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Die Erfindung betrifft ein Pendelrollenlager zum Lagern einer schweren Last, beispielsweise eines kippbaren Tiegels oder eines Stahlkonverters, welches einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring aufweist, zwischen denen in zwei Wälzkörperreihen tonnenförmige Wälzkörper angeordnet sind, und bei dem die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe auf einer ersten Innenringlaufbahn sowie einer ersten Außenringlaufbahn und die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe auf einer zweiten Innenringlaufbahn und einer zweiten Außenringlaufbahn abrollen.
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Aus dem Stand der Technik sind sehr schwere Tiegel oder Stahlkonverter bekannt, die zwei gegenüberliegend abstehende Tragzapfen aufweisen, mittels denen der Tiegel oder Stahlkonverter über Wälzlager verschwenkbar beziehungsweise kippbar an einem Traggerüst gelagert ist. Derartige Tiegel oder Stahlkonverter kommen zum Beispiel bei der Produktion von Stahl aus flüssigem Roheisen zum Einsatz. Aus Gründen der Kosteneffizienz ist man bestrebt, möglichst große Chargen von bis zu 1000 t zu erzeugen. Demzufolge hat ein solches Lager außerordentlich hohen mechanischen und thermischen Anforderungen dauerhaft standzuhalten. Die hohe Masse des Stahlkonverters kann in Verbindung mit der Temperaturbelastung darüber hinaus zu einer temporären oder dauerhaften Geometrieänderung an Teilen des Tiegels oder Stahlkonverters führen, insbesondere zu einer Schiefstellung der Tragzapfen, wodurch die mechanische Belastung der Wälzlager beträchtlich zunehmen kann.
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Die
AT 27 48 70 B betrifft eine Lagerkonstruktion für kippbare Tiegel oder Stahlkonverter mit zwei gegenüberliegenden Tragzapfen, die jeweils in einem Pendelrollenlager gelagert sind. Das eine Pendelrollenlager ist axial unverschiebbar als ein Festlager und das andere Pendelrollenlager ist axial verschiebbar als ein Loslager ausgeführt. Mindestens einer der Tragzapfen ist an einen Antrieb angeschlossen, um ein Kippen zum Entleeren des Tiegels oder Konverters zu ermöglichen. Der Innenring des als Loslager ausgeführten Pendelrollenlagers ist mittels einer kegelförmigen Spannhülse fest auf dem Tragzapfen angeordnet. Der Außenring des als Loslager realisierten Pendelrollenlagers ist in einer Schiebebüchse gelagert, die gegenüber dem das gesamte Lager umschließenden Gehäuse axial verschiebbar ist. Eine zusätzliche Kompensation des stark verschleißverstärkenden Einflusses von schief stehenden Tragzapfen ist, abgesehen von hier Verwendung findenden Pendelrollenlagern, nicht vorgesehen. Wenngleich mittels der erwähnten kegelförmigen Spannhülse ein Ausgleich einer Schiefstellung eines Lagerzapfens in Bezug zur Schwenkachse des Tiegels oder Konverters möglich ist, so stellt diese Spannhülse doch ein weiteres Bauteil dar, welches die Herstell- und Montagekosten einer solchen Lagerkonstruktion nachteilig erhöht.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein betriebssicheres, langlebiges sowie kostengünstig herstellbares und montierbares Pendelrollenlager zur Lagerung einer schweren Last, wie beispielsweise einen kippbaren Tiegel, einen Stahlkonverter oder dergleichen vorzustellen, welche schräg gestellte Lagerzapfen aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Pendelrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an. Zudem wird eine vorteilhafte Verwendung eines solchen Pendelrollenlagers beansprucht.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem Pendelrollenlager zum Lagern einer schweren Last, beispielsweise eines kippbaren Tiegels oder eines Stahlkonverters, welches einen Innenring und einen koaxial dazu angeordneten Außenring aufweist, zwischen denen in zwei Wälzkörperreihen tonnenförmige Wälzkörper angeordnet sind, und bei dem die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe auf einer ersten Innenringlaufbahn sowie einer ersten Außenringlaufbahn und die Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe auf einer zweiten Innenringlaufbahn und einer zweiten Außenringlaufbahn abrollen.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Innenring eine Innenringbohrung und der Außenring eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist, dass die Innenringbohrung eine Innenringlängsachse und die zylindrische Außenmantelfläche des Außenrings eine Außenringlängslachse aufweist, und dass die Innenringlängsachse in Bezug zur Außenringlängsachse um einen Schrägstellungswinkel schräg ausgerichtet ist.
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Durch die schräge Innenringbohrung wird mit geringem Aufwand der nachteilige Einfluss einer taumelnden Bewegung eines schief stehenden Lagerzapfens der schweren Last auf den Verschleiß des Pendelrollenlagers verringert. Beispielsweise lässt sich das erfindungsgemäße Pendelrollenlager in vorteilhafter Weise als Austauschlager für vorhandene Tiegel oder Stahlkonverter mit betriebsbedingt schräg gebogenen Schenkzapfen verwenden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen sein, dass der Schrägstellungswinkel α der Innenringbohrung den gleichen Wert aufweist wie derjenige Winkel β, unter dem der jeweilige Lagerzapfen geneigt ausgerichtet von der schweren Last absteht. Infolgedessen erreicht das Pendelrollenlager eine maximale Gebrauchsdauer bei minimalem Verschleiß.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die axiale Breite der ersten Innenringlaufbahn und die axiale Breite der zweiten Innenringlaufbahn jeweils ausgehend von einem ersten Breitenminimum beziehungsweise einem zweiten Breitenminimum in Umfangsrichtung der beiden Innenringlaufbahnen bis zu einem ersten Breitenmaximum beziehungsweise einem zweiten Breitenmaximum linear breiter werden, und dann im weiteren Verlauf bis zu dem ersten Breitenminimum beziehungsweise dem zweiten Breitenminimum linear schmaler werden.
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Weiter ist in diesem Zusammenhang eine Weiterbildung vorteilhaft, bei der vorgesehen ist, dass die erste Innenringlaufbahn und die zweite Innenringlaufbahn axial innen durch einen kreisförmigen Mittelsteg voneinander beabstandet sind, wobei die beiden Innenringlaufbahnen hinsichtlich ihrer axialen Breite und auf den Umfang des Innenrings bezogen derart zueinander versetzt ausgebildet sind, dass das Breitenminimum der ersten Innenringlaufbahn dort ausgebildet ist, wo das Breitenmaximum der zweiten Innenringlaufbahn ausgebildet ist, und dass das Breitenmaximum der ersten Innenringlaufbahn dort ausgebildet ist, wo das Breitenminimum der zweiten Innenringlaufbahn ausgebildet ist. Infolgedessen ist eine axial großflächigere Führung der Wälzkörper bei schief- beziehungsweise schräg stehenden Lagerzapfen gegeben, so dass insbesondere deren teilweises seitliches Herausrutschen aus dem Pendelrollenlager vermieden wird.
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Vorzugsweise ist der Außenring axial geteilt ausgebildet, so dass dieser aus einem ersten halbkreisförmigen Teilaußenring sowie einem zweiten halbkreisförmigen Teilaußenring zusammengefügt wird. Hierdurch wird eine besonders einfache Montage sowie im Fehlerfall eine Demontage des Pendelrollenlagers ermöglicht. Die beiden Teilaußenringe können dazu durch Bolzenverbindung miteinander verbunden sein. Alternativ dazu kann der Außenring auch ungeteilt ausgeführt sein.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In der Zeichnung zeigt
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1 eine schematische Seitenansicht einer schweren Last mit betriebsbedingt schräg gestellten Lagerzapfen und zwei konventionellen Pendelrollenlagern,
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2 einen Teilquerschnitt durch ein Pendelrollenlager gemäß 1 mit der Darstellung von Verschleißzonen am Außenring,
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3 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Pendelrollenlagers, welches einen schräg gestellten Lagerzapfen trägt, und
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4 eine radiale Draufsicht auf den Innenring des Pendelrollenlagers gemäß 3 mit einer ersten und einer zweiten Innenringlaufbahn.
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Demnach zeigt 1 eine schematische Seitenansicht einer schweren Last 10, die hier exemplarisch als ein kippbarer Tiegel 12 oder Stahlkonverter 14 ausgebildet ist. Nachfolgend wird nur von einem Stahlkonverter 14 gesprochen. Der Stahlkonverter 14 weist zwei gegenüberliegend angeordnete Lagerzapfen 16, 18 auf. Zur Lagerung des Stahlkonverters 14 in einem in 3 erkennbaren Traggerüst 98 ist auf den beiden Lagerzapfen 16, 18 jeweils ein Pendelrollenlager 20, 22 befestigt.
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Der Stahlkonverter 14 kann beispielsweise eine Masse von bis 1900 t aufweisen. Aufgrund seiner hohen Masse gepaart mit einer betriebsbedingt in der Regel sehr hohen Temperatur kann es zu der in 1 dargestellten Verformung der Lagerzapfen 16, 18 kommen. Demzufolge verlaufen die Längsachsen 30, 32 der beiden Lagerzapfen 16, 18 jeweils unter einem Winkel β geneigt beziehungsweise verkippt zu einer Horizontalen 26, welche senkrecht auf der Symmetrieachse 28 des Stahlkonverters 14 steht. Infolge dieser betriebsbedingten Schrägstellung der beiden Lagerzapfen 16, 18 des Stahlkonverters 14 kommt es bei einem Verschwenken desselben zu einer exzentrischen Drehbewegung der Lagerzapfen 16, 18, die im Ergebnis zu einem starkem Verschleiß in den beiden Pendelrollenlager 20, 22 führt.
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2 zeigt einen prinzipiellen Teilquerschnitt durch das in 1 auf der linken Seite dargestellte bekannte Pendelrollenlager 20, in dem Verschleißzonen 54, 56 markiert sind. Das Pendelrollenlager 20 weist einen Innenring 42 und einen diesen koaxial umgebenden Außenring 44 auf, zwischen denen in zwei Wälzkörperreihen tonnenförmige Wälzköper 46, 47 angeordnet sind. Aufgrund exzentrischen Drehbewegung des in 2 nicht dargestellten Lagerzapfens 16 führen die Wälzkörper 46, 47 im Lagerbetrieb Axialbewegungen 48, 50 quer zu einer Hauptlastrichtung 52 aus, die mittels den beiden Doppelpfeilen angedeutet sind. Die Hauptlastrichtung 52 verläuft dabei im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsmittelachse 62 des Pendelrollenlagers 20. Hierdurch entstehen jeweils Verschleißzonen 54, 56 im Bereich der beiden Außenringlaufbahnen 58, 60 des Pendelrollenlagers 20, welche im ungünstigsten Fall zu einem frühzeitigen Totalausfall des ganzen Pendelrollenlagers 20 führen können. Der Innenring 42 und der Außenring 44 dieses Pendelrollenlagers 20 sind hier exemplarisch jeweils einteilig ausgebildet. Zur Schmiermittelversorgung des Pendelrollenlagers 20 sind drei umfangsseitig jeweils zueinander um 120° versetzt in den Außenring 44 eingebrachte zylindrische Durchgangsbohrungen 64 vorhanden.
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Die 3 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung die Lagerung eines Lagerzapfens 16 eines Stahlkonverters 14 in einem erfindungsgemäßen Pendelrollenlager 70. Dieses Pendelrollenlager 70 weist einen Innenring 72 und einen koaxial darüber angeordneten Außenring 74 auf. Radial zwischen diesen beiden Lagerringen 72, 74 sind in zwei Wälzkörperreihen 86, 88 tonnenförmige Wälzkörper 84, 85 angeordnet. Die Wälzkörper 84 der ersten Wälzkörperreihe 86 rollen auf einer ersten Innenringlaufbahn 76 sowie einer ersten Außenringlaufbahn 78 ab, und die Wälzkörper 85 der zweiten Wälzkörperreihe 88 rollen auf einer zweiten Innenringlaufbahn 80 und einer zweiten Außenringlaufbahn 82 ab. Die beiden Innenringlaufbahnen 76, 80 sowie die beiden Außenringlaufbahnen 78, 82 sind jeweils konkav ausgebildet.
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Der Innenring 72 weist eine Innenringbohrung 90 auf, die den Lagerzapfen 16 des Stahlkonverters 14 aufnimmt. Hierzu ist der Innenring 72 bis zu einem Abschlag 92 beziehungsweise eine Schulter des Lagerzapfens 16 auf diesen aufgeschoben. Der Außenring 74 des Pendelrollenlagers 70 ist hier exemplarisch axial ungeteilt bzw. einteilig ausgebildet, und er weist drei um 120° umfangsseitig zueinander versetzt angeordnete Durchgangsbohrungen 94. Diese Durchgangsbohrungen 94 dienen zur Zuführung eines Schmiermittels in das Pendelrollenlager 70. Alternativ dazu kann der Außenring 74 zum Beispiel axial geteilt ausgebildet sein, um insbesondere die Fertigung, die Montage sowie die Demontage des Pendelrollenlagers 70 in einem Wartungsfall zu erleichtern.
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Der Außenring 74 weist eine zylindrische Außenmantelfläche 120 auf. Er ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer hohlzylindrischen Bohrung 96 eines Traggerüstes 98 zur kipp- oder schwenkbaren Lagerung des Stahlkonverters 14 aufgenommen. Bei dem Traggerüst 98 kann es sich beispielsweise um ein Auge eines Gabelschenkels einer Schwenk- beziehungsweise Kippvorrichtung handeln. Erfindungsgemäß ist eine Längsmittelachse 100 der Innenringbohrung 90 in Bezug zu der Längsmittelachse 102 des Außenrings 74 beziehungsweise von dessen zylindrischen Außenmantelfläche 120 um einen Schrägstellungswinkel α schräg beziehungsweise geneigt ausgerichtet. Infolgedessen wird die aufgrund seiner Schrägstellung extrem verschleißerhöhende Wirkung der kurbelnden Dreh- beziehungsweise Verschwenkbewegungen des Lagerzapfens 16 beträchtlich vermindert.
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Der Schrägstellungswinkel α der Innenringbohrung 90 beträgt hierbei zwischen 1° und 5° jeweils einschließlich der Bereichsgrenzen. Dieser Schrägstellungswinkel α ist zudem in etwa gleich groß wie der Winkel β (siehe 1), welcher der Schrägstellung des Lagerzapfens 16 des Stahlkonverters 14 entspricht. Der Schrägstellungswinkel α zwischen der Längsmittelachse 100 der Innenringbohrung 90 und der Längsmittelachse 102 des Außenrings 74 bezieht sich hierbei auf den nicht verschwenkten beziehungsweise nicht verkippten Zustand des Pendelrollenlagers 70 gemäß 3, in dem der Innenring 72 und der Außenring 74 zumindest abschnittweise axial bündig abschließen.
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4 zeigt eine teilweise, schematische radiale Draufsicht auf den Innenring 72 des Pendelrollenlagers 70 gemäß 3. Der Innenring 72 verfügt wie erwähnt über die erste Innenringlaufbahn 76 und die zweite Innenringlaufbahn 80, welche jeweils konkav ausgebildet sind. Die Längsmittelachse 100 der Innenringbohrung 90 des Innenrings 72 verläuft unter dem Schrägstellungswinkel α verkippt beziehungsweise geneigt zu der Längsmittelachse 102 des hier nicht dargestellten Außenrings 74 des Pendelrollenlagers 70.
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Wie 3 zeigt, weisen die beiden Innenringslaufbahnen 76, 80 über den Umfang des Innenrings 72 gesehen keine konstante Breite auf, sondern diese Laufbahnbreite ist abhängig von der jeweiligen umfangsseitigen Position an der Laufbahn. Dies bedeutet, dass sich die Breite B1 der ersten Innenringlaufbahn 76 ausgehend von einem ersten Breitenmaximum B_max1 bis hin zu einem ersten Breitenminimum B_min1 linear verringert. Korrespondierend hierzu reduziert sich die Breite B2 der zweiten Innenringlaufbahn 80 ausgehend von einem zweiten Breitenminimum B_max2 linear bis zu einem zweiten Breitenminimum B_min2. Darüber hinaus sind die Innenringlaufbahnen 76, 80 hinsichtlich ihres jeweiligen Breiteverlaufs umfangsseitig um 180° zueinander versetzt ausgebildet, so dass das erste Breitenminimum B_min1 mit dem zweiten Breitenmaximum B_max2 und das erste Breitenmaximum B_max1 mit dem zweiten Breitenminimum B_min2 umfangsseitig axial gegenüber ausgebildet sind.
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Die erste Innenringlaufbahn 76 und die zweite Innenringlaufbahn 80 sind durch einen axial innen angeordneten, kreisförmigen Mittelsteg 114 voneinander getrennt, welcher zwei axiale, kreisförmige Ränder 110, 112 aufweist. Diese Ränder 110, 112 begrenzen die beiden Innenringlaufbahnen 76, 80 axial innen.
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Aufgrund der speziellen Geometrie der beiden Innenringlaufbahnen 76, 80 ist die umfangsseitige Breite B1, B2 der Innenlaufbahnen 76, 80 auch im Fall einer erheblichen Schrägstellung eines Lager- beziehungsweise Drehzapfens einer mittels des Pendelrollenlagers zu lagernden schweren Last in axialer Richtung in jedem Fall so groß, dass die Wälzkörper 84, 85 vollflächig abrollen und axial nicht über eine erste oder zweite Stirnfläche 116, 118 des Innenrings 72 hinausragen, sondern allenfalls bündig mit diesen abschließen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schwere Last
- 12
- Tiegel
- 14
- Stahlkonverter
- 16
- Erster Lagerzapfen
- 18
- Zweiter Lagerzapfen
- 20
- Erstes Pendelrollenlager (Stand der Technik)
- 22
- Zweites Pendelrollenlager (Stand der Technik)
- 26
- Horizontale
- 28
- Symmetrieachse, Hochachse des Stahlkonverters
- 30
- Längsachse des ersten Lagerzapfens 16
- 32
- Längsachse des ersten Lagerzapfens 18
- 42
- Innenring des Pendelrollenlagers 20
- 44
- Außenring des Pendelrollenlagers 20
- 46
- Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe der Pendelrollenlager 20, 22
- 47
- Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe der Pendelrollenlager 20, 22
- 48
- Axialbewegung der Wälzkörper 46
- 50
- Axialbewegung der Wälzkörper 47
- 52
- Hauptlastrichtung
- 54
- Erste Verschleißzone am Außenring des Pendelrollenlagers 20
- 56
- Zweite Verschleißzone am Außenring des Pendelrollenlagers 20
- 58
- Erste Außenringlaufbahn
- 60
- Zweite Außenringlaufbahn
- 62
- Längsmittelachse des Pendelrollenlagers 20
- 64
- Durchgangsbohrung im Außenring 44
- 70
- Pendelrollenlager
- 72
- Innenring des Pendelrollenlagers 70
- 74
- Außenring des Pendelrollenlagers 70
- 75
- Zylindrische Außenmantelfläche des Außenrings 74
- 76
- Erste Innenringlaufbahn des Pendelrollenlagers 70
- 78
- Erste Außenringlaufbahn des Pendelrollenlagers 70
- 80
- Zweite Innenringlaufbahn des Pendelrollenlagers 70
- 82
- Zweite Außenringlaufbahn des Pendelrollenlagers 70
- 84
- Wälzkörper der ersten Wälzkörperreihe 86
- 85
- Wälzkörper der zweiten Wälzkörperreihe 88
- 86
- Erste Wälzkörperreihe
- 88
- Zweite Wälzkörperreihe
- 90
- Innenringbohrung
- 92
- Absatz am Lagerzapfen
- 94
- Durchgangsbohrung im Außenring 74
- 96
- Bohrung, Aufnahme im Gehäuse oder Traggerüst
- 98
- Gehäuse, Traggerüst
- 100
- Innenringlängsachse
- 102
- Außenringlängsachse
- 110
- Erster Rand des Mittelstegs 114
- 112
- Zweiter Rand des Mittelstegs 114
- 114
- Mittelsteg am Innenring 72
- 116
- Erste Stirnfläche des Innenrings 72
- 118
- Zweite Stirnfläche des Innenrings 72
- 120
- Außenmantelfläche des Außenrings 74
- α
- Schrägstellungswinkel der Innenringbohrung
- β
- Winkel, Schrägstellung der Lagerzapfen 16, 18
- B1
- Umfangsseitige Breite erste Innenringlaufbahn
- B2
- Umfangsseitige Breite zweite Innenringlaufbahn
- B_min1
- Erstes Breitenminimum
- B_max1
- Erstes Breitenmaximum
- B_min2
- Zweites Breitenminimum
- B_max2
- Zweites Breitenmaximum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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