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Die Erfindung betrifft eine Anlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie umfasst eine betriebstechnische Anlage aus korrosionsanfälligem Material, beispielsweise gewöhnlicher Baustahl, aber auch Edelstahl, der je nach Zusammensetzung korrosionsanfällig sein kann, beispielsweise ein Druckbehälter oder eine Rohrleitung, ebenfalls von einem Schutzmantel umgeben.
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Bei solchen betriebstechnischen Anlagen aus Stahl muss daher mit Korrosion gerechnet werden, die im Verlaufe der Zeit auftritt. Die Zeiträume sind unterschiedlich groß. Je nach den Umgebungsverhältnissen tritt Korrosion nach Jahren auf, aber auch bereits nach wenigen Monaten. Je nach Art des zu fördernden Mediums können die Auswirkungen von Korrosion verheerend sein. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn es sich als Medium um aggressive Stoffe handelt. Aber auch bei nichtaggressiven Stoffen kann ein Unterbrechen des Förderstromes schwerwiegende Folgen haben, beispielsweise in Kraftwerken.
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Die betriebstechnische Anlage, somit z.B. die Rohrleitung, ist von einer Isolierung umgeben, die besonders der Wärmedämmung dient. Die Isolierung wiederrum ist im Allgemeinen von einem Schutzmantel als mechanischer Schutz und als Wetterschutz umgeben.
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Der Schutzmantel ist in vielen Fällen unerlässlich, er dient dem System als mechanischer- und Wetterschutz. Die Isolierung ist besonders wichtig. Sie verhindert entweder ein Abkühlen eines heißen Mediums, oder ein ungewolltes Aufheizen eines Mediums. Die Isolierung sowie der Schutzmantel verhindern einen freien Blick auf die Mantelfläche der betriebstechnischen Anlage, somit im Allgemeinen der Rohrleitung, so dass der Zustand der Oberfläche nicht erkennbar ist.
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Es gibt zahlreiche Systeme zum Erfassen des Zustandes im Bereich der Grenzfläche, besonders des Zustandes der äußeren Oberfläche der Rohrleitung.
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So beschreibt
WO 2017/127829 A1 ein System und Verfahren zum Detektieren von Korrosion unter einer Isolierung. Das System umfasst eine leitfähige Erregereinheit, die um ein Testobjekt angeordnet ist. Eine Energiequelle ist an der Erregereinheit angeschlossen und erzeugt einen Wechselstrom, wodurch ein magnetischer Fluss entsteht. An eine Halterung sind die Erregereinheit und ein magnetischer Sensor angebracht. Der magnetische Sensor erfasst Änderungen eines magnetischen Flusses, wodurch Korrosionsstellen an dem Testobjekt ermittelt werden.
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Auch sind zahlreiche weitere Systeme bekannt. Siehe
WO 2012/031181 A9 ,
WO 2017/198897 A1 ,
WO 2017/129983 A1 ,
US 9 823 179 B2 .
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine betriebstechnische Anlage, z.B. eine petrochemische Anlage, eine Raffinerie, eine Anlage der Lebensmittelindustrie, ein Schiff oder eine Offshore Anlage derart zu gestalten, dass sich der Zustand im Bereich der Grenzfläche mit einfachen Mitteln zuverlässig und leicht erfassen lässt. Dabei ist insbesondere eine Prognosemöglichkeit anzustreben, mit der die Lebensdauer einer solchen betriebstechnischen Anlage vorhergesagt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Demgemäß wird gemäß der Erfindung eine Sensoreinheit vorgesehen, mit der sich der Zustand der aus Stahl bestehenden betriebstechnischen Anlage, z.B. einer Rohrleitung oder eines Druckgefäßes, erfassen lässt.
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Hierzu kann die Isolierung und ggf. der die Isolierung umgebende Schutzmantel, Metall - mit einer Bohrung versehen werden, die sich von außen im Allgemeinen radial nach innen zu der genannten Oberfläche erstreckt. Die Sensoreinheit kann sich unmittelbar an der zu überwachenden Oberfläche befinden, aber auch in einem gewissen radialen Abstand hierzu.
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Im Bereich der Umfangsfläche der betriebstechnischen Anlage, befindet sich eine Sensoreinheit. Diese umfasst einen optischen Sensor, beispielsweise Endoskope, Radarsensoren, Ultraschallsensoren, Sensoren, bei denen die Messwerterfassung nicht nur auf Spektralbereiche des sichtbaren Lichtes beschränkt ist, sondern beispielsweise auch optische Sensoren, die Spektralbereiche des IR- oder UV-Bereiches erfassen. Das erfasste Bild kann sodann an eine außen befindliche Auswerteeinheit weitergleitet, angezeigt und/oder analysiert werden. Das Bild kann gegenüber dem Zustand zum Zeitpunkt des Einbaus der Rohrleitung unverändert sein, oder es kann die ersten Anzeichen einer Korrosion wiedergeben, beispielsweise bestimmte Anlauffarben der Oberfläche des Hohlkörpers oder der Rohrleitung, Unregelmäßigkeiten der Oberfläche, oder gar ein Abblättern. Allgemein ist es möglich, das Bild entsprechend der genannten Unregelmäßigkeiten mit Bilder oder Parametern einer bereits vorhandenen Datenbank zu vergleichen. Damit ist es möglich, eine Aussage über den Grad der Korrosion zu treffen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit nicht nur einen optischen Sensor, sondern wenigstens einen weiteren Sensor. Hierbei kommen Feuchtigkeits- und/oder Temperatursensoren in Betracht. Hiermit lässt sich nicht nur das aktuelle Bild vom Zustand des Hohlkörpers beziehungsweise der Rohrleitung erfassen, sondern auch Parameter, die in mehr oder minderem Maße verantwortlich sind für die weitere Entwicklung einer Korrosion, und die auf Erfahrungen der Vergangenheit beruhen. So kann beispielsweise der aktuelle Zustand gemäß dem optisch erlangten Bild gut sein und für sich alleine keine Anzeichen einer nahenden Korrosion darstellen. In Verbindung mit der Messung eines Feuchte oder eines Temperatursensors, oder mit diesen beiden kann jedoch anhand von Ergebnissen der Vergangenheit die Schlussfolgerung gezogen werden, so dass eine Korrosion durch ein mathematisches Modell vorhergesagt werden kann. Man wird somit anhand einer Datenbank Prognosen stellen können, die in hohem Maße zuverlässig sind. Zudem gibt der Messwert des Feuchtesensors einen Indikator, wann mit einer erhöhten Korrosionsgefahr der betriebstechnischen Anlage zu rechnen ist. Ist dieser Messwert über einen Zeitraum auffällig, das heißt außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches, so ist dadurch eine entsprechende Kontrolle des jeweiligen Messabschnittes gegeben.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage sieht somit vor, die Ergebnisse eines optischen Sensors sowie eines Feuchtesensors und/oder eines Thermometers gemeinsam zu erfassen und einem Analysegerät zuzuleiten, womit anhand der Daten einer bereits existierenden Datenbank Prognosen bezüglich der künftigen Entwicklung von Korrosion aufgestellt werden können.
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Denkbar ist, dass die Sensoreinheit dauerhaft an kritischen Stellen der Anlage, z.B. der Rohrleitung angebracht wird.
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Kritische Stellen der Anlage können beispielsweise Verbindungsabschnitte mehrerer Hohlköper, Schweißnähte oder Biegungen des Hohlkörpers sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird nicht nur ein optischer Sensor, sondern auch ein Feuchtesensor verwendet. Dabei wird eine Mehrzahl von optischen Sensoren und Feuchtesensoren in einer Art Gitternetz angeordnet, und zwar im Bereich der Mantelfläche der Rohrleitung. Dabei gilt es, den visuellen Zustand der Mantelfläche der Rohrleitung zu erfassen, und zugleich die Feuchte im Bereich der Mantelfläche.
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Im Allgemeinen ist es schwieriger, aus lokalen, einzeln überwachten Punkten der betriebstechnischen Anlage, ein defekt oder eine ungewünschte Veränderung zu ermitteln. Die Anordnung in einem Gitternetz ist daher vorteilhaft, weil eine Gruppe von Einzelergebnissen der einzelnen Sensoren - optische Sensoren und Feuchtesensoren - geliefert wird. Aus der Vielzahl lassen sich Mittelwerte bilden, aber auch direkte Punkte überwachen.
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Daher wird man mehrere solcher Sensoreinheiten entlang einer Rohrleitung vorsehen, da der Zustand der Rohrleitung auf ihrer Länge variieren kann. So sind beispielsweise die Bereiche von Krümmern oder Rohrverzweigungen besonders gefährdet für Korrosion. Zwischen zwei einander benachbarten Stellen können mehrere Meter liegen.
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Eine Datenübertragung der Ergebnisse von der einzelnen Sensoreinheit zu einer Analyseeinrichtung kann kabelgebunden, oder kabellos mittels einer Funkverbindung erfolgen. An die Anlage angebrachte Sensoreinheiten können bidirektional angesteuert werden, wodurch sich beispielsweise vorgegebene Intervalle oder einzelnen Zeitpunkte zur Messwertaufnahme ergeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Auswertung von Messergebnis umfasst mehrere Schritte:
- Zu Beginn einer Messung wird der Zustand der Mantelfläche einer Rohrleitung mittels einer Sensoreinheit erfasst. Die Sensoreinheit weist einen oder mehrere optische Sensoren auf, sowie zugleich einen oder mehrere Feuchtesensoren und Temperatursensoren
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Es wird die Feuchte mittels eines oder mehrerer Feuchtesensoren gemessen.
- - Der vom optischen Sensor erfasste visuelle Zustand und die vom Feuchtesensor erfasste Feuchte, sowie die Temperaturwerden einer Analyseeinrichtung übermittelt. Die Übermittlung kann dabei kabelgebunden oder drahtlos erfolgen.
- - Die Analyseeinrichtung umfasst eine Datenbank mit bereits bekannten Zuständen in Form von Referenzwerten und Parametern in Form von Diagrammen „Zustand über dem Zeitablauf“
- - Die erfassten Zustände werden mit den bereits bekannten Zuständen und Referenzwerten, sowie den jeweiligen Parametern verglichen.
- - Auf Basis dieser Vergleiche wird eine Prognose berechnet.
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Anhand der Prognose wird ein zukünftiger Zustandsverlauf der Stahloberfläche dargestellt. Dadurch können rechtzeitig entsprechende Bauteile instandgesetzt werden. Hiermit wird die Betriebssicherheit der thermischen Anlage sichergestellt.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
- 1 eine thermische Anlage mit Rohrleitungen;
- 2 eine Rohrleitung mit Schutzmantel;
- 3 ein optischer Sensor zur Erfassung eines Zustandes der Oberfläche;
- 4 Feuchtsensoren in einer Anordnung als Gitternetz;
- 5 anwendungsorientierte Verwendung der erfindungsgemäßen Messeinheit zur Zustandsbewertung.
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In 1 ist eine thermische Anlage 1 zur Gasverflüssigung ersichtlich (zum Beispiel Erdgas), bei der das Flüssiggas auf Temperaturen von -163°C gekühlt wird und innerhalb einer Vielzahl von Rohrleitungen 2.1 transportiert wird. Eine Sensorik, bestehend aus Feuchtesensor 4 und optischen Sensor 3.1, ist in definierten Abständen an verschiedenen Abschnitten der Rohrleitungen 2.1 angebracht.
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In 2 ist ein schematischer Aufbau einer Förderanlage 2 ersichtlich. Die Förderanlage 2 umfasst eine Rohrleitung 2.1 mit einer Mantelfläche 2.2 sowie einen die Rohrleitung umgebenden Schutzmantel 2.4. Die Rohrleitung 2.1 besteht aus Metall. Das Metall kann Eisen in jeglicher Form sein, aber auch Edelstahl oder Grauguss. Die Rohrleitung 2.1 ist umschlossen von einem isolierenden Schutzmantel 2.4. Schutzmantel 2.4 hat dabei die Aufgabe, thermische Verluste des in der Rohrleitung 2.1 geführten Mediums zu minimieren.
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Das Aufspüren von Korrosion ist somit von fundamentaler Bedeutung. Von besonderer Bedeutung ist das Aufspüren einer künftigen Korrosionsgefahr, am besten das Stellen einer Prognose für jenen Zeitpunkt, zu welchem Korrosion bevorsteht oder in kritischem Maße beginnt. Bleiben solche Vorgänge unbemerkt, so schreitet die Korrosion fort und kann damit zur Zerstörung der Rohrleitung dienen, aber auch des Schutzmantels 2.6.
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In 3 ist ein optischer Sensor 3.1 zur Erfassung des Zustandes der Mantelfläche 2.2 der Rohrleitung 2.1 aber auch der inneren Umfangsfläche des Schutzmantels 2.6 ersichtlich. Der optische Sensor 3.1 umfasst eine Kamera, die Bilddaten eines Erfassungsbereiches erzeugt. Anstatt der Kamera ist auch eine Verwendung beispielsweise eines Radar-, Röntgen oder Ultraschallsensors vorstellbar. Des Weiteren ist eine Beleuchtungseinrichtung 3.2 ringförmig um die Kamera angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 3.2 umfasst eine Mehrzahl an Leuchtkörper, wobei diese jedoch auch als einzelner Leuchtkörper ausgeprägt sein kann. Mittels dieser Anordnung wird eine perfekte Ausleuchtung des Aufnahmebereichs erzielt, wodurch eine Oberflächen- und Farbstruktur der Messstelle bewertbar ist.
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Zusätzlich ist eine Abstandseinrichtung (nicht dargestellt) vorstellbar, mit deren Hilfe ein definierter Abstand zwischen Sensor 3.1 und Mantelfläche 2.2 der Rohrleitung 2.1 bei einer Messwertaufnahme erreicht wird. Dies kann hilfreich sein, wenn die Messwertaufnahme standardisiert werden soll.
Der optische Sensor 3.1 kann die erfassten Messwerte mittels einer Funk-Schnittstelle 3.3 beispielsweise zu einem Backendserver 6 oder einer Analyseeinrichtung 5 in Echtzeit senden.
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In 4 ist eine Mehrzahl an Feuchtesensoren 4 in einer Anordnung als Gitternetz 4.1 dargestellt. Die Feuchtesensoren 4 erfassen eine Luftfeuchte, ggf. flüssiges Wasser. Die Feuchtesensoren 4 sind untereinander mit einem definierten Abstand X getrennt. Der Abstand X ist so gewählt, dass der Messbereich optimal mit einer möglichst geringen Anzahl an Feuchtesensoren 4 erfasst wird. Als Gitternetz 4.1 kann dabei ein Textil-, Kunststoff- oder Metallnetz dienen. Eine Anordnung der Feuchtesensoren als ein Gitternetz 4.1 hat den Vorteil, dass die Feuchtesensoren 4 flächendeckend und zeitsparend an Messobjekt - hier die Anlage 2 - angebracht werden können. Ebenso können die Gitternetze 4.1 mit weiteren benötigten Komponenten vorkonfektioniert werden, womit wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Die weiteren Komponenten können dabei beispielsweise Transponder sein, welche die Messdaten an die Analyseeinrichtung 5 oder ein Speichermedium senden.
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In 5 ist eine Anordnung von mehreren Sensoren 3.1, 4, der Analyseeinrichtung 5 und einem Backendserver 6 ersichtlich. Die Sensoren 3.1, 4 sowie die Analyseeinrichtung 5 sind dabei mit dem Backendserver 6 derart verbunden, dass Daten zu oder von dem Backendserver 6 gesendet oder empfangen werden können. Dies geschieht in diesem Beispiel bei einer Kommunikation von den beiden Sensoren 3.1, 4 zu dem Backendserver 6 drahtlos und bei einer Kommunikation der Analyseeinrichtung 5 zu dem Backendserver 6 kabelgebunden.
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Damit werden die erfassten Messwerte der Feuchtesensoren 4 und des optischen Sensors 3.1 in Echtzeit zu dem Backendserver 6 gesendet. Dort erfolgt eine Speicherung der Messwerte in einer Datenbank 6.1, wobei zu den Messwerten weitere Parameter 5.2, wie beispielsweise der genaue Messort, die Art des Fluides in der Rohrleitung 2.1 am Messort, eine Materialzusammensetzung der Rohrleitung 2.1 und ein Alter der Rohrleitung 2.1 gespeichert werden.
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Mit einer Kombination aus optischen Sensor 3.1 und Feuchtesensor 4 werden die wesentlichen Messwerte erfasst, welche aussagekräftig für eine Bewertung und Prognose 5.3 der Korrosionen 2.5 an der Rohrleitung 2.1 sind. Der optische Sensor 3.1 gibt den Ist-Zustand der Mantelfläche 2.2 wieder, der Feuchtesensor 4 gibt an unterer welcher Luftfeuchte diese Oxidation stattgefunden hat.
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Mittels der Analyseeinrichtung 5 erfolgt ein Vergleich der Messwerte mit bereits in der Datenbank 6.1 vorhandenen Referenzwerten 5.1 und Parameter 5.2. Diese können beispielsweise Bilddaten einer Mantelfläche 2.2 einer oxidierten Rohrleitung 2.1, dessen Oxidationsverlauf mit weiteren Umgebungsparametern, welche über eine zeitliche Periode dokumentiert wurden, beinhalten. Dieser Oxidationsverlauf ist dabei für alle gebräuchlichen Rohrarten - in Verbindung mit den jeweiligen Oxidationsstadien - vorhanden.
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Somit kann eine Prognose 5.3 über den Oxidationsverlauf einer Rohrleitung 2.1 erstellt werden. Der Anlagenbetreiber erhält dadurch die Möglichkeit, rechtzeitig entsprechende Maßnahmen einzuleiten, um einen Kollaps befallener Rohrleitungen 2.1 zu verhindern.
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In 6 ist eine betriebstechnische Anlage 2 mit der erfindungsgemäßen Messeinheit 7 dargestellt. Die Messeinheit 7 misst Wasser oder Feuchtigkeit zwischen dem Schutzmantel 2.6 und der Oberfläche 2.1. Der Leiter 7.1 ist mit einem Ende an einer Spannungsquelle 7.2 angeschlossen. Mit einem anderen Ende mündet dieser in wenigstens einem U-förmigen Leiterabschnitt. Der Leiterabschnitt weist zwei Schenkel 7.4 auf, wobei bei kritischer Luftfeuchtigkeit ein Stromverlauf zwischen diesen Schenkeln 7.4 messbar ist. Zusätzlich weist die Messeinheit 7 eine Alarmeinrichtung 7.3 auf, die einen Status der betriebstechnischen Anlage 2 signalisiert. Die Alarmeinrichtung 7.3 kann ihr Signal beispielsweise auch an einer Datenverarbeitungseinrichtung wiedergeben.
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Die U-förmigen Leiter mit den Schenkeln 7.4 sind in dem Schutzmantel 2.6 fest verbaut. Die betriebstechnische Anlage 2 weist alle 15 Meter einen U-förmigen Leiter auf, der die Feuchte misst.
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In 7 ist eine Vorderansicht des U-förmigen Leiters mit den beiden Schenkeln 7.4 ersichtlich. Der Leiter ist teilweise Isoliert und somit gegen Fehlmessungen und Kurzschlüsse geschützt. Außerdem berührt dieser die Oberfläche 2.2 der Rohrleitung 2.1 nicht. Der Leiter 7.1 bildet einen Stromkreis und verläuft wenigstens auf einem Teil seiner Länge außerhalb der Rohrleitung 2.1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- thermische Anlage
- 2
- betriebstechnische Anlage
- 2.1
- Rohrleitung
- 2.2
- Oberfläche
- 2.3
- Grenzschicht
- 2.4
- Isolierung
- 2.5
- Korrosionen
- 2.6
- Schutzmantel
- 3
- Erfassungsvorrichtung
- 3.1
- optischer Sensor
- 3.2
- Beleuchtungseinrichtung
- 3.3
- Schnittstelle
- 4
- Feuchtesensor
- 4.1
- Gitternetz
- 5
- Analyseeinrichtung
- 5.1
- Referenzwerte
- 5.2
- Parameter
- 5.3
- Prognose
- 6
- Backendserver
- 6.1
- Datenbank
- 7
- Messeinheit
- 7.1
- Leiter
- 7.2
- Spannungsquelle
- 7.3
- Alarmeinrichtung
- 7.4
- Schenkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/127829 A1 [0006]
- WO 2012/031181 A9 [0007]
- WO 2017/198897 A1 [0007]
- WO 2017/129983 A1 [0007]
- US 9823179 B2 [0007]
