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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Gewindes in ein Werkstück mit zylindrischer Außenfläche durch Gewinderollen mit einem Profilierungswerkzeug mit steigungslosem Profil, wobei die Achse des Profilierungswerkzeuges insbesondere schräg zur Achse des Werkstückes steht.
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Unter dem Gewindewalzen, oftmals auch Gewinderollen genannt, versteht man im Allgemeinen die spanlose Fertigung von Gewinde durch Kaltumformung, bei der das Profil in die Oberfläche des entsprechenden Rohrteils gewalzt wird. Nach DIN 8580 gehört das Gewindewalzen zum Umformen, genauer Druckumformen und dort zum Walzen. Die Umformung beruht auf der Erzeugung von Druckspannungen durch ein oder mehrere sich auf dem Werkstück abbildende Werkzeuge. Dieses Verfahren ist wesentlich schneller und bei großen Stückzahlen kostengünstiger als andere Methoden zur Herstellung von Gewinden, namentlich das Gewindeschneiden.
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So sind die Vorteile des Gewindewalzens:
- – Keine Korngrenzenunterbrechung; – was wie beim Schneiden eintritt;
- – Durch die Kaltverformung wird eine Oberflächenverfestigung erreicht;
- – Presspolierte Gewindeflanken können hergestellt werden;
- – Eine höhere Verschleißfestigkeit tritt ein;
- – Reduzierte Kerbempfindlichkeit
- – Keine Späne, dadurch geringerer Materialbedarf
- – geringerer Kraftaufwand als beim Gewindeschneiden
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Bei herkömmlichen Gewindewalzen mit Flachwerkzeugen besitzt das Backenpaar das Gewindegegenprofil mit dem Steigungswinkel des Gewindes, wobei eine Backe fest und die andere beweglich angeordnet ist. Das Werkstück wird unter Einwirkung von Reibungskräften abgerollt, so dass am ganzen Umfang das Gewinde entsteht. Die Walzbacken besitzen einen angeschrägten Ein- und Auslauf sowie einen geraden Kalibrierteil.
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Das Gewindewalzen mit Rundwerkzeugen kann im Einstech- oder Durchlaufverfahren erfolgen. Es können Kurz- oder Langgewinde auch bis an den Bund gewalzt werden. Beim Einstechverfahren besitzen die Rollen das entsprechende Gewindeprofil mit dem gleichen Steigungswinkel, aber entgegengesetzter Drallrichtung. Das Werkstück wird entweder mit einem Lineal gehalten (spitzenlos) oder zwischen Spitzen gespannt. Abgesehen von leichten Ausgleichsbewegungen bleibt das Werkstück beim Walzvorgang axial ruhig. Da das Verhältnis Rollen- zu Werkstückdurchmesser und die Gangzahl genau aufeinander abgestimmt sein müssen, kann ein Rollenpaar nur für ein ganz bestimmtes Gewinde eingesetzt werden.
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Beim Durchlaufverfahren weisen die Rollen nebeneinander liegende, steigungslose Gewindeprofile auf. Sie werden um den erforderlichen Steigungswinkel um ihre horizontale Längsachse geschwenkt. Dadurch wird bei einer Umdrehung der axiale Vorschub des Werkstücks um den Steigungsbetrag erzeugt. Die Rollen können im beschränkten Maße auch für verschiedene Werkstückdurchmesser eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren ergibt sich aber im Vergleich zum Einstechverfahren eine geringere Steigungsgenauigkeit.
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Selbstöffnende Gewinderollköpfe besitzen meist drei Rollen. Sie werden axial an das Werkstück herangeführt und ziehen sich durch die Schrägstellung der Rollen selbsttätig auf das Werkstück. Wird die vorgesehene Gewindelänge erreicht, öffnet sich der Rollenkopf selbsttätig und kann zurückgezogen werden.
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Die bekannten Gewinderollvorrichtungen sind stets ortsfest, da sie erhebliche Außenabmessungen und ein großes Gewicht aufweisen. Ein elektrischer Antrieb ist immer erforderlich. Auch ist dem Stand der Technik im Bereich des Gewinderollens der Umstand zu eigen, dass sie mit Rollen sowie maschinell ausgeführt ist. Im Zuge einer beabsichtigten Gewindeänderung müssten zwangläufig mehrere Werkzeuge, vorzugsweise Rollen ausgetauscht werden, sowie ein maschineller Antrieb vorgesehen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine maximal transportable, vergleichsweise unproblematisch manuell bedienbare Vorrichtung zum Rollen von Außengewinden zu schaffen, bei einfacher Konstruktion und geringen Außenabmessungen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Profilierungswerkzeug von einer kreisförmigen, um ihre Achse drehbar gelagerten Scheibe gebildet ist, an deren Außenrand zwei ringförmige, koaxiale, steigungslose Profile vorstehen, die zwischen sich einen Ringraum bilden, der in Form und Abmessungen dem Gewindeprofil des zu schaffenden Gewindes entspricht.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewinderollen, bei dem zwischen Rollwerkzeug und Einspannvorrichtung ein Werkstück zu spannen ist und mittels Schraubvorschub festzuklemmen ist. Nach erfolgter Arretierung kann nunmehr durch eine Drehbewegung von Hand ein Gewinde in das Werkstück gerollt werden. Dabei wird die Gewindegeometrie des Werkstücks durch das Rollwerkzeug definiert. Das Rollwerkzeug ist vorzugsweise als ein Schnellwechselstecksystem ausgeführt und kann hierdurch bedingt beliebige Außengewinde fertigen.
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Eine solche Vorrichtung weist bei einfacher Konstruktion eine solch kleine Bauweise auf, dass sie von Hand getragen und betätigt werden kann. Sie benötigt keinen elektrischen Antrieb, sondern die Kräfte können durch Muskelkraft erzeugt werden. Die Werkstücke werden nicht zur Gewinderollvorrichtung gebracht, sondern die Vorrichtung kann leicht zu der Stelle getragen werden, an der ein Gewinde geschaffen werden soll.
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Zudem ist aus dem Stand der Technik nicht gekannt, das Werkstück als Gleitlager zu lagern, weil hierdurch dem Sachverstand des durchschnittlichen Fachmanns entsprechend ein frisch gerolltes Gewinde beschädigt werden könnte. Vielmehr wird ein Fachmann bewusst versuchen, eine solche Gleitlagerung zu umgehen, um eine Beschädigung des Gewindes zu vermeiden.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung macht man sich die Verfestigung des Werkstoffes durch den Rollvorgang zu Nutze. So wird durch eine Kombination des Bearbeitungsverfahrens in Form des Gewinderollens, mit einer Dimensionierung und Werkstoffauswahl der Zustellungsvorrichtung die Fertigung eines genormten Gewindes auf einem Werkstück ermöglicht. Geschnittene Gewinde würden hier in der Tat bei axialer „Gleitlagerzustellung” vergleichsweise stärker in Mitleidenschaft gezogen werden. So sind geometrie- und werkstoffbedingt die Belastungen auf das Werkstück zu minimieren.
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Auch der Einsatz an unzugänglichen Werkstücken (innerhalb einer nur aufwendig zu demontierenden Maschine) wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht.
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Ein sicherer Halt bei einfachster Herstellung ist gegeben, wenn das zylindrische Werkstück in einer teilzylindrischen Nut eines Lagerungsteils gehalten ist, deren Längsachse schräg zur Achse des Profilierungswerkzeuges angeordnet ist. Hierbei kann das Lagerungsteil quer und insbesondere rechtwinklig zur Achse des Profilierungswerkzeuges insbesondere von Hand verstellbar sein.
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Eine vorteilhafte alternative Lagerung des Werkstücks wird erreicht, wenn die Innenwand der teilzylindrischen Nut einen Gewindeausschnitt aufweist, der in Form und Steigung im Wesentlichen dem am Werkstück zu schaffenden Gewinde entspricht.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das zylindrische Werkstück auf der dem Profilierungswerkzeug gegenüberliegenden Seite durch mindestens zwei zum Werkstück achsparallele Rollen gelagert ist, die an einem Lagerungsteil gelagert sind.
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Eine einfache und leichte Handhabung ist dadurch gegeben, dass zum Verstellen des Abstandes zwischen Profilierungswerkzeug und Lagerungsteil das Lagerungsteil durch eine Gewindestange insbesondere von Hand betätigbar ist.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das Werkstück in den Zwischenraum zwischen Profilierungswerkzeug und Lagerungsteil axial und/oder radial einbringbar und herausnehmbar ist. Besonders vorteilhaft ist, dass die Gewinderollvorrrichtung als Handwerkzeug von Hand betätigbar und transportierbar ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen perspektivisch dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Werkstück in der Nut eines Lagerungsteils gegen das Profilierungswerkzeug gehalten wird,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Werkstück durch zwei Rollen gegen das Profilierungswerkzeug gehalten wird,
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3 ein Ausführungsbeispiel mit einem geschlossenen ringförmigem Tragblock.
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Die Gewinderollvorrichtung 1 weist einen U-förmigen Tragblock 2 auf, mit einer Basis 3, von der zwei Schenkel 4, 5 ausgehen. Der erste Schenkel 4 ist durch einen Längsschlitz 6 in zwei Schenkelhälften 4a, 4b aufgeteilt und in dem Schlitz 6 ist ein Profilierungswerkzeug 7 auf einer Achse 8 gelagert, deren Enden beide Schenkelhälften 4a, 4b durchdringen, um hierdurch vom Schenkel 4 gehalten zu sein.
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Das Profilierungswerkzeug weist eine kreisförmige Scheibe 9 auf, an deren äußerem kreisförmigen Rand zwei nebeneinander liegende ringförmige koaxiale Profile 10 gleichen Durchmessers und gleichen Querschnitts derart vorstehen, dass sie zwischen sich einen koaxialen nutförmigen Ringraum 11 bilden, dessen Querschnitt in Form und Abmessungen dem Querschnitt des Gewindeprofils des zu erzeugenden Gewindes entspricht. Hierbei sind die Abmessungen und der Querschnitt der Profile 10 so gewählt, dass sie den Abmessungen und dem Querschnitt des Gewindeganges des zu schaffenden Gewindes entsprechen.
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Um das stabförmige Werkstück mit zylindrischer Außenseite gegen das Profilierungswerkzeug zu drücken, ist ein Lagerungsteil 20 vorgesehen, das eine teilzylindrische Nut 12 aufweist, in der das Werkstück einliegt, wobei die konkave Nutenfläche entsprechend dem zu erzeugenden Gewinde profiliert sein kann. Auf der zur Nut 12 rückwärtigen Seite des Lagerungsteils 20 ist an diesem eine Gewindestange 12 gelagert, die in einer entsprechenden Gewindebohrung des zweiten Schenkels 5 einliegt und über einen Griff 14 an ihrem äußeren Ende von Hand um ihre Längsachse verdrehbar ist, um das Lagerungsteil 20 auf das Profilierungswerkzeug zu und weg zu bewegen.
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Statt einer Lagerung des Profilierungswerkzeugs 7 im ersten Schenkel kann das Profilierungswerkzeug 7 im Lagerungsteil 20 gelagert sein und der erste Schenkel 4 das Gegenlager mit Nut 12 bilden. Ferner kann das Lagerungsteil 20 zwei Führungsräder bzw. zwei Führungsrollen 21 tragen, die mit Profilierungen in dem Gewindegang des Werkstücks laufen, wie 2 zeigt. Alternativ können die Oberflächen der Rollen 21 glatt zylindrisch sein, insbesondere bei einer Reparatur eines Gewindes.
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Ferner kann der Tragblock 2 nicht U-förmig, sondern geschlossen sein, d. h. die zwei Schenkel 4, 5 sind durch ein oberes Teil 2a überdrückt so dass der Tragblock 2 ringförmig ist und in seiner mittigen Öffnung das Lagerungsteil 20 sich befindet, wie 3 zeigt.
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In allen Ausführungen ist die Drehachse 8 der Scheibe 9 und damit auch der zwei Profile 10 schräg gegenüber der Achse der Nut 12 bzw. gegenüber den Führungsrändern 21 angeordnet, damit ein Gewinde mit einem sich fortsetzenden Gewindegang im Werkstück entsteht und nicht nur ringförmige Nuten. Der Winkel dieser Schräganordnung beträgt hierbei ca. 0,4 bis 10 Grad.
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Zum Reparieren beschädigter Gewinde kann eine Schrägstellung fehlen, d. h. dass dann die Führung insbesondere die Nut 12 im Lagerungs- bzw. Führungsteil 20 parallel zur Achse 8 des Profilierungswerkzeuges ist.
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Der Vorteil einer Anwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs ohne Maschine liegt darin, dass sie ortsungebunden erfolgen kann, flexibel eingesetzt werden kann, und zum Beispiel Rüstzeiten entfallen. Das Werkzeug eignet sich damit für die Herstellung kleiner Stückzahlen und ist auch deutlich kostengünstiger herzustellen, als z. B. ein Rollkopf, da es aus wenigen, einfachen Teilen besteht.
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Dies wird dadurch möglich, dass zur Formgebung genau eine einzelne Profilrolle eingesetzt wird, die einem Lagerungselement gegenüberliegend angeordnet ist. Die Profilrollen bei bekannten Werkzeugen weisen entweder ein Profil mit Steigung oder ein Profil ohne Steigung in Form von kreisförmig umlaufenden Rippen oder Ringen auf. Bei der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein steigungsloses Profil zur Formgebung eingesetzt, allerdings zeichnet sich dieses Profil dadurch aus, dass es genau zwei umlaufende Rippen oder Ringe besitzt, die zwischen sich einen ringförmigen Zwischenraum bilden, der in etwa dem zu formenden Gewindeprofil entspricht. Es könnte zwar auch mehrere Ringe haben, aber nur zwei sind bei einer Anwendung im Eingriff auf das Werkstück.
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Durch diese Form der Profilrolle (genau zwei umlaufende Ringe bzw. Rippen im Eingriff mit dem definierten Zwischenraum) wird erreicht, dass die Kraft, die aufgebracht werden muss, um die Profilrolle in das Material eindringen zu lassen, minimiert ist. Des Weiteren bewirkt eine Schrägstellung dieser Profilrolle relativ zur Werkstückachse um in etwa die Gewindesteigung, dass auf eine komplizierte Zwangsführung wie bei bekannten Werkzeugen verzichtet werden kann, und die Profilrolle dennoch ein Profil mit genau der gewünschten Steigung in das Werkstück einwalzt.
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Um die zum Einbringen der Profilrolle in das Werkstück nötige Kraft aufbringen zu können, wird das Werkstück auf dem der Profilrolle gegenüberliegenden Seite mit einem Lagerungselement abgestützt. Dieses kann z. B. als Festkörper mit einem dem Gewinde angepassten Negativprofil ausgebildet sein. Relevant ist bei dem Lagerungselement, dass es die Kraft möglichst großflächig und nicht nur punktuell auf das Werkstück überträgt.
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Eine zweckmäßige Ausführung des Werkzeugs ähnelt der eines Rohrabschneiders, der sich von der bisher beschriebenen Erfindung darin unterscheidet, dass statt einer Profil gebenden, schräg stehenden Profilrolle ein gerade stehendes Schneidrad eingesetzt wird.
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Die vorgeschlagene Ausführung des Werkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass sie als mobil mitführbares Handwerkzeug ausgelegt ist. Dabei sind das Profilierungswerkzeug und das Lagerungselement relativ zueinander tangential zustellbar. Dabei ist zumindest eine Ruheposition einstellbar, bei der ein Werkstück zwischen Profilierungswerkzeug und Lagerungselement einführbar ist. Die Möglichkeit sowohl einer axialen als auch einer tangentialen Einführungsmöglichkeit für das Werkstück bietet größtmögliche Flexibilität. Außerdem können mit dem Werkzeug Gewinde nicht nur am Ende eines Werkstücks, sondern an beliebiger Stelle geformt werden. Entscheidend ist dabei, dass das Profilierungswerkzeug und das Lagerungselement in einer Kraftflussebene liegen, so dass durch einen Arretierungsvorgang keine Biege- oder Kippmomente am zu bearbeitenden Werkstück entstehen. Dabei ist das Werkzeug so gestaltet, dass das Profilierungswerkzeug relativ zur Werkstückachse um einen Winkel schräg steht, der in etwa der Gewindesteigung entspricht.
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Ferner ist durch die mögliche Zustellung ein Ansetzen des Werkzeugs nicht nur am Ende des Werkstücks möglich, sondern das Gewinde kann von der Werkstückmitte beginnend zum Ende des Werkstücks hin gerollt werden. Dadurch kann das Werkzeug nicht versehentlich schräg angesetzt werden. Auch ein Anfassen des Werkstücks am Werkstückende, wie es beim Gewindeschneiden üblich ist, um ein verkanten oder schräges Ansetzen zu vermeiden, kann entfallen. Zugleich können die vorteilhaften Eigenschaften der spanlosen Bearbeitung mittels der erfindergemäßen Vorrichtung genutzt werden, so dass sich die Vorteile eines mit einem solchen Verfahren erzeugten Gewindes mobil von Hand realisieren lassen.
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In überraschend einfacher Weise wird dabei nach erfolgter Zustellung mit einer vorbestimmten Zustellkraft in der Arbeitsposition durch Drehen der gesamten Vorrichtung um die Werkzeuglängsachse das Außengewinde spanlos eingebracht, wobei die zu schaffende Gewindegeometrie durch das Profilierungswerkzeug im Hinblick auf die Profiltiefe und Profilform eindeutig vordefiniert ist. Ein Verkanten oder unpräzises Einbringen des Profils ist praktisch unmöglich. Auch ein „zu starkes” Zustellen ist nicht möglich, da die Kräfte exponentiell ansteigen, sobald der Raum zwischen den zwei Profil gebenden Rippen bzw. Ringen vollständig vom umgeformten Werkstück ausgefüllt wird. Die Geometrie des Werkstücks erfordert dabei lediglich eine im Wesentlichen zylindrische Außenfläche, und kann auch rohrförmig ausgeführt sein oder aus einem Vollmaterial bestehen. Ferner kann das Außengewinde bis zu einem definierten Punkt vollständig ausgeformt werden, so dass ein Gewinde ohne Auslauf erzeugt werden kann. Eine elektrische Energieversorgung ist dabei nicht erforderlich, so dass vielfältige Einsatzmöglichkeiten gegeben sind.
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Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen des Werkzeuges denkbar, bei der das Werkstück nur axial eingeführt werden kann, die dafür allerdings wenig kräftig ausgeführt werden kann, da die Kräfte günstiger vom Korpus des Werkzeugs aufgenommen werden können.
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Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Werkzeugs ist die Gewindereparatur. Mit dem Werkzeug lassen sich verformte Außengewinde wieder zurückformen. Aufgrund der Schrägstellung der Profilrolle lassen sich größere Beschädigungen damit deutlich besser ausbessern als mit den bekannten Werkzeugen. Aber, wie bereits oben ausgeführt, lassen sich Reparaturen von Gewinden auch dann in hoher Qualität ausführen, wenn die Profilrollen nicht schräg stehen, d. h. dass ihre Achse parallel zur Längsachse des Werkstückes liegt.
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Da das Profil des Profilierungswerkzeugs und der Winkel, um den das Profilierungswerkzeug relativ zur Werkstückachse schräg steht, von dem zu erzeugenden Gewindetyp abhängig sind, ist es zweckmäßig, Teile des Werkzeugs (die Form gebende Rolle und den Gegenhalter) mühelos austauschbar auszulegen, so dass das Werkzeug für die Erzeugung von unterschiedlichen Gewindetypen eingesetzt werden kann. Dies ist auch deshalb sinnvoll, weil der Gegenhalter und die Profilrolle mit der Zeit verschleißen und dann erneuert werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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