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Die
Erfindung betrifft ein Filterelement mit einer Durchströmungszone
für ein Fluid, wobei das Filterelement ein Filtermaterial
aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Filtereinrichtung
mit einem solchen Filterelement und einer UV-Strahlungsquelle. Außerdem
betrifft die Erfindung eine Atemschutzmaske mit einer solchen Filtereinrichtung.
Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Atemschutzset,
das eine Atemschutzmaske und eine UV-Basisstation aufweist.
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Filterelemente
der eingangs genannten Art sind aus praktisch jedem Gebiet der Technik
bekannt. Solche Filter werden im Allgemeinen zur Reinigung von Fluiden,
bspw. von Luft, verwendet. Die Luft durchströmt dabei die
Durchströmungszone vom Eintritt bis zum Austritt des Filters.
Solch ein Filter weist im Allgemeinen eine vorher festgelegte bzw. gewünschte
Durchlasscharakteristik auf. Abhängig von dieser Durchlasscharakteristik
hält der Filter Verunreinigungen des durchströmenden
Fluids zurück, welche eine vorbestimmte Größe überschreiten
oder spezielle elektrostatische Eigenschaften aufweisen.
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Die
genannten Verunreinigungen können Schmutzteilchen oder
dgl. Fremdkörper aufweisen. Diese Fremdkörper
sollen in dem Filter zurückgehalten werden, so dass am
Auslass des Filters ein von bestimmten Inhaltsstoffen befreites
Fluid erhalten werden kann. In manchen Anwendungsfällen
soll der Filter dabei auch Mikroorganismen zurückgehalten, insbesondere
bakterielle Zellaglomerate, die an Staub oder Wassertröpfchen
anhaften, aber auch Sporen, einzelne Bakterien, Viren und dergleichen.
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Solch
eine Reinigungswirkung wird insbesondere bei Filtern erwartet, die
zur Reinigung von Atemluft ausgelegt sind, bspw. in Atemschutzmasken.
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In
der Praxis ist allerdings festgestellt worden, dass die Reinigungswirkung
von Filterelementen, die ein herkömmliches Filtermaterial
aufweisen, insbesondere in Bezug auf den Schutz vor Mikroorganismen
begrenzt ist. Bspw. können sich Mikroorganismen in dem
Filtermaterial ansiedeln und sogar Kulturen bilden, die die ausströmende
Luft erneut kontaminieren können. Auf der Oberfläche
des Filtermaterials kann es zur Entstehung eines sog. Biofilms kommen.
Im ungünstigsten Fall kommt es schlussendlich zu einem
sog. „Durchbruch" der Mikroorganismen durch das Filterelement.
Des Weiteren können solche Filter bei diskontinuierlicher
Belastung nach einem besonders großen Belastungsschub über
längere Zeit Mikroorganismen abgeben. Die vorgenannten
Phänomene können dazu führen, dass die
den Auslass des Filters verlassende Luft sogar stärker
belastet ist als die zuströmende, zu reinigende Luft.
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Im
Allgemeinen ist bei Filterelementen mit einem konventionellen Filtermaterial
eine befriedigende Abscheideleistung für Mikroorganismen
nur erreichbar, indem die Porengröße, d. h. der
Durchmesser der Strömungspfade für das zu reinigende
Fluid, auf einen sehr geringen Wert (im Allgemeinen kleiner als
1 μm) reduziert wird. Bei einem solch geringen Porendurchmesser
sinkt die Durchflussleistung des Filterelements jedoch rapide ab,
was durch einen sehr großen Druckunterschied zwischen Ein-
und Auslass ausgeglichen werden muss.
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Des
Weiteren besteht bei der manuellen Wartung von mit Mikroorganismen
belasteten Filtern aus herkömmlichem Filtermaterial eine
erhöhte Infektionsgefahr für das Wartungspersonal
sowie die gesamte Umgebung, was insbesondere im Gesundheitswesen
höchst unerwünscht ist.
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Aus
der
DE 197 16 277
A1 ist ein Filterelement bekannt, welches ein Filtermaterial
aufweist, das für UV-Strahlung in einem begrenzten Wellenlängenbereich
durchlässig oder leitfähig ist. Dabei lassen sich
im Filtermaterial befindliche Mikroorganismen durch das Beaufschlagen
mit UV-Strahlung abtöten.
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Beim
gattungsbildenden Filterelement ist nachteilig, dass es für
einen Großteil des Wellenlängenspektrums des eingestrahlten
Lichts nicht durchlässig ist. Dadurch ist eine optimale
antimikrobielle Behandlung des Filtermaterials behindert. Andererseits
ist nachteilig, dass die beaufschlagte UV-Strahlung beim gattungsbildenden
Filterelement nicht bis in die Innenbereiche des Filtermaterials
gelangt. Daher muss beim gattungsgemäßen Filterelement
eine UV-Strahlungsquelle entweder innerhalb des Filtermaterials
positioniert werden, oder es muss sich um ein Filterelement geringer
Größe handeln, so dass eingestrahltes UV-Licht
in alle Bereiche des Filterelements vordringen kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement
der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden,
dass eine ver einfachte und verbesserte antimikrobielle Behandlung
des Filtermaterials sowie eine verbesserte Abscheideleistung des
Filterelements für Mikroorganismen während der
Beaufschlagung mit UV-Strahlung erreicht ist. Des Weiteren liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung,
eine Atemschutzmaske sowie ein Atemschutzset mit einem solchen Filterelement
anzugeben.
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Die
vorgenannte Aufgabe ist in Bezug auf ein Filterelement mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist ein gattungsgemäßes Filterelement
dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial für UV-Strahlung
mit einer Wellenlänge von ca. 450 nm oder weniger durchlässig
und/oder leitfähig ist.
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Erfindungsgemäß ist
zunächst erkannt worden, dass UV-Strahlung mit einer Wellenlänge
von ca. 450 nm oder weniger einen besonders vorteilhaften Effekt
bei der Behandlung von mikrobiellen Verunreinigungen bereitstellt.
Demzufolge weist das erfindungsgemäße Filterelement
ein Filtermaterial auf, das für Strahlung in diesem Wellenlängenbereich durchlässig
und/oder leitfähig ist.
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Des
Weiteren ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass
eine Kombination von Durchlässigkeit und Leitfähigkeit
des Filtermaterials für eingestrahltes UV-Licht es erlaubt,
eine UV-Strahlungsquelle außerhalb des Filterelements zu
positionieren. Bei dem erfindungsgemäßen Filterelement
ist es trotzdem möglich, jeden Punkt des Filtermaterials
mit eingestrahltem UV-Licht zu erreichen. Nahe an der UV-Strahlungsquelle
angeordnete Bereiche des Filtermaterials werden erreicht, da das
Filtermaterial für UV-Strahlung durchlässig ist.
Weiter beabstandete Bereiche des Filtermaterials werden jedoch ebenfalls erreicht,
da das Filtermaterial gleichzeitig lichtleitende Eigenschaften aufweist,
wodurch die UV-Strahlung an der Oberfläche des Filtermaterials
eindringen kann und durch das Material zu abgeschatteten Bereichen
des Filterelements geleitet wird.
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Die
erfindungsgemäße Kombination von Strahlungsdurchlässigkeit
und Strahlungsleitfähigkeit stellt dabei eine Abkehr vom
gattungsbildenden Stand der Technik dar, der lediglich jeweils eine Durchlässigkeit
oder Leitfähigkeit vorsieht.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Filterelement können
auch großvolumige bzw. großflächige Filtermaterialien
mit einer außerhalb des Filterelements positionierten UV- Strahlungsquelle
einfach und sicher antimikrobiell behandelt werden. Somit ist auch eine
verbesserte Abscheideleistung des Filterelements für Mikroorganismen
während der Beaufschlagung mit UV-Strahlung erreicht.
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In
einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Filtermaterial
für UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von ca.
380 nm bis ca. 420 nm, insbesondere für UV-Strahlung mit
einer Wellenlänge von ca. 400 nm bis ca. 420 nm, durchlässig
und/oder leitfähig. In diesen Wellenlängenbereichen
ist eine besonders wirksame antimikrobielle Wirkung der UV-Strahlung
festgestellt worden.
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In
einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens beträgt der
Porendurchmesser innerhalb der Durchströmungszone ca. 1 μm
bis ca. 10 μm, und beträgt in besonders bevorzugter
Weise ca. 1 μm bis ca. 2 μm. Wie bereits erwähnt,
muss ein konventioneller Filter, der zur Abscheidung von Mikroorganismen, insbesondere
von Viren geeignet ist, einen Porendurchmesser von ca. 1 μm
oder weniger aufweisen. Der Porendurchmesser innerhalb der Durchströmungszone
gibt dabei den Durchmesser des Strömungspfads für
das zu filternde Fluid an. Mit dem erfindungsgemäßen
Filterelement ist es nun möglich, diesen Durchmesser deutlich
zu vergrößern, wodurch die Durchflussleistung
ansteigt und der Druckverlust über den Filter gesehen deutlich
sinkt. Dabei weist das Filtermaterial bevorzugt eine definierte
Porengröße auf, wobei die Größe
der Poren im Vergleich zu benachbarten Poren nur wenig schwankt. Beim
erfindungsgemäßen Filterelement ist neben der konventionellen
mechanischen Filterwirkung die antimikrobielle Behandlung durch
UV-Strahlung ermöglicht. Das durch den Filter strömende
Fluid tritt wie bei einem herkömmlichen Filter durch die
Poren der Strömungszone. Größere Partikel
werden dabei mechanisch zurückgehalten. Kleinere Mikroorganismen können
zwar theoretisch durch den Filter hindurchtreten, werden aber während
des Durchtritts durch das eindringende UV-Licht abgetötet.
Dasselbe gilt für die mechanisch zurückgehaltenen
größeren Mikroorganismen. Mit anderen Worten werden
Mikroorganismen jeder beliebigen Größe inaktiviert,
selbst wenn der kleinste Porendurchmesser der Durchströmungszone
des Filterelements größer ist als der Durchmesser
des kleinsten Mikroorganismus, der sich im zu behandelnden Fluid
findet.
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In
besonders bevorzugter Weise weist das Filtermaterial lichtleitende
Eigenschaften auf. Dies bedeutet, dass innerhalb des Filtermaterials
Leitungspfade für das einge strahlte Licht ausgebildet sind,
bspw. durch im Filtermaterial angeordnete Lichtleiter oder dadurch,
dass das Filtermaterial lichtleitende Teilchen aufweist. Dabei kann
es sich insbesondere um langgestreckte Elemente, bspw. Fasern handeln.
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Vorzugsweise
weist das Filtermaterial ein Polymer oder eine Polymermischung auf.
Solch ein Material lässt sich leicht herstellen und handhaben. Die
Poren der Durchströmungszone bzw. die Strömungspfade
für das Fluid können durch Schäumen des
Polymers gebildet werden. Alternativ kann ein poröses Polymer
verwendet werden. Bei den genannten Materialien lässt sich
der Porendurchmesser im Allgemeinen gut einstellen und weist über
das gesamte Filtermaterial gesehen nur geringe Schwankungen auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Filtermaterial
Fasern auf. Dabei kann es sich um Polymerfasern handeln. Des Weiteren
kann das Filtermaterial aus einem Polymer bestehen, in dem Fasern
dispergiert sind. Die Fasern weisen dabei in bevorzugter Weise lichtleitende
Eigenschaften auf. Die Fasern können untereinander eine
Vielzahl von Berührungsstellen bilden. Eingestrahltes UV-Licht
kann dann an den Berührungsflächen zwischen einzelnen Fasern
von einer Faser zur nächsten übertreten, da die
Fasern die UV-Strahlung weiterleiten. An den Berührungsstellen
findet der direkte Übergang der UV-Strahlung von einer
Faser zur nächsten statt. Dadurch kann die UV-Strahlung
auch in Bereiche gelangen, die eine größere Entfernung
von der Oberfläche des Filterelements aufweisen. Die UV-Strahlung kann
an der Oberfläche des erfindungsgemäßen
Filterelements in die Fasern „eingekoppelt" werden, bspw.
indem eine UV-Strahlungsquelle benachbart zum Filterelement positioniert
wird. Im Ergebnis kann die zur Verfügung stehende Filterquerschnittsfläche groß gewählt
werden, ohne dass zu befürchten ist, dass die Inaktivierungswirkung
der Filtereinrichtung in einer größeren Entfernung
von der UV-Strahlungsquelle unter einen Mindestwert abfällt.
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In
Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform werden als Lichtleiter
Fasern mit einem Durchmesser von ca. 0,5 μm bis ca. 500 μm
bevorzugt. Solche Fasern eignen sich besonders dazu, das Filtermaterial
für das erfindungsgemäße Filterelement
zu bilden. Die Poren für das durchströmende Fluid
bilden sich dabei zwischen den eng aneinander liegenden Fasern aus.
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Im
Allgemeinen wird eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt,
bei der das Filtermaterial ein Nonwoven-Material, insbesondere ein
Vlies, aufweist. Ein solches Nonwoven-Material ist ganz besonders
dazu geeignet, gleichzeitig eine Durchlässigkeit von eingestrahltem
UV-Licht und auch eine gewisse Lichtleitfähigkeit bereitzustellen.
Dabei wird in bevorzugter Weise ein Nonwoven-Material verwendet,
das die vorgenannten Fasern aufweist. Demgemäß kann
emittiertes Licht einer benachbarten UV-Strahlungsquelle in die
lichtdurchlässige Struktur des Nonwoven-Materials eindringen,
wodurch der UV-Strahlungsquelle benachbarte Bereiche des Filtermaterials
antimikrobiell behandelbar sind. Andererseits kann innerhalb des
Nonwoven-Materials eine Weiterleitung der UV-Strahlung an entfernte,
eigentlich im Schatten der UV-Strahlungsquelle liegende Bereiche
stattfinden.
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In
einer ganz besonders bevorzugten Weiterbildung weist das erfindungsgemäße
Filtermaterial ein Halbleitermaterial, insbesondere ein Fotohalbleitermaterial,
auf. Neben der mechanischen Filterwirkung des Filtermaterials und
einer ggf. vorhandenen direkten Einstrahlung von UV-Licht bewirkt
das Halbleitermaterial eine weitere Inaktivierung von Mikroorganismen.
Durch auftreffende UV-Strahlung wird das Halbleitermaterial angeregt,
also fotoaktiviert. Fotoaktivierung bedeutet hier, dass durch die
Lichtabsorption im Halbleitermaterial Elektronen vom Valenzband
in das Leitungsband angehoben werden. Hierdurch entsteht ein Redoxpotential,
das über die Bildung von Radikalen zur Abtötung
von Mikroorganismen bzw. zu der Behinderung ihrer Vermehrung führt.
Der Halbleiter verändert sich hierbei in chemischer Hinsicht
nicht, wirkt dementsprechend als Katalysator. Zusätzlich
oder alternativ zur Inaktivierung der Mikroorganismen lassen sich
ebenfalls unerwünschte oxidierbare Inhaltsstoffe des zu
reinigenden Fluids abbauen, wie bspw. Nikotin, Lösungsmittel,
Formaldehyd und dergleichen.
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Der
Anteil des Halbleitermaterials an dem Filtermaterial kann ca. 0,5
Gew.-% bis ca. 2 Gew.-% betragen, und kann insbesondere ca. 1 Gew.-%
betragen. Demzufolge kann das Halbleitermaterial bereits bei geringer
Konzentration eine vorteilhafte Wirkung entfalten.
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Das
Halbleitermaterial kann auf der Oberfläche des Filtermaterials
verteilt sein und/oder in Filtermaterial dispergiert sein. Mit anderen
Worten ist es möglich, dass einsatzfähige Filtermaterial
nachträglich mit dem Halbleitermaterial zu behandeln, so
dass sich die Halbleitermoleküle an der Oberfläche
von Fasern des Filtermaterials ablagern. Dabei können speziell
die Strömungspfade bzw. Poren für das Fluid behandelt
werden, wodurch eine sparsame Verwendung von Halbleitermaterial
möglich ist. Des Weiteren tritt so eine geringstmögliche
Beeinflussung der Durchlässigkeit und der Leitfähigkeit
des Filtermaterials in Bezug auf eingestrahltes UV-Licht ein. Alternativ
kann das Halbleitermaterial bereits während der Herstellung
des Filtermaterials in diesem dispergiert werden. Dementsprechend
findet sich das Halbleitermaterial sowohl in als auch auf den Partikeln,
die das Filtermaterial bilden. Bei diesen Partikeln handelt es sich
insbesondere um Polymerfasern. Demzufolge kann das Halbleitermaterial
bereits vor einem Spritzgussvorgang zugegeben werden, so dass von
Anfang an Halbleitermaterial enthaltende Polymerfasern hergestellt
werden. Im Allgemeinen ist es ausreichend, wenn das Halbleitermaterial
in einer dünnen Schicht vorhanden ist, deren Stärke
wenige Moleküle betragen kann. Auch kann es ausreichend sein,
das Halbleitermaterial nur in bestimmten Bereichen des Filtermaterials
anzubringen, solange sichergestellt ist, dass sämtliche
Anteile des zu reinigenden Fluids beim Durchtritt durch das Filterelement
mit dem Halbleitermaterial in Berührung kommen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist das Halbleitermaterial
Titandioxid auf. Titandioxid ist thermisch stabil und chemisch äußerst
inert. Es ist außerdem lichtbeständig, preiswert
und völlig ungiftig und ist daher besonders zum Einsatz
in Filtern für Atemluft geeignet. Die Wirkung von Titandioxid
als Fotohalbleitermaterial kann durch ein Oxidationsmittel wie bspw.
Wasserstoffperoxid noch erheblich verstärkt werden.
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In
Bezug auf die vorgenannte Ausführungsform wird eine Weiterbildung
bevorzugt, bei der der Anteil der Modifikation Anatas an dem Titandioxid
ca. 75 Gew.-% bis ca. 95 Gew.-%, insbesondere ca. 85 Gew.-%, beträgt.
Titandioxid tritt in der Natur in drei Modifikationen auf. Die am
häufigsten vorkommenden Modifikationen sind dabei Anatas
und Rutil. Es ist festgestellt worden, dass Titandioxid mit dem
oben genannten Anteil an Anatas überraschend gute Ergebnisse
bei der wie vorgenannt beschriebenen antimikrobiellen Behandlung
mit Hilfe von UV-Strahlung bereitstellt. Dementsprechend enthält
das Halbleitermaterial einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ca. 85 Gew.-% Anatas und ca. 15 Gew.-% Rutil. Dabei kann die genaue
Zusammensetzung jedoch variieren, so dass eine besonders wirksame Formulierung
auch einen geringen Anteil der dritten Modifikation Brookit enthalten
kann.
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In
Bezug auf eine Filtereinrichtung ist die oben aufgezeigte Aufgabe
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Danach
weist eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung
ein erfindungsgemäßes Filterelement und eine UV-Strahlungsquelle
auf, wobei die UV-Strahlungsquelle so angeordnet ist, dass das Filterelement
mit UV-Strahlung beaufschlagbar ist. Mit der erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung wird eine gebrauchsfertige Einrichtung angegeben,
in der ein erfindungsgemäßes Filterelement mit
der vorgesehenen UV-Strahlungsquelle antimikrobiell behandelbar
ist. Des Weiteren können durchströmende Fluide
antimikrobiell behandelt werden. Dabei kann es sich sowohl um Gase
als auch um Flüssigkeiten handeln.
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In
einer ersten Ausführungsform emittiert die UV-Strahlungsquelle
UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von ca. 253 nm bis ca.
450 nm, und emittiert insbesondere UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von
ca. 380 nm bis ca. 420 nm. Dabei ist der erstgenannte, größere
Bereich dahingehend vorteilhaft, dass die Inaktivierungswirkung
verstärkt ist. Es ist festgestellt worden, dass der Wellenlängenbereich um
254 nm eine eigene biozide Wirkung entfaltet und so zusätzlich
zu den längeren Wellen Keime inaktivieren kann. Zur Realisierung
dieses Wellenlängenspektrums können auch mehrere
UV-Strahlungsquellen verwendet werden. Der genannte engere Wellenlängenbereich
ist im Hinblick auf eine besonders definierte Inaktivierungswirkung
sowie im Hinblick auf einen definierten Durchtritt des Lichts und eine
definierte Lichtleitung innerhalb des Filtermaterials bevorzugt.
Dieser Bereich entspricht dabei in etwa demjenigen, der von erhältlichen
UV-Leuchtdioden (LED) emittiert wird.
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Demgemäß kann
die UV-Strahlungsquelle einen oder mehrere Quecksilber(Hg)-Niederdruckstrahler
und/oder eine oder mehrere UV-Leuchtdioden (LED) aufweisen. Mit
einem Hg-Niederdruckstrahler sind dabei kürzere Wellenlängen
und ein breiteres Wellenlängenspektrum realisierbar. UV-LED
sind im Hinblick auf eine kleinere Baugröße und
einen geringeren Stromverbrauch bevorzugt.
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Nach
einer besonders favorisierten Weiterbildung der Filtereinrichtung
ist die UV-Strahlungsquelle außerhalb des Filterelements
angeordnet. Hierbei wird zur Ver meidung von Wiederholungen auf die
Ausführungen in Bezug auf das Filterelement verwiesen.
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Die
UV-Strahlungsquelle kann benachbart zum Filterelement angeordnet
sein. Dabei kann von dem direkt mit UV-Strahlung beaufschlagten
Bereich des Filtermaterials Licht in erfindungsgemäßer
Weise ist abgeschattete Bereiche abgeleitet werden. Da gleichzeitig
eine Durchlässigkeit für UV-Strahlung gegeben
ist, kann die UV-Strahlung gleichzeitig direkt in das Filtermaterial
eindringen. Im Ergebnis ist eine Durchsetzung des gesamten Filterelements
mit UV-Licht erreichbar. Die UV-Strahlungsquelle kann auch so angeordnet
sein, dass sie die Oberfläche des Filterelements zumindest
bereichsweise berührt, wodurch eine besonders effektive
Einkopplung von UV-Strahlung in das Filtermaterial ermöglicht
ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform ist die UV-Strahlungsquelle
vom Filterelement beabstandet angeordnet, wobei ein zwischen der
UV-Strahlungsquelle und dem Filterelement verlaufender Lichtleiter vorgesehen
ist. Auf diese Weise kann bspw. für mikrobiell besonders
stark belastete Bereiche eine Entkopplung der UV-Strahlungsquelle
und des eigentlichen Filterelements stattfinden. Das Filterelement kann
abgekapselt werden, so dass keine mikrobielle Verunreinigung der
Umgebung zu befürchten ist. Gleichzeitig bleibt die UV-Strahlungsquelle
für das Bedienpersonal zugänglich. Des Weiteren
ist erreicht, dass von der UV-Strahlungsquelle abgestrahlte Wärme
nicht auf das Filterelement einwirkt.
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Die
oben angeführte Aufgabe ist bezüglich einer Atemschutzmaske
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 20 gelöst. Danach
ist eine Atemschutzmaske mit einem Gehäuse und einer Halteeinrichtung
angegeben, die durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung
gekennzeichnet ist. Als Gehäuse ist dabei jener Teil einer
Atemschutzmaske zu verstehen, der einerseits die Filtereinrichtung
hält und andererseits zumindest den Mund- und Nasenbereich des
Benutzers umschließt. Des Weiteren ist üblicherweise
eine Halteeinrichtung vorgesehen, die den Hinterkopf des Benutzers
umschließt und so mit dem Gehäuse verbunden ist,
dass das Gehäuse auf den Mund- bzw. Gesichtsbereich gedrückt
wird.
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Die
vorgeschlagene Atemschutzmaske umfasst sowohl ein erfindungsgemäßes
Filterelement als auch eine UV-Strahlungsquelle, so dass ein mobiler
Einsatz der Filtereinrichtung ermöglicht ist. So kann das
in der Atemschutzmaske enthaltende Filterelement periodisch oder
fortlaufend mit UV-Strahlung beaufschlagt werden, und zwar in einer
der vorgenannten Arten. Aufgrund der besonders vorteilhaften Durchlasscharakteristik
des erfindungsgemäßen Filterelements ist das Atmen
dabei gegenüber einer herkömmlichen Atemschutzmaske
deutlich erleichtert. Gleichzeitig wird durch die Möglichkeit
einer UV-Bestrahlung des Filterelements ein sicherer Schutz des
Benutzers vor einer Kontamination mit Mikroorganismen sichergestellt.
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Die
UV-Strahlungsquelle kann eine oder mehrere UV-LED aufweisen. UV-LED
sind dabei besonders klein und lassen sich einfach in einem Gehäuse
platzieren. Außerdem ist der Stromverbrauch dieser Leuchtdioden
verhältnismäßig gering, wodurch ein mobiler
Einsatz ermöglicht ist. Die eine oder mehreren UV-LED können
bspw. im Übergang zwischen dem Gehäuse und dem
Filterelement angeordnet sein und das Filterelement auf eine der
bereits genannten Arten mit UV-Strahlung beaufschlagen. Falls mehrere
UV-LED vorgesehen sind, können diese das Filterelement
in gewissem Abstand voneinander vollständig umgeben, so
dass eine besonders wirksame Bestrahlung realisierbar ist.
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Nach
einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird die UV-Strahlungsquelle
der Atemschutzmaske durch einen Akkumulator oder durch eine Batterie
gespeist. Dadurch ist eine größtmögliche
Mobilität beim Tragen der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske
erreicht. Der Akkumulator oder die Batterie kann im Gehäuse
der Atemschutzmaske, bspw. unterhalb des Filterelements, angeordnet
sein. Des Weiteren kann die Atemschutzmaske über eine Ladeanzeige
für den Akkumulator bzw. eine Spannungsanzeige für
die Batterie verfügen. Dadurch ist sicher verhinderbar,
dass die Vorrichtung vom Benutzer unbemerkt aufgrund einer zu geringen
Stromspannung ausfällt. Des Weiteren kann ein akustisches
Signal vorgesehen werden, das den Benutzer bei Unterschreiten eines
vorher festgelegten Mindestwertes der Versorgungsspannung warnt.
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Alternativ
oder zusätzlich zu den vorgeschlagenen UV-LED kann die
UV-Strahlungsquelle der Atemschutzmaske einen oder mehrere Quecksilber(Hg)-Niederdruckstrahler
aufweisen. Diese Strahler benötigen zwar mehr Bauraum als
die LED und weisen einen höheren Stromverbrauch auf, verfügen jedoch
auch über eine höhere Strahlungsleistung und emittieren
ein breiteres Wellenlängenspektrum der UV-Strahlung. Die
Verwendung von Hg-Niederdruckstrahlern in der erfindungsgemäßen
Atemschutzmaske ist besonders vorteilhaft, falls die umgebende Luft
mit besonders gefährlichen Keimen kontaminiert ist und
unbedingt eine vollständige Inaktivierung dieser Keime
sichergestellt werden muss. Daher bietet sich insbesondere die Verwendung
in Sicherheitslaboren an, wo die Atemschutzmaske ggf. mit einem
Stromkabel zur Versorgung der Hg-Niederdruckstrahler ausgestattet
sein kann und vom Benutzer ohne größere Einschränkungen
seiner Mobilität getragen werden kann.
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Demgemäß wird
eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der in der Atemschutzmaske, insbesondere im
Gehäuse, ein Anschluss für die Stromversorgung der
UV-Strahlungsquelle ausgebildet ist. Dabei kann es sich einerseits
um den Anschluss für ein Stromkabel handeln. Andererseits
kann ein Anschluss für ein Ladegerät vorgesehen
werden, mit dem sich ein in der Atemschutzmaske angeordneter Akkumulator nach
dem Gebrauch wieder aufladen lässt, und zwar ohne den Akkumulator
aus der Atemschutzmaske entfernen zu müssen.
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Schließlich
ist die oben angeführte Aufgabe in Bezug auf ein Atemschutzset
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 25 gelöst. Danach
umfasst ein Atemschutzset eine Atemschutzmaske mit einem erfindungsgemäßen
Filterelement und eine UV-Basisstation, welche zumindest eine UV-Strahlungsquelle aufweist,
wobei die Atemschutzmaske so an bzw. in die UV-Basisstation positionierbar
ist, dass das Filterelement mit UV-Strahlung beaufschlagbar ist.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Atemschutzset ist es möglich,
eine Atemschutzmaske periodisch mit UV-Strahlung zu behandeln, um
im Filterelement enthaltende Mikroorganismen zu inaktivieren. Die
Atemschutzmaske kann in herkömmlicher Weise verwendet werden,
bspw. zum Schutz vor mikrobieller Kontamination in einem Labor.
Nachdem eine gewisse Nutzungsdauer verstrichen ist, kann die Atemschutzmaske
nun an bzw. in die UV-Basisstation angeordnet und mit UV-Strahlung
behandelt werden. Dadurch wird verhindert, dass sich im Filter mechanisch zurückgehaltene
Mikroorganismen vermehren. Die Maske ist für die erneute
Verwendung stets keimfrei. Eine Ansammlung oder sogar ein Durchbruch
von Mikroorganismen aufgrund einer langen Standzeit im kontaminierten
Zustand ist dabei ausgeschlossen.
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Die
UV-Strahlungsquelle des erfindungsgemäßen Atemschutzsets
kann einen oder mehrere Hg-Niederdruckstrahler und/oder eine oder
mehrere UV-LED aufweisen. In Bezug auf die Merkmale und Vorteile
der jeweiligen Strahlungsquellen wird auf die vorstehenden Ausführungen
verwiesen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist die UV-Basisstation
des Atemschutzsets ein die UV-Strahlungsquelle abschirmendes Gehäuse
auf. Dadurch wird die Umgebung vor UV-Strahlen geschützt.
Des Weiteren steht ein größtmöglicher
Anteil der emittierten Strahlung für die Behandlung des
Filterelements zur Verfügung.
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Dabei
ist eine Ausgestaltung bevorzugt, bei der die Atemschutzmaske in
dem Gehäuse aufnehmbar ist. Alternativ ist eine Ausgestaltung
des Gehäuses möglich, bei der das Filterelement
der Atemschutzmaske durch An- bzw. Auflegen der Maske an bzw. auf
das Gehäuse behandelbar ist. Dazu kann das Gehäuse
bspw. eine transparente Scheibe aufweisen, auf die die Atemschutzmaske
auflegbar ist.
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Das
Gehäuse verfügt zweckmäßigerweise über
einen Stromanschluss oder über eine interne Stromversorgung
der UV-Strahlungsquelle über einen Akkumulator oder eine
Batterie.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung weist die UV-Basisstation des Atemschutzsets
Mittel zur automatischen Durchführung eines vorher festgelegten
Behandlungszyklus für das Filterelement auf. Hierzu kann
das Gehäuse über ein elektronisches Bauteil verfügen,
in dem ein derartiger Behandlungszyklus abgespeichert ist und nach
Wahl des Benutzers gestartet wird und danach automatisch abläuft. Festlegbare
Parameter für einen solchen Behandlungszyklus sind bspw.
die Behandlungsdauer und die Bestrahlungsintensität. Dabei
kann es vorteilhaft erscheinen, die Bestrahlungsintensität
während des Behandlungszyklus zu variieren.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche und
andererseits auf die nachfolgende Erläuterung jeweils eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Filtereinrichtung sowie der erfindungsgemäßen
Atemschutzmaske zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung
werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Filtereinrichtung,
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2 eine
seitliche schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske, und
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3 eine
frontale schematische Schnittdarstellung der Atemschutzmaske aus 2.
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung. Ein erfindungsgemäßes
Filterelement 1, das ein Filtermaterial 2 aufweist,
ist in einem Gehäuse 3 angeordnet. Zwischen dem
oberen und dem unteren Teil des Gehäuses 3 sind
im Filtermaterial 2 Strömungspfade bzw. Poren für
das zu reinigende Fluid ausgebildet.
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In
diesem Fall durchströmt das zu reinigende Fluid das Filtermaterial 2 von
links nach rechts, was durch die dicken schwarzen Pfeile angedeutet
wird. Dementsprechend dient der linke Rand des Filterelements 1 als
Einlass 4 und der rechte Rand des Filterelements 1 als
Auslass 5 für das Fluid. Zwischen dem oberen und
dem unteren Teil des Gehäuses 3 weist das Filterelement 1 eine
Durchströmungszone für das Fluid auf. In diesem
speziellen Fall ist das zu reinigende Fluid Luft, die insbesondere
von Mikroorganismen befreit werden soll.
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In
erfindungsgemäßer Weise ist außerhalb des
Filterelements 1, nämlich im Gehäuse 3,
eine UV-Strahlungsquelle 6 angeordnet. Mit der UV-Strahlungsquelle 6 ist
das Filtermaterial 2 mit UV-Licht beaufschlagbar.
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Das
Filterelement 1 weist eine vorbestimmte Durchlasscharakteristik
auf. Mit anderen Worten weisen die Poren bzw. die Strömungspfade
für das Fluid eine genau definierte Maximalgröße
auf, so dass Partikel, die diese Maximalgröße überschrei ten,
im Filtermaterial 2 zurückgehalten werden. Andere
Partikel, deren Größe den Porendurchmesser unterschreitet,
können zwar durch den Filter hindurchtreten, sind jedoch
währenddessen der UV-Strahlung ausgesetzt und können
so inaktiviert werden. In entsprechender Weise werden größere
Partikel inaktiviert, die mechanisch im Filter zurückgehalten
werden. Dadurch wird eine Vermehrung bzw. Kulturbildung von Mikroorganismen
im Filter und letztlich ein „Durchbruch" der Mikroben durch
das Filtermaterial 2 verhindert.
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Die
UV-Strahlungsquelle 6 wird über einen elektrischen
Anschluss, durch einen Akkumulator oder durch eine Batterie (nicht
dargestellt) mit elektrischer Energie versorgt.
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Das
Filtermaterial 2 ist für UV-Strahlung mit einer
Wellenlänge von ca. 450 nm oder weniger durchlässig
und/oder leitfähig. Dazu besteht das Filtermaterial 2 aus
Polymerfasern, die an der Oberfläche zusätzlich
mit dem Fotohalbleiter Titandioxid versehen sind. Die Fasern des
Filtermaterials 2 liegen dicht an dicht und bilden ein
Nonwoven-Material, nämlich ein Vlies.
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Das
von der UV-Strahlungsquelle 6 abgestrahlte Licht kann randnahe
Bereiche des Filtermaterials 2 durchdringen und so unmittelbar
oder mittels der Fotoaktivierung des Titandioxids Mikroorganismen
abtöten. Da die Fasern des Filtermaterials 2 darüber
hinaus lichtleitende Eigenschaften aufweisen, wird die UV-Strahlung
gleichzeitig an der Oberfläche des Filtermaterials 2 in
das Filterelement 1 „eingekoppelt" und dadurch
in alle Bereiche des Filterelements 1 transportiert.
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Darüber
hinaus streuen die Fasern einen Teil der UV-Strahlung, so dass ein
gewisser Anteil des Lichts auch an der Faseroberfläche
austritt. Dort kann das gestreute UV-Licht auf den Fotohalbleiter Titandioxid
auftreffen und ihn aktivieren.
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Die
oxidierende Wirkung des fotoaktivierten Halbleiters ist dabei nicht
auf Mikroorganismen beschränkt. Es lassen sich damit auch
andere Verunreinigungen wie Nikotin, Formaldehyd, aromatische Lösungsmittel
(insbesondere PCB) und dgl. so oxidieren, dass sie am Auslass 5 nicht
mehr oder in einer nicht mehr schädlichen Konzentration
vorhanden sind.
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Mit
der vorgeschlagenen Filtereinrichtung lassen sich hervorragende
Ergebnisse in der Entkeimung von Gasen erzielen. Dabei kann die
UV-Strahlungsquelle 6 auch in einer (nicht dargestellten)
Seitenwand des Gehäuses 3 angeordnet sein. Alternativ kann
die UV-Strahlungsquelle 6 auch außerhalb des Gehäuses 3 angeordnet
sein, und es kann zwischen der UV-Strahlungsquelle 6 und
dem Filterelement 1 ein Lichtleiter vorgesehen werden,
mit der das Filtermaterial 2 dennoch mit der UV-Strahlung
beaufschlagbar ist.
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2 zeigt
eine seitliche schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Atemschutzmaske. Die Atemschutzmaske weist ein Filterelement 1 auf,
das in einem Gehäuse 3' festgelegt ist. Das Gehäuse 3' dient
dabei einerseits zum Halten des Filterelements 1 und andererseits
zum Abschirmen zumindest der Mund- und Nasenpartie des Benutzers
vor ungereinigter Umgebungsluft. Durch das Filtermaterial 2 des Filterelements 1 wird
die Umgebungsluft von Verschmutzungen, insbesondere von Mikroorganismen, befreit.
Das Filtermaterial 2 ist dabei derart ausgestaltet, wie
anhand der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung
in 1 beschrieben worden ist. Alternativ kann das
Filtermaterial 2 nach jeder der vorstehend für
das erfindungsgemäße Filterelement 1 beschriebenen
Ausführungsformen ausgestaltet sein. Der Strom von zu-
bzw. abgeführter Atemluft in das Gehäuse 3' bzw.
aus dem Gehäuse 3' heraus wird durch die breiten
Pfeile verdeutlicht. Dabei ist der linke Rand des Filterelements 1 als
Einlass 4 und der rechte Rand als Auslass 5 für
die zuzuführende Atemluft ausgebildet.
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In
erfindungsgemäßer Weise ist im Gehäuse 3',
nämlich unterhalb des Filterelements 1, eine UV-Strahlungsquelle 6 angeordnet.
Diese UV-Strahlungsquelle 6 weist eine UV-LED 7 auf.
Die UV-LED 7 wird von der weiter unterhalb, aber ebenfalls
im Gehäuse 3' angeordneten Batterie 8 mit
Strom versorgt. Alternativ kann statt der Batterie 8 ein
Akkumulator vorgesehen werden. Des Weiteren kann die Atemschutzmaske
mit einem Stromkabel direkt an eine Spannungsversorgung angeschlossen
sein.
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Durch
die UV-LED 7 können sowohl im Filtermaterial 2 zurückgehaltene
als auch das Filterelement 1 passierende Mikroorganismen
mit UV-Strahlung beaufschlagt und vernichtet werden, nämlich wie
obenstehend beschrieben. Dabei wird das gesamte Filtermaterial 2 von
der emittierten UV-Strahlung erreicht, nämlich einerseits aufgrund
der Durchlässigkeit und andererseits aufgrund der Leitfähigkeit des
Filtermaterials 2 für das eingestrahlte UV-Licht.
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3 zeigt
eine frontale schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen
Atemschutzmaske. Am Gehäuse 3' ist eine Halteeinrichtung 9 angeordnet,
mit der die Atemschutzmaske vor dem Mund- bzw. Nasenbereich des
Benutzers positioniert und gehalten werden kann. In dieser Figur
ist durch die schwarzen Pfeile besonders deutlich gezeigt, wie sich
aufgrund der speziellen Ausgestaltung des verwendeten Filtermaterials 2 das
eingestrahlte UV-Licht im gesamten Filterelement 1 verteilt.
Die direkt angestrahlte Fläche des Filtermaterials 2 kann dabei
klein sein, aufgrund der Durchdringung und Durchleitung des UV-Lichts
im Filtermaterial 2 wird dennoch jeder Punkt des Filterelements 1 erreicht, wobei
eine unmittelbare Inaktivierung oder eine mittelbare Inaktivierung
von Mikroorganismen über die Wirkung des vorhandenen Fotohalbleitermaterials stattfindet.
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Aus
diesem Grund kann bei der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske
die Porenweite des Filtermaterials 2 vergrößert
werden, wodurch das Atmen deutlich erleichtert wird. Es wird trotz
der größeren Porenweite eine sichere Inaktivierung
von Mikroorganismen erreicht.
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Abschließend
sei hervorgehoben, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die
beanspruchte Lehre erörtern, diese jedoch nicht auf die
Ausführungsbeispiele einschränken.
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- 1
- Filterelement
- 2
- Filtermaterial
- 3
- Gehäuse
(Filtereinrichtung)
- 3'
- Gehäuse
(Atemschutzmaske)
- 4
- Einlass
- 5
- Auslass
- 6
- UV-Strahlungsquelle
- 7
- UV-Leuchtdiode
(UV-LED)
- 8
- Batterie
- 9
- Halteeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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