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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Verschleißgröße
oder einer Restlebensdauer eines Hydrospeichers und ein Verfahren zur
Ermittlung einer Verschleißgröße eines
hydropneumatischen Speichers, sowie einen entsprechenden Hydrospeicher.
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Die
Druckschrift
EP 0 072
105 A2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung
einer Lebensdauer einer Leitungsröhre zur Leitung von Temperaturen
und Drücken. Zur Ermittlung der Lebensdauer sind in der
Leitungsröhre Sensoren angeordnet, welche den Druck und
die Temperatur eines in der Leitungsröhre geführten
Fluids an mehreren Stellen messen. Mittels der gewonnenen Daten
werden Wandbeanspruchungen der Leitungsröhre ermittelt.
Mittels der gewonnenen Daten werden Lebensdauern für die
Leitungsröhre ermittelt. Zur Ermittlung der Lebensdauern
werden jedoch keine Muster in der zeitlichen Entwicklung der gemessenen
Größen verwendet. Dadurch ist die Lebensdauerabschätzung eher
grob und eher ungenau. Insbesondere ist die Verarbeitung der Daten
auf die Leitungsröhre nicht jedoch an einen Hydrospeicher
angepasst.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
sowie einen entsprechenden Hydrospeicher zu schaffen, mittels derer eine
hinreichend genaue und verlässliche Ermittlung einer Restlebensdauer
für einen hydropneumatischen Speicher ermöglicht
ist, welche ferner eine optimierte nutzungsabhängige Wartung
erlaubt.
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Die
Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch
1 und das Verfahren gemäß Anspruch 8 und den Hydrospeicher
nach Anspruch 13 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer
Verschleißgröße oder einer Restlebensdauer
eines Hydrospeichers umfasst eine Sensoreinheit, durch die Messwerte
eines Drucks in dem Hydrospeicher ermittelbar sind. Ferner weist
die Vorrichtung einen Speicher auf, in dem eine Verschleißgrößenfunktion
gespeichert ist. Mithilfe dieser Verschleißgrößenfunktion
wird einem bestimmten, zeitlich begrenzten Verlauf einer Mehrzahl
von Messwerten des Drucks ein Verschleißwert zugeordnet. Schließlich
ist eine Recheneinheit vorgesehen, welche unter Verwendung der ermittelten
Messwerte und der Verschleißgrößenfunktion
eine Verschleißgröße oder eine Restlebensdauer
ermittelt. Unter dem Begriff „Verschleißgröße” wird
dabei ein ab einem bestimmten Startzeitpunkt insgesamt aufgetretener
Verschleiß verstanden. Der Verschleißwert ist dagegen
ein Anteil hiervon, welcher auf Basis der Mehrzahl von Messwerten,
welche zu einem bestimmten Zeitabschnitt der Beobachtung gehören, ermittelt
wird. Die Zeitabschnitte können dabei z. B. durch Ermittlung
von lokalen Druckmaxima und -minima im Verlauf des Drucks festgelegt
werden. Durch die Verschleißgrößenfunktion
wird dabei jeweils einer begrenzten Anzahl von Messwerten aufgrund
ihres zeitlichen Verlaufs ein Verschleißwert zugeordnet. Damit
lässt sich eine Art Mustererkennung in Druckschwankungen
in dem Hydrospeicher durchführen. Da unterschiedliche Druckgradienten
unterschiedlich starken Verschleiß für den Hydrospeicher
bedeuten, wird diesen individuellen Verläufen ein Verschleißwert
zugeordnet. Hieraus lässt sich dann, wie bereits erläutert,
die Verschleißgröße, die den gesamten
aufgelaufenen Verschleiß betrifft, oder aber eine Restlebensdauer
ermitteln.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden hierzu zunächst
Messwerte eines Drucks in dem Hydrospeicher ermittelt. Der zeitliche
Verlauf der Mehrzahl von Messwerten des Drucks werden einem Verschleißwert zugeordnet
und schließlich eine Verschleißgröße
oder eine Restlebensdauer auf Basis des Verschleißwerts
ermittelt.
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Anders
als im Stand der Technik wird dabei nicht nur der absolute aufgetretene
Druck berücksichtigt, sondern auch die Druckänderung
durch Ermittlung des zeitlichen Verlaufs bzw. Zuordnen des zeitlichen
Verlaufs zu einem bestimmten Verschleißwert. Bei dem erfindungsgemäßen
Hydrospeicher ist eine Sensoreinheit zum Erfassen eines in dem Hydrospeicher
herrschenden Drucks vorgesehen. Ferner ist eine Recheneinheit vorgesehen,
wobei die Recheneinheit so eingerichtet ist, dass sie durch die Sensoreinheit
ermittelten Messwerten des Drucks unter Berücksichtigung
einer Verschleißgrößenfunktion eine Verschleißgröße
oder eine Restlebensdauer ermittelt. Die Verschleißgrößenfunktion
ordnet dabei einem Verlauf einer Mehrzahl von Messwerten einen Verschleißwert
zu.
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Bei
einem Hydrospeicher gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Sensoreinheit zum Erfassen eines in dem Hydrospeicher herrschenden Drucks
vorgesehen. Der Hydrospeicher weist ferner eine Recheneinheit auf,
wobei die Recheneinheit so eingerichtet ist, dass sie durch die
Sensoreinheit ermittelten Messwerten des Drucks unter Berücksichtigung
einer Verschleißfunktion einen Verschleißwert zuordnet.
Die Verschleißgrößenfunktion stellt dabei den
Zusammenhang zwischen einem Verlauf einer Mehrzahl von Messwerten
und dem Verschleißwert her. Die Recheneinheit ermittelt
ferner schließlich eine Verschleißgröße
oder eine Restlebensdauer.
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In
den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, des Verfahrens
und des Hydrospeichers ausgeführt.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Recheneinheit mit einem Netzwerk verbindbar
ist. Dies ermöglicht es, die erfassten Werte, beispielsweise
für den Druck oder für die Temperatur, die unmittelbar
an dem Hydrospeicher erfasst werden, weiteren Komponenten einer
hydrostatischen Anlage zur Verfügung zu stellen. Ein unnötiges
Duplizieren von Sensoreinheiten kann damit vermieden werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass in dem Speicher ein Verlauf von ermittelten
Messwerten des Drucks speicherbar ist. Damit kann eine eingehende Analyse
der Druckhübe, die der Speicher erlebt, durchgeführt
werden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, an dem Speicher oder zumindest in der Vorrichtung
eine zweite Sensoreinheit vorzusehen, durch die Messwerte einer
Temperatur des hydropneumatischen Speichers ermittelbar ist. Die
Erfassung der Temperatur hat den Vorteil, dass mittels der Verschleißgrößenfunktion
individuell Verschleißwerte für einen bestimmten
Verlauf der Messwerte des Drucks zugeordnet werden können, wobei
sich bei identischem Verlauf des Drucks die Verschleißwerte
abhängig von der dabei aufgetretenen Temperatur unterscheiden.
So können identische Druckhübe bei höheren
Temperaturen einen größeren Einfluss auf die Restlebensdauer
bzw. den Verschleiß aufweisen. Dies wird durch eine entsprechende
Zuordnung mittels der Verschleißgrößenfunktion
berücksichtigt.
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Es
wird insbesondere bevorzugt, wenn durch die Recheneinheit entweder
eine Verschleißgröße ermittelt wird,
wozu eine Mehrzahl von nacheinander ermittelten Verschleißwerten
aufsummiert wird. Andererseits kann auch direkt die Restlebensdauer
vorteilhaft ermittelt und beispielsweise über eine bevorzugt
vorhandene Schnittstelle zu einem Netzwerk ausgegeben werden. Zur
Ermittlung der Restlebensdauer wird jeweils von einem Ausgangswert
der Restlebensdauer ausgegangen und ein Verschleißwert,
der äquivalent zu einer Reduzierung der Restlebensdauer
ist, abgezogen. Auf diese Weise wird eine jeweils aktuelle Restlebensdauer
ermittelt. Insbesondere wird die Verschleißgröße
oder die Restlebensdauer jeweils unmittelbar nach dem Ermitteln
eines neuen Werts des Verschleißwerts ermittelt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann der Messwert oder die
Messwerte für den Druck in dem hydropneumatischen Speicher
entweder direkt durch einen Drucksensor oder aber bevorzugt durch
eine Dehnung des Behälters des Hydrospeichers ermittelt
werden.
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Der
Hydrospeicher umfasst hierzu bevorzugt eine Dehnungsmessvorrichtung.
Diese Dehnungsmessvorrichtung weist wiederrum vorteilhaft einen Ring
auf, der den Hydrospeicher umfasst. An diesem Ring kann auch die
Recheneinheit und/oder der Temperatursensor vorgesehen sein. Somit
lässt sich mit Hilfe der Dehnungsmessvorrichtung die komplette zum
Ermitteln der Restlebensdauer oder der Verschleißgröße
erforderliche Einheit auf dem Behälter aufbringen. Dies
kann beispielsweise durch Aufschrumpfen des Rings auf den Behälter
erfolgen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der
Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
hydropneumatischen Druckspeicher mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Ermittlung einer Verschleißgröße
oder der Restlebensdauer eines hydropneumatischen Speichers; und
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2 ein
Flussdiagramm für ein erfindungsgemäßes
Verfahren.
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1 zeigt
einen hydropneumatischen Druckspeicher 1. Der hydropneumatische
Druckspeicher 1 weist einen Ring 2 und eine elektronische
Einheit 3 auf. Die elektronische Einheit 3 umfasst
einen Speicher 3.1 und eine Recheneinheit 3.2,
die, z. B. zum bidirektionalen Datenaustausch, untereinander und
mit der elektronischen Einheit 3 verbunden sind. Die elektronische
Einheit 3 ist über eine Netzwerkverbindung 8 mit
einem Netzwerk – wie z. B. einem CAN-Bus-Netzwerk der übergeordneten
hydraulischen Anlage – in einem Fahrzeug und/oder einem externen
Netzwerk verbindbar. Über die Netzwerkverbindung 8 können
die elektronische Einheit 3, der Speicher 3.1 und
die Recheneinheit 3.2 bidirektional mit einer externen
Einheit Informationen austauschen.
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Der
Speicher 3.1 ist ein oder umfasst einen nicht flüchtigen
Datenspeicher. In dem Speicher 3.1 ist vorzugsweise eine
Information über die Identität, z. B. eine Seriennummer,
der elektronischen Einheit 3 des Speichers 3.1 und/oder
der Recheneinheit 3.2 gespeichert. Dadurch können
Informationen aus dem Speicher 3.1 als aus der elektronischen
Einheit 3, dem Speicher 3.1 und/oder der Recheneinheit 3.2 und
somit von dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 stammend
gekennzeichnet und identifiziert werden. Die elektronische Einheit 3 und
der darin enthaltene Speicher 3.1 dienen als Logbuch für
den Betrieb des hydropneumatischen Druckspeichers 1. Die
elektronische Einheit 3 ist auf dem hydropneumatischen
Druckspeicher 1, z. B. mittels einer verplombten Verbindung,
dauerhaft befestigt. Dadurch sind die Informationen in der elektronischen
Einheit 3 fest mit dem hydropneumatischen Speicher 1 verbunden.
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Die
elektronische Einheit 3 kann über die Netzwerkverbindung 8 mit
einer übergeordneten Maschine/Anlage bidirektional kommunizieren.
Damit ist es möglich, bei einer Wartung des hydropneumatischen
Speichers 1 die in dem Speicher 3.1 abgelegte aktuelle
Restlebensdauer des hydropneumatischen Speichers 1, die
zur Berechnung jeweils den Ausgangswert bildet, durch Korrektur
wieder zu erhöhen. Bei Ermittlung der Verschleißgröße
kann diese z. B. wieder auf Null gesetzt werden.
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Der
hydropneumatische Druckspeicher 1 umfasst ferner einen
Gas-Anschluss 4, über den Gas in die Blase des
hydropneumatischen Druckspeichers 1 gefördert
und aus dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 entnommen
werden kann, und einen Fluidanschluss 5, über
den Druckmittel in den hydropneumatischen Druckspeicher 1 gegen
den Gasdruck gefördert und aus dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 entnommen
werden kann.
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Mit
dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 sind ein erster
Drucksensor 6, der den Gas-Druck in dem hydropneumatischen
Druckspeicher 1 erfasst, oder ein zweiter Drucksensor 7,
der den Druckmittel-Druck in dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 erfasst,
verbunden. Der Einfachheit halber sind beide Drucksensoren gemeinsam
in 1 dargestellt. Der erste Drucksensor 6 bzw.
der zweite Drucksensor 7 sind zum Ermitteln und Übermitteln von
Informationen über die Systemgrößen Gasdruck bzw.
Druckmitteldruck mit der elektronischen Einheit 3 und dem
Speicher 3.1 und der Recheneinheit 3.2 verbunden.
Vorzugsweise wird nur ein Drucksensor verwendet. Im Falle der Verwendung
des ersten Drucksensors 6, kann auch die Vorspannung bei ölseitig
entleertem Speicher gemessen werden.
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An
dem Ring 2, welcher eine mit dem Füllzustand des
hydropneumatischen Druckspeichers 1 variierende und den
Füllzustand des hydropneumatischen Druckspeichers 1 darstellende
Spannung σ aufweist, ist ein Ausdehnungssensor 9 angeordnet, welcher
die Spannung σ des Rings 2 und somit den Druck
des hydropneumatischen Druckspeichers 1 erfasst. Der Ring 2 bildet
somit gemeinsam mit dem Ausdehnungssensor 9 eine Dehnungsmessvorrichtung.
Eine Spannungsmesstechnik zur Erfassung der Spannung des Rings 2 kann
z. B. Dehnungsmessstreifen und/oder Piezokristalle umfassen. Eine
Dehnungsmessung wird vorzugsweise jedoch nur verwendet, wenn kein
Drucksensor verwendet wird. An dem Ring 2 ist ferner ein
Temperatursensor 10 angeordnet, welcher eine Temperatur
in dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 erfasst. Der
Ausdehnungssensor 9 und der Temperatursensor 10 sind – insbesondere
zum Austausch von Informationen über die Systemgrößen
Ausdehnung des Rings und Temperatur in dem hydropneumatischen Druckspeicher 1 – jeweils
mit der elektronischen Einheit 3 und dem Speicher 3.1 und
der Recheneinheit 3.2 verbunden.
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Zur
Speicherung der ermittelten Messwerte der Systemgrößen
Gas-Druck bzw. Druckmittel-Druck bzw. Ring-Ausdehnung bzw. Temperatur
ist der Speicher 3.1 mit dem ersten Drucksensor 6 bzw. dem
zweiten Drucksensor 7 bzw. dem Ausdehnungssensor 9 und
mit dem Temperatursensor 10 verbunden.
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In
dem Speicher 3.1 sind eine Mehrzahl von durch den ersten
Drucksensor 6 ermittelten Informationen über Werte
des Gas-Drucks und/oder eine Mehrzahl von durch den zweiten Drucksensor 7 ermittelten
Informationen über Werte des Druckmittel-Drucks und/oder
eine Mehrzahl von durch den Ausdehnungssensor 9 ermittelten
Informationen über Werte der Ausdehnung des Rings 2 und
ferner eine Mehrzahl von durch den Temperatursensor 10 ermittelten
Informationen über Werte der Temperatur in dem hydropneumatischen
Druckspeicher 1 gespeichert. Die ermittelte Temperatur
entspricht vorzugsweise der Druckmittel-Temperatur und/oder der Gas-Temperatur.
Die Druckmitteltemperatur kann aber auch an anderer Stelle in der
hydraulischen Anlage gemessen werden.
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Die 2 zeigt
ein vereinfachtes Ablaufdiagramm. Zunächst werden Messwerte
des Drucks erfasst und abgespeichert (Schritt 11), sowie
die bei dieser Messung auftretende Temperatur.
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Zur
Ermittlung einer Verschleißgröße wird dann
ausgehend von der Mehrzahl von zeitlich nacheinander liegenden Messwerten
des Drucks ein dem dadurch gekennzeichneten Verlauf des Drucks entsprechender
Verschleißwert ermittelt. Hierzu wird z. B. ein Mustervergleich durchgeführt
(Schritt 12). Da identische Druckverläufe beispielsweise über
einen Druckhub von P1 nach P2 in Abhängigkeit von der Temperatur
unterschiedlichen Einfluss auf die Lebensdauer bzw. umgekehrt auf
den Verschleiß haben, ist der Verschleißwert neben
dem Verlauf der Mehrzahl von Messwerten auch von der zugeordneten
Temperatur abhängig. Zur Ermittlung des Verschleißwerts
wird zunächst anhand der ermittelten Messwerte, die beispielsweise
in bestimmten Zeitabständen erfasst werden können,
eine Mustererkennung durchgeführt. Hierzu wird der sich
aus den ermittelten Messwerten eines bestimmten Zeitraums ergebende
Verlauf des Drucks mit abgelegten Druckverläufen verglichen.
Die Grenzen des Zeitabschnitts werden vorzugsweise durch lokale
Maxima und Minima des Verlaufs des Drucks ermittelt. Solche Maxima und
Minima kennzeichnen jeweils einen Druckhub. Der am besten passende
Druckverlauf wird dann zur Ermittlung des Verschleißwerts
herangezogen. Für jeden Druckverlauf in einem bestimmten
Zeitraum existiert eine Mehrzahl von zugeordneten Verschleißwerten,
welche wie bereits erläutert von der jeweils aufgetretenen
Temperatur abhängen. Die Werte können in Tabellenform
abgelegt sein. Ein Verschleißwert wird dem Verlauf der
Druckwerte bei einer bestimmten Temperatur zugeordnet (Schritt 13).
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Auf
Basis dieser Auswahl wird anschließend durch die Recheneinheit
der ermittelte Verschleißwert genommen und basierend hierauf
eine Verschleißgröße oder eine Restlebensdauer
ermittelt (Schritt 14). Sofern durch die Recheneinheit 3.2 eine Verschleißgröße
ermittelt wird, werden die einzelnen Verschleißwerte, die
einen Verschleißanteil darstellen, summiert.
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Im
Rahmen einer Wartung kann dieser summierte Wert, der dem aufgelaufenen
Gesamtverschleiß des Hydrospeichers entspricht, zurückgesetzt
werden. Sobald anschließend wieder eine Erfassung von Druckwerten
und die Auswertung unter Berücksichtigung der Temperatur
neue Verschleißwerte ergibt, werden diese wieder vollständig
summiert.
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Umgekehrt
kann jedoch in Schritt 14 auch eine Restlebensdauer ermittelt
werden. Zur Ermittlung der Restlebensdauer wird von einem Ausgangswert
ausgegangen. Dieser Ausgangswert kann einer theoretischen Mindestlebensdauer
des Hydrospeichers entsprechen. Der Verschleißwert entspricht
in diesem Fall einem verbrauchten Lebensdaueranteil. Durch Abziehen
des Verschleißwerts von der zuletzt ermittelten Restlebensdauer
entsteht dann einer aktueller Restlebensdauerwert. Bei einer Wartung
des Hydrospeichers kann dieser Restlebensdauerwert wieder zurückgesetzt
werden, so dass er dem ursprünglichen Ausgangswert wieder
entspricht. Der jeweils aktuelle, also zuletzt ermittelte Restlebensdauerwert
wird in der nachfolgenden Berechnungsschleife zum Ausgangswert für
die neue Berechnung. So liegt zu jedem Zeitpunkt eine Aussage über die
Restlebensdauer des Hydrospeichers vor.
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Die
Zuordnung eines aus einer Mehrzahl von Druckwerten ermittelten Verschleißwerts
kann auch ein unmittelbares Erfordernis einer Wartung oder eines
Austauschs des Geräts kennzeichnen. In diesem Fall, beispielsweise
bei Überschreiten eines maximal zulässigen Drucks
des Hydrospeichers, kann der Verschleißwert z. B. auf „∞” oder
einen anderen oberhalb des zulässigen maximalen Verschleißes
liegenden Wert gesetzt werden. Damit wird eine Grenze, welche zur
Kennzeichnung eines erforderlichen Austauschs verwendet wird, bereits
durch ein singuläres Ereignis überschritten. Solche
Ereignisse sind damit ebenfalls in der Verschleißgrößenfunktion
hinterlegt. Im umgekehrten Fall, der Ermittlung einer Restlebensdauer,
kann entweder der Verschleißwert mit dem Ausgangswert gleichgesetzt
werden, sofern ein solches Ereignis eintritt, oder aber, der Verschleißwert
ebenfalls „∞” gesetzt werden. In diesem
Fall würde die Berechnung der aktuellen Lebensdauer zu
einem negativen Wert führen und somit unmittelbar das Lebensdauerende
angezeigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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