oberteil und das länglich ausgebildete Unterteil. Das Unterteil ist dabei an der Seite des Oberteils flüssigkeitsdicht angeordnet, die zur textilen Ware hin weist, und über das Unterteil und über den im Unterteil oder am Unterteil angeordneten Düsenstreifen werden die Wasserstrahlen durch die Vielzahl der Bohrungen erzeugt, die in dem Düsenstreifen eingebracht sind.
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Um eine möglichst gleichmäßige Ausbildung der Wasserstrahlen durch die Bohrungen im Düsenstreifen zu erzeugen, ist es wünschenswert, den Druck über der großen Länge des Düsenbalkens im Wesentlichen gleich zu verteilen. Hierfür wird die Druckkammer getrennt von der Druckverteilkammer ausgebildet, und zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer erstrecken sich mehrere Durchflussöffnungen in der Zwischenwandung zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer. Dadurch vergleichmäßigt sich der Druck über der Breite des Düsenbalkens, sodass nicht nahe der Einströmöffnung zur Einspeisung des Wassers ein hoher Druck und auf der gegenüberliegenden, fernen Seite zur Einspeisung ein niedrigerer Druck des Wassers vor dem Düsenstreifen vorherrscht. Erst durch eine gleichmäßige Ausbildung der Wasserstrahlen über der gesamten Breite des Düsenbalkens kann eine gleichmäßige Bearbeitung der textilen Ware sichergestellt werden.
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Vorrangiges Ziel beim Bau derartiger Düsenbalken ist es, über die Vergleichmäßigung des Wasserdruckes innenseitig vor den Bohrungen im Düsenstreifen einen möglichst geringen Gesamt-Druckverlust zu erhalten. In Anlagen, in denen derartige Düsenstreifen Verwendung finden, stehen die Düsenbalken dauerhaft unter Wasserbeaufschlagung, sodass jeder Druckverlust im Düsenbalken zugleich einen Energieverlust beim Betrieb der Anlage mit sich bringt. Folglich ist das Ziel beim Bau von Düsenbalken neben einer gleichmäßigen Ausbildung sämtlicher Wasserstrahlen ein möglichst geringer Druckverlust beginnend von der Öffnung zur Einspeisung von Wasser in die Druckkammer bis hin zur Ausströmung des Wassers aus den Bohrungen im Düsenstreifen.
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In der
EP 0 725 175 B1 wird zur Vergleichmäßigung des Wasserdrucks vor den Austrittsbohrungen im Düsenstreifen der Schlitz so ausgeführt, dass eine verstärkte Verwirbelung des Wassers für eine gleichmäßige Beaufschlagung des Düsenstreifens von der Innenseite erzeugt wird, womit jedoch ein erhöhter Druckverlust einhergehen kann.
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Weiterhin ist es wünschenswert, einen Düsenbalken möglichst konstruktiv einfach auszuführen und eine einfache Wartung zu ermöglichen. Beispielsweise müssen Düsenbalken in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden, insbesondere muss der Düsenstreifen auf einfache Weise entnommen werden können. Bei einer strömungsoptimierten Ausgestaltung des Oberteils mit der Druckkammer und der Druckverteilkammer hat sich gezeigt, dass geometrische Anpassungen eine weitere Minderung des Druckverlustes ermöglichen können, sodass beispielsweise der schmale Schlitz zur Ausmündung der Druckverteilkammer an den Düsenstreifen optimiert werden kann, wie in der
EP 0 725 175 B1 beschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist die weitere Verbesserung eines Düsenbalkens für die Bearbeitung von Fasern mit Wasserstrahlen, wobei der Düsenbalken einen geringen Gesamt-Druckverlust aufweisen soll, und wobei der Düsenbalken so weitergebildet werden soll, dass die über die Bohrungen im Düsenstreifen erzeugten Wasserstrahlen über der gesamten Breite des Düsenbalkens möglichst zueinander gleich ausgebildet werden sollen. Weiterhin sollte der Düsenbalken eine möglichst bauraumminimale Ausgestaltung erfahren, ohne die vorgelagerten Aufgaben der Erfindung ungelöst zu belassen.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird ausgehend von einem Düsenbalken für die Textilbearbeitung mit Wasserstrahlen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Druckkammer zylindrisch ausgeführt ist und einen Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser von 70mm bis 90mm aufweist und dass die Druckverteilkammer zylindrisch ausgeführt ist und einen Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser von 30mm bis 40mm aufweist.
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Die der Ausgestaltung des Düsenbalkens mit der Druckkammer und der Druckverteilkammer mit entsprechenden Durchmessern eines Kreisquerschnitts ergibt einen überraschend positiven Effekt auf die Vergleichmäßigung des Austrittsdruckes über den Schlitz in Richtung zum Düsenstreifen bei einem zugleich geringen Gesamt-Druckverlust im Düsenbalken. Der Düsenbalken ist dabei insbesondere ausgelegt für die Einspeisung von Wasser mit einer Geschwindigkeit bis zu etwa 8m/s bei einem Vordruck von 250bar. Durch die Größenverhältnisse der Druckkammer und der Druckverteilkammer ergibt sich eine vorteilhafte Überströmung des Wassers durch die Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung von beispielsweise bis zu 11m/s.
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Dann, wenn die Druckkammer und/oder die Druckverteilkammer mit einem jeweils zu großen oder zu kleinen Durchmesser ausgeführt werden, ergeben sich entweder Totwasserbereiche, die eine Inhomogenität der Druckverteilung erzeugen, oder es entstehen Druckgradienten über den Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung beginnend von der Endseite des Oberteils mit der Öffnung bis hin zur gegenüberliegenden Endseite ohne die Öffnung zur Einspeisung von Wasser. Bei einem optimierten Verhältnis der Durchmesser der Druckkammer zur Druckverteilkammer mit einem Durchmesser der Druckkammer von 70mm bis 90mm im Verhältnis zum Durchmesser der Druckverteilkammer von 30mm bis 40mm werden derartige negative Einflüsse auf die Druckverteilung und den Gesamt-Druckverlust minimiert.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckkammer einen Durchmesser von 75mm bis 85mm aufweist und wenn die Druckverteilkammer einen Durchmesser von 33 bis 37mm aufweist. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass es noch vorteilhafter ist, wenn die Druckkammer einen Durchmesser von 80mm aufweist und die Druckverteilkammer einen Durchmesser von 35mm aufweist. Im Ergebnis ergibt sich ein besonders minimaler Gesamt-Druckverlust, wenn der Durchmesser der Druckverteilkammer etwas weniger als die Hälfte von dem Durchmesser der Druckkammer beträgt.
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Ein weiterer wesentlicher Einfluss ist festgestellt worden durch die Länge der Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer. Folglich hat auch der Abstand der Mittelachse der Druckkammer zur Mittelachse der Druckverteilkammer einen Einfluss auf den Gesamt-Druckverlust im Düsenbalken und auf die möglichst homogene Druckverteilung des Wassers innenseitig vor den Bohrungen über der Länge des Düsenstreifens. Besonders vorteilhaft ist ein Abstand zwischen der Mittelachse der Druckkammer und der Mittelachse der Druckverteilkammer von 80mm bis 100mm, vorzugsweise von 85mm bis 95mm und besonders bevorzugt von 92mm. Folgerichtig ergibt sich eine Länge der Durchflussbohrungen von 34,5mm. Dabei können die Durchflussbohrungen mit weiterem Vorteil gestuft ausgeführt sein, und die Mündung der Durchflussbohrungen in die Druckkammer weist einen kleineren Durchmesser auf als die Mündung der Durchflussbohrungen in die Druckverteilkammer.
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Mit weiterem Vorteil ist ein Prallkörper vorgesehen, der zylindrisch in der Druckverteilkammer angeordnet ist, wobei der Prallkörper eine längliche Zylinderform aufweist und einen Durchmesser von 20mm bis 25mm und/oder einen Durchmesser von 22,5mm aufweist. Mit besonderem Vorteil ist der Prallkörper an seinen Enden seiner länglichen Zylinderform aufgenommen und/oder der Prallkörper weist über seiner Länge verteilt Abstandshalter auf, mittels der der Prallkörper in der Druckverteilkammer mittig angeordnet gehalten ist. Wie vorstehend angegeben, ergeben sich besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisse in der Druckverteilkammer, wenn der Prallkörper zentrisch in der Druckverteilkammer angeordnet ist. Mit anderen Worten bildet der Prallkörper vollumfänglich einen gleichen Abstand zur Wandung der Druckverteilkammer, sodass der Durchflussquerschnitt des Wassers von den Durchflussbohrungen bis in den Schlitz hinein um den Prallkörper im Wesentlichen gleichbleibend ausgebildet ist. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei einer solchen Ausgestaltung des Prallkörpers und seiner Anordnung in der Druckverteilkammer eine nur minimale bis gar keine Wirbelbildung entsteht. Folgerichtig ist auch der Druckverlust bei einer möglichst optimalen Druckverteilung über der Länge des Düsenbalkens minimiert.
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Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn die Druckkammer im Oberteil an wenigstens einer ihrer Endseiten des Oberteils mit einem Verschlusselement verschlossen ist, und wobei ein Verschlusselement die Öffnung für die Wassereinspeisung in die Druckkammer aufweist. Dabei ist es auch denkbar, dass die Druckkammer auf der dem Verschlusselement mit der Öffnung gegenüberliegenden Seite durch das Material des Oberteils verschlossen ist. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Oberteil über seiner gesamten Länge einen im Wesentlichen gleichen Materialquerschnitt aufweist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn auch die Druckverteilkammer im Oberteil an ihren gegenüberliegenden Endseiten des Oberteils mit Verschlusselementen verschlossen ist. Mit besonderem Vorteil kann dabei der Prallkörper mit seinen Enden zwischen den Verschlusselementen aufgenommen werden. Muss der Prallkörper beispielsweise zu Reinigungszwecken der Druckverteilkammer aus dieser herausgenommen werden, so ist es bereits hinreichend, eines der beiden Verschlusselemente von den Endseiten des Oberteils zu lösen.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht durch einen Düsenbalken für die Bearbeitung einer textilen Ware mit Wasserstrahlen, wobei der Querschnitt längs durch den Düsenbalken verläuft und
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2 eine Querschnittsansicht durch den Düsenbalken gemäß 1 entlang der dargestellten Schnittlinie A-A.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Düsenbalken 1 für die Bearbeitung von Fasern mit Wasserstrahlen, und 2 zeigt entlang der Schnittlinie A-A eine Querschnittsansicht durch den Düsenbalken 1, wobei die Schnittebene A-A quer zur Schnittebene durch den Düsenbalken 1 gemäß 1 verläuft. Im Folgenden wird der Düsenbalken 1 in Zusammenschau der 1 und 2 näher beschrieben.
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Das Gehäuse des Düsenbalkens 1 weist ein Oberteil 10 auf, das mit dem Unterteil 16 vielfach über die Länge durch Schrauben 24 verschraubt ist. Das Oberteil 10 weist in Längsrichtung verlaufend zwei Bohrungen 11 und 13 auf, von denen die obere Bohrung eine Druckkammer 11 und die untere Bohrung eine Druckverteilkammer 13 bildet. Beide Kammern 11 und 13 sind an den Endseiten des Oberteils 10 offen ausgeführt und durch Verschlusselemente 22 für die Druckkammer 11 und durch Verschlusselemente 23 für die Druckverteilkammer 13 flüssigkeitsdicht verschlossen. Das Verschlusselement 22 zum Verschluss der Druckkammer 11 weist ein Druckmessmittel 25 auf, und das Verschlusselement 22 zum Verschluss der Druckkammer 11 auf der rechten Seite weist eine Öffnung 12 auf, über die mit einem nicht näher dargestellten Wasseranschluss Wasser in die Druckkammer 11 eingespeist werden kann.
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Die beiden Kammern 11 und 13 sind durch eine Zwischenwandung 15 voneinander getrennt, wobei die Zwischenwandung 15 durch einen Querschnittsbereich des Oberteils 10 gebildet ist. Über die Länge des Düsenbalkens 1 verbindet eine große Anzahl von Durchflussbohrungen 14 in der Zwischenwandung 15 die beiden Kammern 11 und 13, sodass in die Druckkammer 11 einströmendes Wasser gleichmäßig verteilt über die Länge des Düsenbalkens 1 in die Druckverteilkammer 13 überströmt. Die Druckverteilkammer 13 ist nach unten offen, und zwar durch den gegenüber dem Durchmesser der Bohrung der Druckverteilkammer 13 schmal ausgeführten Schlitz 19, der sich ebenfalls über die Länge des Düsenbalkens 1 erstreckt.
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Gemäß 2 ist das Oberteil 10 mit dem Unterteil 16 fest und flüssigkeitsdicht mit den Schrauben 24 verschraubt. Die Dichtigkeit wird durch den O-Ring 26 bewirkt, der in einer um den Schlitz 19 verlaufenden Nut einsitzt. Ein Federvorsprung 27 sitzt in einer korrespondierenden Nut im Unterteil 16 ein, und in der Nut befindet sich ein weiterer O-Ring 28, der zur Abdichtung des Düsenstreifens 17 dient.
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Die Querschnittsansicht in 1 zeigt den Düsenstreifen 17, der eine Vielzahl von Bohrungen 18 aufweist, wobei die Bohrungen 18 in Längsrichtung zueinander gleich beabstandet den Düsenstreifen 17 durchsetzen. Das unter Druck stehende Wasser aus der Druckverteilkammer 13 und aus dem sich anschließenden Schlitz 19 beaufschlagt den Düsenstreifen 17 innenseitig, und das Wasser dringt durch die Bohrungen 18 hindurch und bildet einen aus jeder der Bohrungen 18 austretenden Wasserstrahl.
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Durch die beschriebene Ausgestaltung des Düsenbalkens 1 kann das Wasser, das unter Druck stehend durch die Öffnung 12 im Verschlusselement 22 in die Druckkammer 11 einströmt, gleichverteilt durch die Vielzahl der Durchflussbohrungen 14 in der Zwischenwandung 15 hindurchtreten und in die Druckverteilkammer 13 gelangen. Durch die zylindrische Ausbildung des Prallkörpers 20, der zwischen den beiden Verschlusselementen 23 haltend aufgenommen ist, und der zentrisch in der Druckverteilkammer 13 einsitzt, wird eine weitere Homogenisierung der Druckverteilung entlang der Erstreckungsrichtung des Düsenbalkens 1 erreicht, sodass der Düsenstreifen 17 unter Beibehaltung eines minimalen Druckverlustes über seiner gesamten Länge im Wesentlichen mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird. Über der Länge des Prallkörpers 20 verteilt sind mehrere Abstandshalter 29 am Prallkörper 20 angeordnet, die scheibenartig ausgestaltet sind und den Prallkörper 20 in der Druckverteilkammer 13 zentrieren. Dafür sitzen die Abstandshalter 29 mit ihrer Außenkontur innenseitig in der Druckverteilkammer 13 ein und stützen sich so gegen die Innenwand ab. Die Abstandshalter 29 können dafür fest auf dem stabförmigen oder zylinderförmigen Prallkörper 20 aufsitzen. Im Ergebnis ergeben sich bei einem Hindurchtreten des Wassers durch die Vielzahl der Bohrungen 18 gleichmäßige Wasserstrahlen, sodass die Bearbeitung der textilen Ware über der gesamten Breite der Ware gleichmäßig erfolgen kann. Auch wird der Vorteil erreicht, dass bei einer Demontage eines der Verschlusselemente 23 der Prallkörper 20 beispielsweise zu Reinigungszwecken aus der Druckverteilkammer 13 entnommen werden kann.
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Der Durchmesser der Druckkammer 11 beträgt gemäß dem Ausführungsbeispiel 80mm, und der Durchmesser der Druckverteilkammer 13 beträgt 35mm. Die Kammern 11 und 13 weisen dabei über der gesamten Länge des Düsenbalken 1 hinweg einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt auf. Der Abstand der Mittelachsen der beiden Druckkammern 11 und 13 beträgt 92mm. Dadurch ergibt sich eine ideale Länge der Durchflussbohrungen 14 zur möglichst homogenen, über der Erstreckung des Düsenbalkens 1 gleichmäßigen Einströmung des unter Druck stehenden Wassers in die Druckverteilkammer 13. Durch die Anordnung des Prallkörpers 20 zentrisch in der Druckverteilkammer 13 ergibt sich eine ebenfalls homogenisierte und vorzugsweise verwirbelungsarme Einströmung des unter Druck stehenden Wassers in den sich an die Druckverteilkammer 13 anschließenden Schlitz 19, sodass der Düsenstreifen 17 über seiner gesamten Länge im Wesentlichen gleichmäßig mit Wasser beaufschlagt wird.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Düsenbalken
- 10
- Oberteil
- 11
- Druckkammer
- 12
- Öffnung
- 13
- Druckverteilkammer
- 14
- Durchflussbohrung
- 15
- Zwischenwandung
- 16
- Unterteil
- 17
- Düsenstreifen
- 18
- Bohrung
- 19
- Schlitz
- 20
- Prallkörper
- 21
- Ende
- 22
- Verschlusselement
- 23
- Verschlusselement
- 24
- Schraube
- 25
- Druckmessmittel
- 26
- O-Ring
- 27
- Federvorsprung
- 28
- O-Ring
- 29
- Abstandshalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005055939 B3 [0002]
- EP 0725175 B1 [0005, 0006]
