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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage, umfassend ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar an einer Planetenradachse gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen, wobei die Planetenräder axial an einer ersten, drehfest gegenüber der Planetendrehachse angeordneten Axiallagerscheibe anlaufen.
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Getriebe für Windkraftanlagen sollen aufgrund ihrer Anordnung an bzw. innerhalb der Gondel der Windkraftanlage einen möglichst kleinen Bauraum und ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Es ist bekannt, Planetengetriebe innerhalb derartiger Windkraftanlagen einzusetzen, da Planetengetriebe bei vorgegebener, zu erreichender Übersetzung zwischen der Eingangswelle des Rotors und der Abtriebswelle des Generators verhältnismäßig klein und auch leicht bauen.
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Es ist in diesem Zusammenhang ferner bekannt, dass Verkippungen der Planetenräder sowie Herstellungstoleranzen und/oder Ungenauigkeiten bei der Fertigung von Planetengetrieben zu einem Axialschub der Planetenräder und deren Lagerungen führen können. Diese Axialkräfte werden in der Regel über die Anlaufscheiben, die auch als Axiallagerscheiben bezeichnet werden, in den Planetenradträger des Planetengetriebes eingeleitet.
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Derartige Anlaufscheiben sind bereits in den unterschiedlichsten Ausführungsvarianten vorbekannt. Sie dienen dem axialen Anlauf des Planetenrades und schützen den in der Regel ungehärteten Planetenradträger sowie das Planetenrad vor Verschleiß. Das Planetenrad läuft dabei mit einer planen Stirnfläche an einer ebenfalls planen Anlauffläche der Axiallagerscheibe an. Das Planetenrad ist hierbei üblicherweise mit einer durchgehenden Bohrung versehen, mit der es mit Hilfe einer Lagerung auf der Planetenradachse drehbar gehalten ist. Diese Lagerung kann beispielsweise durch einen Nadelkranz, einen vollrolligen Nadelsatz oder aber auch durch ein Gleitlager gebildet sein. Je nach Lagerungsart laufen daher an den Anlaufscheiben entweder der Lagerkäfig, die Stirnseiten der Lagernadeln oder das Planetenrad an. Die Anlaufscheiben sind dabei zumeist aus Blech gestanzt, können aber auch als ein spanend bearbeitetes Bauteil ausgeführt sein. Die Oberfläche der Anlaufscheiben wird entweder geschliffen, in Walzqualität belassen oder ist beschichtet. Die Wahl des Werkstoffes der Scheiben und ihrer Oberflächenqualität sowie ihrer Oberflächenhärte ist im Wesentlichen von den vorgefundenen Reibungsverhältnissen abhängig.
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Eine solche Anlaufscheibe für ein Planetengetriebe ist beispielsweise aus der
DE 40 09 968 A1 vorbekannt. Hierbei ist das auf einem Planetenradbolzen über ein Wälzlager drehbar gelagerte Planetenrad beidseitig von je einer Anlaufscheibe begrenzt, die mit ihrer Aufnahmebohrung auf den Planetenradbolzen aufgeschoben ist. Diese Anlaufscheiben sind also zwischen dem schnelldrehenden Planetenrad und dem Planetenradträger angeordnet, wobei letzterer in vielen Fällen aus einem relativ weichen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, gefertigt ist. Um ein Eingraben der Anlaufscheiben in den Planetenradträger zu vermeiden, muss deren Verdrehen bzw. deren Rotation ausgeschlossen werden. In der genannten Vorveröffentlichung wird das derart realisiert, indem die Anlaufscheibe an ihrem Außenumfang mit einer abgewinkelten Halteklaue versehen ist, die in eine zugehörige Ausnehmung des Planetenradträgers eingreift.
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Eine andere Möglichkeit, derartige Axiallagerscheiben verdrehfest gegenüber der Planetenradachse bzw. dem Planetenradträger anzuordnen ist, diese entsprechend mit dem Planetenradträger zu verschrauben. Dies hat jedoch einige wesentliche Nachteile. Zum einen ist in der Regel ein zeitaufwändiges drehmomentgestütztes Anziehen der Schrauben notwendig. Ferner wird üblicherweise eine hohe Anzahl an Schrauben benötigt, um die Axiallagerscheibe gegen ein unerwünschtes Mitdrehen zu sichern.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet und insbesondere kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Planetengetriebe für eine Windkraftanlage, umfassend ein Sonnenrad und mehrere mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger drehbar an einer Planetenradachse gelagerten Planetenrädern, die sich rotatorisch um das Sonnenrad bewegen, sowie ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, in welchem die Planetenräder wälzen, wobei die Planetenräder axial an einer ersten, drehfest gegenüber der Planetendrehachse angeordneten Axiallagerscheibe anlaufen, wobei sich axial aus dem Planetenradträger wenigstens ein erster Sicherungsstift herauserstreckt, der in eine korrespondierende erste Sicherungsaufnahme der ersten Axiallagerscheibe mittels einer Presspassung gehalten ist.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch die Kopplung der Axiallagerscheibe an den Planetenradträger mittels der Sicherungsstifte die Montage deutlich erleichtert werden kann, da z.B. der Schritt der Verschraubung entfällt. Hierdurch lassen sich die Axiallagerscheiben schnell und einfach am Planetenradträger anbringen. Zudem tritt kein Setzen auf, so die Funktion über den Betrieb einfach sichergestellt werden kann. Bevorzugt weisen die Stifte daher kein Gewinde auf und bilden folglich auch keine Schraubverbindung aus, die sich im Betrieb des Planetengetriebes setzen könnte. Außerdem wird der hydrodynamische Druckaufbau durch einen konvergenten Spalt aufgrund der Schiefstellung (Kippen, Schränken) eines Planetenrads durch die sonst üblichen Bohrungen in dem Planetenradträger nicht oder in einem deutlich geringeren Maße behindert.
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Ferner kann durch die Verwendung eines, bevorzugt einer Mehrzahl von Sicherungsstiften, auch die Radialposition der Axiallagerscheibe gegenüber dem Planetenradträger festgelegt sowie gegen ein relatives Verdrehen zueinander gesichert werden. Mittels der Presspassung kann die Axiallagerscheibe auch gegen Axialbewegungen gesichert werden. Der erste Sicherungsstift kann beispielsweise auch einstückig, bevorzugt auch monolithisch, mit dem Planetenradträger ausgebildet sein. Auch ist es möglich, dass der erste Sicherungsstift als separates Bauteil ausgeführt ist, wobei dieser dann axial gesichert in dem Planetenradträger aufgenommen ist. Dies kann beispielsweise mittels einer Presspassung oder aber auch mittels einer Schraubverbindung erfolgen.
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Die Planetenräder können hierbei axial an einer ersten, drehfest gegenüber der Planetendrehachse angeordneten Axiallagerscheibe oder aber axial an einer ersten, drehbar gegenüber der Planetendrehachse angeordneten Axiallagerscheibe anlaufen.
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Die Axiallagerscheibe, ein Planetenrad und/oder der Planetenradträger sind bevorzugt nasslaufend ausgeführt, so dass zwischen den sich im Betrieb bewegenden Bauelementen, wie insbesondere der Axiallagerscheibe und dem Planetenradträger, ein Schmierfilm durch eine Beaufschlagung dieser Bereiche mit einem Schmiermittel, wie beispielsweise einem Schmieröl, ausgebildet ist. Bevorzugt trennt der sich im Betrieb aufbauende Schmierfilm eine Axiallagerscheibe von dem Planetenradträger, so dass diese sich nicht direkt kontaktieren.
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Bevorzugt weist das Planetengetriebe eine zweite Axiallagerscheibe auf, welche geometrisch im Wesentlichen identisch zur ersten Axiallagerscheibe ausgebildet ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die zweite Axiallagerscheibe und die erste Axiallagerscheibe aus dem gleichen Material gefertigt sind. Es ist höchst bevorzugt, dass die erste Axiallagerscheibe und die zweite Axiallagerscheibe gleichteilig ausgebildet sind.
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Die zweite Axiallagerscheibe ist bevorzugt axial an der der ersten Axiallagerscheibe gegenüberliegenden Seite des Planetenrads positioniert, so dass das entsprechende Planetenrad beidseits axial an eine Axiallagerscheibe anlaufen kann.
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In diesem Zusammenhang ist es ferner bevorzugt, dass die Planetenräder auf den Planetenradachsen mittels eines Gleitlagers drehbar angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die Planetenradachsen über wenigstens ein Gleitlager in dem Planetenradträger gelagert sind.
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Es ist bevorzugt, dass Planetenräder aus einem metallischen Werkstoff geformt sind. Ganz besonders bevorzugt sind die Planetenräder als Stirnzahnräder ausgebildet. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Planetenräder gleichteilig ausgebildet sind, wodurch die Anzahl der verwendeten Gleichteile weiter gesteigert und die Herstellkosten weiter gesenkt werden können.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Planetendrehachsen gleichteilig ausgebildet sind, was zu einer weiteren Optimierung der Herstellkosten durch Gleichteilverwendung beiträgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich eine Mehrzahl von Sicherungsstiften axial aus dem Planetenradträger herauserstrecken, wobei nur der erste Sicherungsstift mittels einer Presspassung in der ersten Sicherungsaufnahme der ersten Axiallagerscheibe gehalten ist, während die übrigen Sicherungsstifte spielbehaftet die jeweiligen Sicherungsaufnahmen der ersten Axiallagerscheibe durchgreifen.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass beispielsweise Toleranz- und Passprobleme während der Montage vermeiden werden können. Würden mehrere Sicherungsstifte an der Axiallagerscheibe und dem Planetenradträger fest gepasst, ergäbe sich ein unerwünschtes Toleranzproblem, dass durch die vorteilhafte Ausgestaltungsalternative vermieden werden kann. Daher wird in vorteilhafter Weise vorgesehen, nur einen Sicherungsstift an beiden Teilen, also der Axiallagerscheibe und dem Planetenradträger, fest zu passen und hierüber die axiale Sicherung vorzunehmen. Die übrigen Sicherungsstifte werden bevorzugt dann nur an der Axiallagerscheibe oder dem Planetenradträger fest gepasst, während an dem jeweils anderen Bauteil die Sicherungsaufnahmen spielbehaftet ausgeführt werden. Hierdurch können die auftretenden Toleranzen der Sicherungsstifte und Sicherungsaufnahmen ausglichen werden, was deren Montage entsprechend vereinfacht.
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Auch wird hierdurch die Fertigung der Sicherungsaufnahmen in der Axiallagerscheibe bzw. dem Planetenradträger vereinfacht, da beispielsweise keine eng tolerierten Bohrungen zur Ausbildung der Sicherungsaufnahmen notwendig werden und beispielsweise auf eine kostenintensive Herstellung der Sicherungsaufnahmen mit einer Reibahle verzichtet werden kann.
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Bevorzugt ist eine Sicherungsaufnahme in der Axiallagerscheibe und/oder dem Planetenradträger als Bohrung ausgeführt. Ebenfalls bevorzugt ist ein Sicherungsstift als zylinderförmiger Körper ausgebildet. Auch ist es möglich, dass der Sicherungsstift als Kerbstift ausgebildet ist.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Mehrzahl von Sicherungsstiften zwischen 2-20 beträgt. Diese Mehrzahl an Sicherungsstiften können hierbei mittels einer festen Passung entweder in dem Planetenträger oder in der Axiallagerscheibe gesichert sein.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Sicherungsstift als separates Bauteil ausgebildet ist, welches mittels einer Presspassung in einer korrespondierenden ersten Sicherungsaufnahme des Planetenradträgers aufgenommen ist. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass sich hierdurch eine fertigungs- und montagetechnisch besonders günstige Lösung bereitstellen lässt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Sicherungsstiften als separate Bauteile ausgebildet sind, die mit Ausnahme des ersten Sicherungsstifts spielbehaftet in korrespondierende Sicherungsaufnahmen des Planetenradträgers aufgenommen sind, was durch einen damit verbundenen Toleranzausgleich ebenfalls zu einer vereinfachten Montage und Fertigung beitragen kann. Das Spiel kann sowohl am Planetenträger als auch an der Axiallagerscheibe vorliegen.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass wenigstens eine Sicherungsaufnahme, bevorzugt alle Sicherungsaufnahmen der ersten Axiallagerscheibe und/oder wenigstens eine Sicherungsaufnahme des Planetenradträgers als Sackloch ausgebildet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass keine durchgehenden Bohrungen an der Axiallagerscheibe vorhanden sind, so dass die Gleitfläche durchgängig erhalten bleibt und der hydrodynamische Druckaufbau nicht gestört wird.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Axiallagerscheibe als Kreisring oder Kreisringsegment ausgebildet ist. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass bei der Verwendung einer kreisringsegmentförmigen Axiallagerscheibe entsprechende Materialeinsparungen realisierbar sind.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Axiallagerscheibe mehrteilig, insbesondere aus umlaufend aneinander abfolgenden Kreisringsegmenten gebildet ist. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass keine durchgehende Axiallagerscheibe, sondern eine mehrteilige Axiallagerscheibe realisierbar ist, was ebenfalls zu einer Materialeinsparung beitragen kann. Es versteht sich, dass die Kreisringsegmente bevorzugt durch Sicherungsstifte gegenüber dem Planetenradträger gehalten sind.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Axiallagerscheibe aus einer Bronze, insbesondere aus CuSn12Ni2, geformt ist.
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Hierdurch kann eine Axiallagerscheibe aus einem Gleitlagermaterial mit geringen Reibverlusten bereitgestellt werden.
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Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Axiallagerscheibe eine reibungsreduzierende Beschichtung, insbesondere eine PVD-Beschichtung und/oder Polymerschicht, aufweist. Der Vorteil, der sich hierdurch ergibt, ist insbesondere, dass die Reibung weiter reduzierbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine Windkraftanlage mit einem Planetengetriebe in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Planetengetriebe in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
- 3 eine Querschnittsansicht durch die Planetenradachse,
- 4 eine Detailansicht auf einen Sicherungsstift in einer Axialschnittdarstellung.
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Die 1 zeigt ein mit einer generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine 15 verbundenes Planetengetriebe 1 in einer Windkraftanlage 2.
Eine schematische Darstellung dieses Planetengetriebes 1 ist in der 2 gezeigt. Es umfasst ein Sonnenrad 3 und mehrere mit dem Sonnenrad 3 in Eingriff stehende und in einem Planetenradträger 4 drehbar an einer Planetenradachse 5 gelagerte Planetenräder 6, die sich rotatorisch um das Sonnenrad 3 bewegen. Das Planetengetriebe verfügt ferner über ein koaxial zum Sonnenrad 3 angeordnetes Hohlrad 7, in welchem die Planetenräder 6 wälzen.
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Die Planetenräder 6 laufen axial an einer ersten, drehfest gegenüber der Planetendrehachse 5 angeordneten Axiallagerscheibe 8 an. Ein erster Sicherungsstift 9 erstreckt sich axial aus dem Planetenradträger 4 heraus, wobei dieser in einer korrespondierenden ersten Sicherungsaufnahme 10 der ersten Axiallagerscheibe 8 mittels einer Presspassung gehalten ist.
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Aus der 3 wird ersichtlich, dass sich eine Mehrzahl von Sicherungsstiften 9 axial aus dem Planetenradträger 4 herauserstrecken, wobei nur der erste Sicherungsstift 9 mittels einer Presspassung in der ersten Sicherungsaufnahme 10 der ersten Axiallagerscheibe 8 gehalten ist, während die übrigen Sicherungsstifte 9 spielbehaftet die jeweiligen Sicherungsaufnahmen 10 der ersten Axiallagerscheibe 8 durchgreifen. Der erste Sicherungsstift 9, der mittels einer Presspassung 10 eine axiale Sicherung der Axiallagerscheibe 8 gegenüber dem Planetenradträger 4 bewirkt, ist in der 3 schwarz markiert und in etwas auf zwölf Uhr positioniert.
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In der gezeigten Ausführungsform beträgt die Mehrzahl der Sicherungsstifte 9 drei, die äquidistant über den Umfang auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sind. Die Axiallagerscheibe 8 ist als Kreisring ausgebildet.
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Wie sich aus der Detailansicht der 4 ergibt, ist der erste Sicherungsstift 9 als separates Bauteil in Form eines Kerbstiftes ausgebildet, welches beispielsweise mittels einer Presspassung in einer korrespondierenden ersten Sicherungsaufnahme 11 des Planetenradträgers 4 aufgenommen ist. Auch die anderen beiden Sicherungsstifte 9 aus der Ausführungsform der 3 sind als separate Bauteile ausgebildet, die jedoch mit Ausnahme des ersten Sicherungsstifts 9 spielbehaftet in korrespondierende Sicherungsaufnahmen 11 des Planetenradträgers 4 aufgenommen sind.
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Die Sicherungsaufnahmen 10 der ersten Axiallagerscheibe 8 und die Sicherungsaufnahmen 11 des Planetenradträgers 4 sind in der gezeigten Ausführungsform als Sackloch ausgebildet.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Windkraftanlage
- 3
- Sonnenrad
- 4
- Planetenradträger
- 5
- Planetenradachse
- 6
- Planetenräder
- 7
- Hohlrad
- 8
- Axiallagerscheibe
- 9
- Sicherungsstift
- 10
- Sicherungsaufnahme
- 11
- Sicherungsaufnahme
- 15
- elektrische Maschine
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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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