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Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät umfassend eine erste sich in horizontaler Richtung erstreckende Führung entlang der ein erster vertikal ausgerichteter Schlitten beweglich geführt ist, wobei der vertikale Schlitten wiederum mit einer sich in vertikaler Richtung erstreckenden Führung versehen ist, entlang der ein zweiter Schlitten beweglich geführt ist, wobei der zweite Schlitten einen dritten, horizontal ausgerichteten Schlitten in horizontaler Richtung beweglich lagert, und wobei innerhalb des ersten Schlittens ein Gegengewicht in vertikaler Richtung bewegbar aufgenommen ist, wobei das Gegengewicht mit dem zweiten Schlitten mittels eines flexiblen Übertragungselements in Verbindung steht.
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Ein solches Koordinatenmessgerät ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Beispielsweise zeigt das
US-Patent US 5,072,522 ein Koordinatenmessgerät der eingangs beschriebenen Art bei dem das Gegengewicht im Inneren des ersten, vertikal ausgerichteten Schlitten beweglich geführt ist. Dazu sind im Inneren zwei parallele Führungsstangen vorgesehen, entlang denen das Gegengewicht über Gleitlager beweglich geführt ist, wobei die Gleitlager durch zwei Löcher im Gegengewicht gebildet werden. Die Herstellung einer derartigen Führung für das Gegengewicht ist relativ aufwändig, da die Führungsstangen im inneren des vertikal ausgerichteten Schlittens präzise positioniert und ausgerichtet werden müssen, damit das Gegengewicht entsprechend gleiten kann. Auch die Löcher müssen mit der entsprechenden Präzision hergestellt werden, damit das Gewicht sauber geführt ist. Weiterhin können die Führungsstangen bei Beschleunigungen des Koordinatenmessgerätes schwingen, was zu Messungenauigkeiten führen kann.
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Die
EP 2013569 B1 zeigt ebenfalls ein Koordinatenmessgerät der eingangs beschriebenen Art bei dem das Gegengewicht im Inneren des ersten, vertikal ausgerichteten Schlitten beweglich geführt ist, wobei dazu das Gegengewicht mehrere am Gegengewicht drehbeweglich befestigte Räder aufweist, mit denen das Gegengewicht auf den Innenseiten der Seitenwände des ersten, vertikal ausgerichteten Schlittens rollbeweglich gelagert ist. Die Besonderheit dieser Lösung ist darin zu sehen, dass die Innenseiten dieses Schlittens ebenfalls relativ genau bearbeitet werden müssen, damit die Rollen auf den Innenseiten abrollen können. Insbesondere müssen die Innenseiten des Schlittens sehr eben sein und über die gesamte Länge, über die das Gegengewicht bewegt werden soll, einen einheitlichen Abstand aufweisen.
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Aufgabe ist es daher ein Koordinatenmessgerät der eingangs beschriebenen Art vorzustellen, bei dem eine Führung des Gegengewichtes auf einfache Weise hergestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.
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Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lösung ist hierbei darin zu sehen, dass das Gegengewicht auf einer Linearführung geführt ist, deren Führungsschiene auf einer Vielzahl von Abstandshaltern befestigt ist, die wiederum an einer Seitenwand des ersten Schlittens befestigt sind.
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Hierdurch ergibt sich gegenüber den bekannten Lösungen eine Vielzahl an besonderen Vorteilen. So handelt es sich bei einer Linearführung um eine Standardführung, die von einer Vielzahl von Firmen einbaufertig angeboten werden. Dementsprechend können entsprechende Führungen einfach als Standardbaugruppen gekauft und montiert werden. Darüber hinaus lässt sich die Führungsschiene im Inneren des vertikal ausgerichteten Schlittens einfach an der Seitenwand des Schlittens montieren ohne hierfür besondere Randbedingungen schaffen zu müssen. Beispielsweise müssen die Seitenwände im Inneren des Schlittens keinen einheitlichen Abstand aufweisen und müssen auch nicht glatt sein. Es reicht vielmehr die Führungsschiene so zu befestigen, dass diese in etwa eben ist. Außerdem ist nur die Montage einer einzigen Führungsschiene notwendig, so dass aufwändige Justierarbeiten, wie beispielsweise das Ausrichten von zwei parallelen Führungsstangen oder die Prüfung, dass der Abstand der Innenflächen im vertikalen Schlitten konstant ist, vollkommen entfallen kann. Nachdem die Linearführung an einer Seitenfläche des ersten Messschlittens über eine Vielzahl von Abstandshaltern befestigt ist, können auch Schwingungen der Führung bei Beschleunigungen des Koordinatenmessgerätes vermieden werden.
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Als Linearführung in Betracht kommen hierbei eine Vielzahl an Führungen, wie beispielsweise Führungen mit Kugelumlaufschuhen (häufig als Kugelschienenführung bezeichnet), Laufrollenführungen oder Gleitlagerführungen, die bei einer Vielzahl von Anbietern einbaufertig bezogen werden können. Als besonders vorteilhaft haben sich Kugelschienenführungen erwiesen, so dass die Linearführung dann wenigstens einen Kugelumlaufschuh umfasst, der am Gegengewicht befestigt ist und der auf der Führungsschiene beweglich geführt ist.
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Als Abstandshalter kommen grundsätzlich eine Vielzahl an Bauteilen in Betracht. Beispielsweise kann es sich um Frästeile handeln, die in entsprechenden Durchbrechungen der Seitenwand des ersten Schlittens über eine Schweißnaht oder über Nieten befestigt sind. Besonders einfach sind die Abstandshalter jedoch Bolzen, die einen Bund und ein Außengewinde aufweisen, wobei das Außengewinde in ein Innengewinde der Seitenwand so eingeschraubt ist, dass der Bund an der Außenseite der Seitenwand anstößt. Hierdurch können die Abstandshalter einfach von außen in der Seitenwand montiert werden.
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Die Außenseite der Seitenwand kann gezielt im Bereich der Abstandshalter so bearbeitet sein, dass die auf den Abstandshaltern befestigte Führungsschiene eben verläuft. Dies hat den besonderen Vorteil, dass nicht die gesamte Außenfläche der Seitenwand bearbeitet sein muss, sondern dass nur gezielt im Bereich der Abstandshalter eine entsprechende Bearbeitung stattfindet. Hierdurch reduziert sich der Herstellungsaufwand nochmals erheblich. Dies kann beispielsweise über Flachsenkungen erreicht werden, die koaxial zu den Gewindebohrungen der Innengewinde der Seitenwand stehen.
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Auch die Befestigung der Führungsschiene an den Abstandshaltern kann grundsätzlich unterschiedlich erfolgen. Beispielsweise kann die Führungsschiene über eine Schraube am Abstandshalter festgeschraubt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass im Inneren des ersten Schlittens eine Vielzahl an Schrauben eingesetzt und festgezogen werden müssen. Eine besonders einfache Montage ergibt sich, wenn die Abstandshalter jeweils ein Loch aufweisen, durch das hindurch eine Schraube geführt ist, die in ein Gewinde in der Führungsschiene eingreift und hierdurch die Führungsschiene gegen den Abstandshalter spannt. Hierdurch kann die Schraube ebenfalls von außen eingesetzt und festgezogen werden, was die Montage der Führungsschiene erheblich vereinfacht.
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In der Führungsschiene kann ein Schmiermittelkanal vorgesehen sein, durch den Elemente der Linearführung geschmiert werden können. Solche Elemente der Linearführung können beispielsweise der Kugelumlaufschuh einer Kugelschienenführung sein, oder der Laufrollenschuh einer Laufrollenführung oder der Gleitschuh einer Gleitführung. Soweit mehrere Elemente geschmiert werden sollen, können auch mehrere Schmiermittelkanäle vorgesehen werden.
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Der Schmiermittelkanal ist besonders vorteilhaft mit einer Zuführleitung verbunden, über die von der Außenseite des ersten, vertikal ausgerichteten Schlittens Schmiermittel zugeführt werden kann. Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Linearführung im inneren des ersten Schlittens geschmiert werden kann, ohne in das innere dieses Schlittens zu müssen. Als Schmiermittel bietet sich Schmierfett an, das durch eine Schmierfettpresse von Außen durch die Zuführleitung und die Schmiermittelkanäle zugeführt wird.
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Als flexibles Übertragungselement wird üblicherweise ein Seil verwendet werden, das am oberen Ende des ersten, vertikal ausgerichteten Schlitten über eine oder mehrere Umlenkrollen umgelenkt wird und mit dem einen Ende am zweiten Schlitten befestigt ist und mit seinem anderen Ende am Gegengewicht befestigt ist. Anstelle des Seiles kann aber genauso gut ein Band oder ein Riemen verwendet werden.
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Als Seitenwand, an der die Führungsschiene der Linearführung befestigt wird bietet sich in besonders geeigneter Weise die dem zweiten Schlitten gegenüberliegende Seitenwand des ersten, vertikal ausgerichteten Schlitten an, wie dies auch weiter unten im Zusammenhang mit 2 gezeigt ist. Prinzipiell kann die Führungsschiene jedoch auch an einer der drei anderen Seitenwände befestigt werden. In diesem Fall müssten jedoch zusätzliche Umlenkrollen vorgesehen werden, die das Seil entsprechend umlenken.
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Hinsichtlich der ersten, sich in horizontaler Richtung erstreckenden Führung, entlang der der erste vertikal ausgerichteter Schlitten beweglich geführt ist, sowie hinsichtlich der am ersten vertikalen Schlitten vorgesehenen, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Führung, entlang der der zweite Schlitten beweglich geführt ist, und auch hinsichtlich der Führung, über die der dritte, horizontal ausgerichtete Schlitten in horizontaler Richtung beweglich am zweiten Schlitten gelagert ist, ist zu bemerken, dass hierbei im wesentlichen beliebige Linearführungen verwendet werden können, wie sie aus dem Stand der Technik für Koordinatenmessgeräte bereits schon seit langem bekannt sind. Verwendet werden können beispielsweise Laufrollenführungen, Kugelschienenführungen oder Luftlagerführungen, um hier nur einige zu nennen.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der 1–5 der beigefügten Zeichnungen. So ist den Figuren nachfolgendes zu entnehmen:
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1 zeigt beispielhaft ein Koordinatenmessgerät, in dem der erfindungsgemäße Gegenstand realisiert ist
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2 zeigt einen Schnitt durch den Ständer 2 des Koordinatenmessgerätes nach 1
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3 zeigt die Befestigung der Führungsschiene 9 an einer Seitenwand 12 des Ständers 2.
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4 zeigt eine zu 3 alternative Befestigung der Führungsschiene 9 an einer Seitenwand 12 des Ständers 2.
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5 zeigt die Schmiermittelkanäle 18c und 19c, die in der Führung 9 vorgesehen sind.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät. Das Koordinatenmessgerät umfasst einem Messtisch 13, auf dem ein zu vermessendes Werkstückes 14 aufliegt, wobei entlang des Messtisches 13 in horizontaler Richtung ein erster, vertikal ausgerichteter Schlitten, nämlich der sogenannte Ständer 2 verschiebbar auf Führungen 1 gelagert ist, und wobei die Position des Ständers 2 in dieser Messrichtung (hier als x-Richtung bezeichnet) über einen nicht näher zu sehenden Maßstab und einen zugeordneten Ablesekopf (hier nicht sichtbar) ermittelt werden kann. Der Ständer 2 ist über einen ebenfalls nicht sichtbaren Antrieb in dieser Messrichtung angetrieben. Entlang dem Ständer 2 ist in vertikaler Richtung ein zweiter Schlitten, der sogenannte Kreuzschieber 3 verschiebbar gelagert (hier mit z-Richtung bezeichnet), wobei die Position dieses Kreuzschiebers 3 ebenfalls über einen Maßstab (hier nicht sichtbar) und einen zugeordneten Ablesekopf (hier nicht sichtbar) auslesbar ist. Der Kreuzschieber 3 ist über einen nicht näher gezeigten Antrieb angetrieben. Entlang dieses Kreuzschiebers 3 wiederum ist in horizontaler Richtung (hier als y-Richtung bezeichnet) ein dritter Schlitten, nämlich der sogenannte Messarm 4 verschiebbar gelagert, wobei dessen horizontale Position über einen weiteren Maßstab mit zugeordneten Ablesekopf (hier ebenfalls nicht sichtbar) bestimmt werden kann. Auch der Messarm 4 ist über einen nicht näher sichtbaren Antrieb angetrieben. Die Bewegungsrichtung x des ersten Schlittens (Ständer 2), die Bewegungsrichtung z des zweiten Schlittens (Kreuzschieber 3) und die Bewegungsrichtung y des dritten Schlittens (Messarm 4) stehen jeweils auf die beiden anderen Bewegungsrichtungen senkrecht, sodass hierdurch in jeder der Koordinatenrichtungen x, y und z eine Bewegungsrichtung vorliegt.
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Am Ende des Messarms 4 ist eine Dreh-Schwenkeinrichtung 25 befestigt, an der wiederum ein Sensor 15 befestigt ist, über den die Lage der Werkstückoberfläche des Werkstückes 14 festgestellt werden kann. Über die Dreh-Schwenkeinrichtung 25 kann der Sensor 15 um eine erste Achse gedreht werden und um eine hierzu senkrechte zweite Achse geschwenkt werden. Der hier nicht im Detail zu sehende Sensor 15 ist als optischer Lasertriangulationstaster ausgeführt, bei dem ein Laserstrahl auf die Werkstückoberfläche projiziert wird und die Lage der Werkstückoberfläche relativ zum Lasertriangulationstaster aus dem reflektierten Laserstrahl über Triangulation bestimmt wird. Natürlich ist dieser Sensor 15 rein beispielhaft. Anstelle eines Lasertriangulationstasters kann beispielsweise auch ein anderer optischer Taster, wie beispielsweise eine Digitalkamera als Sensor 15 verwendet werden oder ein taktiler Sensor, wie beispielsweise ein schaltender Tastkopf, der bei Berührung des Werkstückes mit seinem Taster ein Signal auslöst oder ein messender Tastkopf, bei dem bei Berührung des Werkstückes mit seinem Taster der Taster aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird und die Auslenkung des Tasters gemessen wird. Auch die Dreh-Schwenkeinheit 25 muss natürlich nicht vorgesehen sein. Vielmehr kann der Sensor 15 auch direkt am Messarm 4 befestigt werden.
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Dem Koordinatenmessgerät ist außerdem eine nicht näher gezeigte Steuer- und Auswerteeinheit zugeordnet, über die die Antriebe des Koordinatenmessgerätes und die Antriebe der Dreh-Schwenkeinheit 25 angesteuert werden und die die Messwerte der Maßstäbe und die Messwerte der Drehencoder der Dreh-Schwenkeinheit 25 ausliest und die Signale der Sensors 15 ausliest. Außerdem umfasst die Steuer- und Auswerteeinheit einen Messrechner, mit dem Messabläufe erstellt werden können und die Messergebnisse ausgewertet werden können. Natürlich ist dies auch nur eine beispielhafte Beschreibung einer Steuer- und Auswerteeinheit. Soweit beispielsweise keine Dreh-Schwenkeinrichtung 25 vorgesehen ist, können natürlich keine Antriebe einer Dreh-Schwenkeinheit 25 angesteuert werden und auch keine Drehencoder der Dreh-Schwenkeinheit 25 ausgelesen werden.
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Der Kreuzschieber 3, sowie der Messarm 4 mit der hieran befestigten Dreh-Schwenkeinheit 25 und dem hieran wiederum befestigten Sensor 15 weist ein relativ hohes Gewicht auf, das über ein Gegengewicht 5 kompensiert wird, wie dies aus 2 ersichtlich ist. 2 zeigt hierbei einen Schnitt durch den Ständer 2 aus 1. Wie hieraus zu sehen, ist der Kreuzschieber 3, der an Führungen 16 in vertikaler Richtung geführt ist, über ein Seil 7, das über eine Rolle 6 geführt ist, mit einem Gegengewicht 5 verbunden. Das Gegengewicht 5 steht also über ein flexibles Übertragungselement (also hier das Seil 7) mit dem zweiten Schlitten (dem Kreuzschieber 3) in Verbindung. Das Gegengewicht 5 weist zwei Kugelumlaufschuhe 8 auf, die auf einer Führungsschiene 9 in vertikaler Richtung geführt sind. Die Führungsschiene 9 ist hierbei im Inneren des hohl ausgeführten Ständers 2 an der Seitenwand 12 des Ständers 2 befestigt, die dem Kreuzschieber 3 gegenüberliegt.
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Die Befestigung der Schiene 9 an der Seitenwand 12 ist näher in 3 zu sehen, die einen vergrößerten Ausschnitt einer solchen Befestigungsstelle im Schnitt zeigt. Wie hieraus zu sehen, liegt die Führungsschiene 9 auf Abstandshaltern in Form von Abstandsbolzen 10 auf, von denen hier nur der untere näher mit Bezugszeichen versehen ist. Die Abstandsbolzen 10 sind mit einem Außengewinde 21 und einem Bund 23 versehen und in ein entsprechendes Innengewinde 22 in die Seitenwand 12 eingeschraubt. Damit die Führungsschiene auf diesen Abstandsbolzen 10 aufliegt, wird die Führungsschiene 9 über Schrauben 11 gegen die Abstandsbolzen 10 gespannt. Dazu sind Bohrungen in den Abstandsbolzen 10 vorgesehen, durch die die Schrauben 11 hindurch gesteckt werden, wobei die Gewinde der Schrauben 11 in entsprechende Innengewinde 24 der Führung 9 eingreifen.
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Die Außenfläche der Seitenwand 12 ist in 3 als durchgehende Fläche ausgestaltet. Die Außenfläche ist hierzu komplett bearbeitet. Anstelle dessen ist es auch möglich die betreffende Außenfläche der Seitenwand 12 weitgehend unbearbeitet zu lassen und die Außenfläche gezielt nur im Bereich der Abstandsbolzen 10 so zu bearbeiten, dass die Führungsschiene auf den befestigten Abstandsbolzen eben aufliegt. Dies kann beispielsweise über Flachsenkungen 20 erreicht werden, die koaxial zu den Gewindebohrungen der Innengewinde der Seitenwand 12 liegen, wie dies aus 4 ersichtlich ist. In 4 ist eine solche alternative Befestigung der Schiene 9 an der Seitenwand 12 zu sehen, wobei der einzige Unterschied gegenüber 3 darin zu sehen ist, dass nicht die ganze Außenfläche der Seitenwand 12 bearbeitet ist, sondern lediglich im Bereich der Gewindebohrungen der Innengewinde 22 der Seitenwand 12, in die die Abstandsbolzen 10 eingeschraubt sind, entsprechende Flachsenkungen 20 vorgesehen wurden. Hierdurch lässt sich der Aufwand für die Herstellung nochmals reduzieren.
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In 5 ist eine Prinzipskizze zur Erläuterung von Schmiermittelkanälen 18c und 19c zu sehen. Hierin ist ein Ausschnitt des Ständers 2 im Schnitt zu sehen, wobei hierin diejenigen Elemente, die in 2, 3 und 4 zu sehen sind mit denselben Bezugszeichen versehen wurden. Wie aus 5 erkennbar, ist das untere Ende der Führungsschiene 9 zu sehen, wobei sich das Gegengewicht 5 mit den beiden Kugelumlaufschuhen 8 kurz vor dem Ende der unteren Endlage befindet. Der Kreuzschieber 3 befindet sich also kurz vor der oberen Endlage. Wie aus 5 zu sehen, sind im inneren der Führungsschiene 9 zwei Schmiermittelkanäle 18c und 19c vorgesehen, über die Schmiermittel an die Kugelumlaufschuhe 8 gebracht werden kann. Dazu wird das Gegengewicht 5 mit den Kugelumlaufschuhen 8 in Richtung des Pfeils 20 noch weiter nach unten bewegt, bis sich die Kugelumlaufschuhe 8 über den Auslässen der Schmiermittelkanäle 18c und 19c befinden. Das Gewicht 5 mit den Kugelumlaufschuhen 8 befindet sich jetzt in seiner unteren Endlage, der Kreuzschieber 3 befindet sich dementsprechend in seiner oberen Endlage. Der Schmiermittelkanal 18c ist hierbei mit einer Zuführleitung 18a, 18b verbunden ist, über die von der Außenseite des Ständers 2 Schmiermittel zugeführt werden kann. Genauso ist der Schmiermittelkanal 19c mit einer Zuführleitung 19a, 19b verbunden, über die von der Außenseite des Ständers 2 Schmiermittel zugeführt werden kann. Die Zuführleitungen 18a, 18b und 19a, 19b sind jeweils durchgehende Leitungen, die durch die Seitenwand 12 hindurchgehen, jedoch hinter der Schnittebene liegen und daher im Bereich der Seitenwand nicht zu sehen sind.
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Natürlich können die Zuführleitungen 18a, 18b und 19a, 19b zu einer gemeinsamen Zuführleitung zusammengefasst werden, so dass durch einpressen von Schmiermittel in eine Zuführleitung beide Kugelumlaufschuhe gemeinsam geschmiert werden. Allerdings kann dann nicht mehr selektiv einer der Kugelumlaufschuhe geschmiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5072522 [0003]
- EP 2013569 B1 [0004]
