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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von schüttfähigem Aufgabegut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei der Zerkleinerung von Aufgabegut in gattungsgemäßen Vorrichtungen wird ein beträchtlicher Teil der zur Zerkleinerung aufzubringenden Energie in Wärme umgewandelt. Ursache hierfür sind Reib- und Aufprallkräfte, denen das Aufgabegut im Zuge der Zerkleinerung unterworfen wird und die vor allem an den Zerkleinerungswerkzeugen wirken.
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Bekannte Vorrichtungen zeichnen sich im Betrieb durch eine Luftströmung aus, die zusätzlich zur Zentrifugalkraft für den Transport des Aufgabeguts innerhalb der Vorrichtung ursächlich ist. Diese sogenannte Eigenluft kann von der Vorrichtung selbst erzeugt und gegebenenfalls von außen unterstützt werden. Bei wärmeunempfindlichem Aufgabegut reicht die bekannten Vorrichtungen immanente Eigenluftdurchströmung aus, um die Zerkleinerungswerkzeuge so stark abzukühlen, dass eine Beeinträchtigung des Aufgabeguts ausgeschlossen ist. Probleme stellen sich regelmäßig dann, wenn wärmeempfindliches Aufgabegut zerkleinert werden soll. Insbesondere bei der Zerkleinerung von Kunststoffen mit niedrigem Erweichungspunkt werden die Betreiber gattungsgemäßer Vorrichtungen vor eine schwierige Aufgabe gestellt. Zum einen soll eine Vermahlung des Aufgabeguts knapp unter dem Erweichungspunkt stattfinden, um eine möglichst hohe Maschinenleistung zu erzielen. Wird dabei die materialabhängige Grenztemperatur überschritten, so kommt es zu einem Erweichen und Anschmelzen des Aufgabeguts mit der Folge, dass einzelne Partikel agglomerieren und dadurch Korngröße und Kornverteilung des zerkleinerten Guts nicht mehr in dem gewünschten Bereich liegen. Zum anderen backen über die Grenztemperatur erwärmte Partikel an den Maschinenteilen und insbesondere den Zerkleinerungswerkzeugen fest, so dass sowohl die Maschinenleistung als auch die Qualität des Endprodukts darunter leiden.
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Als weiteres Beispiel für wärmeempfindliches Aufgabegut seien Nahrungsmittel und Arzneimittel genannt, deren Inhaltsstoffe und Eigenschaften durch eine übermäßige Wärmeinwirkung verändert werden und dadurch Qualitätseinbußen oder gar deren Unbrauchbarkeit in Kauf genommen werden müssen.
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Diese Problematik stellt sich verstärkt bei der Feinmahlung, denn es hat sich gezeigt, dass je feiner das herzustellende Endprodukt sein soll, desto mehr Zerkleinerungsarbeit geleistet werden muss und desto größer die Wärmeentwicklung im Bereich der Zerkleinerungswerkzeuge ist.
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Zur Vermeidung einer thermischen Überbeanspruchung des Aufgabeguts bei dessen Zerkleinerung ist es bekannt, die Maschinenleistung von Zerkleinerungsvorrichtungen herabzusetzen. Dadurch wird pro Zeiteinheit weniger Zerkleinerungsarbeit geleistet und somit weniger Wärmeüberschuss produziert. Dabei muss jedoch in Kauf genommen werden, dass die Zerkleinerungsvorrichtung nicht voll ausgelastet ist, was der grundsätzlichen Forderung nach einem wirtschaftlichen Betrieb solcher Vorrichtungen widerspricht. Deshalb ist man auch schon dazu übergegangen, die Kühlluftmenge mittels zusätzlicher Gebläse über den Eigenluftanteil einer gattungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung hinaus zu erhöhen, um so zusätzlich Wärme abführen zu können.
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In Verbindung mit Scheibenmühlen ist es bekannt, zur Kühlung der Mahlwerkzeuge zusätzliche Kühlluft direkt in den Zerkleinerungsraum einzuleiten. Dies geschieht durch Öffnungen in der Gehäusevorderwand und/oder Gehäuserückwand, welche möglichst achsnah um die Rotationsachse angeordnet sind. Nach ihrem axialen Eintritt in den Zerkleinerungsraum durch diese Öffnungen strömt die Kühlluft zur Kühlung der Zerkleinerungswerkzeuge radial entlang der Rückseite der Rotorscheibe. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der
DE 10 2004 050 002 A1 offenbart.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Zerkleinerungsbereich gattungsgemäßer Vorrichtungen möglichst wirtschaftlich und wirkungsvoll zu kühlen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die maximale Wärmeentwicklung innerhalb des Zerkleinerungsraumes dort stattfindet, wo die Zerkleinerungsenergie unmittelbar in das Aufgabegut eingetragen wird, nämlich im Bereich der Zerkleinerungswerkzeuge. Da die vom Aufgabegut abhängige, maximal zulässige Temperatur der bestimmende Faktor für viele weitere Betriebsparameter gattungsgemäßer Vorrichtung ist, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, einen Kühlgasstrom so durch eine Zerkleinerungsvorrichtung zu leiten, dass dessen kühlende Wirkung zuerst im Bereich der Zone mit maximaler Temperatur einsetzt, womit der größte Nutzen erzielt wird. Dies gelingt gemäß der Erfindung, indem der Kühlgasstrom innerhalb eines Kühlkanals um die Zerkleinerungszone geführt wird.
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Auf diese Weise wird zunächst die den Zerkleinerungsraum begrenzende und der Zerkleinerungszone zugewandte. Mantelwand des Zerkleinerungsraums gekühlt. Dadurch entsteht ein hohes Temperaturgefälle vom temperaturbeaufschlagten Zerkleinerungsraum zur gekühlten Mantelwand hin, das den inneren Antrieb für eine effektive Wärmeabfuhr darstellt.
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Besonders wirkungsvoll ist diese Art der Abkühlung dann, wenn die Mantelwand auf der einen Seite den mit hoher Temperatur beaufschlagten Zerkleinerungsraum und auf der andere Seite den mit Kühlgas beaufschlagten Kühlkanal begrenzt. Aufgrund der lediglich durch die Mantelwand getrennten Bereiche, die sich durch ihr hohes Temperaturgefälle auszeichnen, ergibt sich ein extrem kurzer und widerstandsarmer Wärmeströmungsweg, der einen dichten Wärmestrom mit großen Wärmemengen in Richtung des Kühlkanals begünstigt.
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Ein gesteigerter Kühleffekt ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erreichbar, wenn zusätzlich ein Kühlgasteilstrom über eine oder mehrere Mantelwandöffnungen unmittelbar in den Umfangsbereich der Zerkleinerungswerkzeuge gelangt. Dort wird das Kühlgas direkt mit Wärmeenergie beladen und zusammen mit dem zerkleinerten Aufgabegut über den Gutaustrag aus der Vorrichtung abgezogen.
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Um zu verhindern, dass zerkleinertes Aufgabegut nach seinem Austritt aus der Zerkleinerungszone und beschleunigt durch die Rotorwerkzeuge durch die Mantelwandöffnungen in den Kühlkanal gelangt, ist in Weiterbildung dieser Ausführungsform eine Einhausung vorgesehen, die die Mantelwandöffnungen überdeckt und sich ansonsten in den Kühlkanal hinein erstreckt. Die Einhausung besitzt ein entgegen der Rotationsrichtung der Zerkleinerungswerkzeuge versetzte Öffnung, durch welche der Teilkühlgasstrom zunächst in die Einhausung und dann über die Mantelwandöffnungen in den Zerkleinerungsraum einströmt. Zerkleinertes Gut kann auf diese Weise sich lediglich in der Einhausung ansammeln, nicht jedoch im Kühlkanal. Bevorzugt ist dabei, wenn der Boden der Einhausung mit einer Neigung an die Mantelwandöffnungen anschließt, so dass in der Einhausung befindliches Aufgabegut durch Schwerkraftwirkung zurück in den Zerkleinerungsraum rutscht.
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Die Kühlwirkung des Kühlgases kann zudem verbessert werden, indem der Kühlkanal eine Austrittsöffnung für den Kühlgasstrom besitzt, die in den Guteinlauf mündet. Somit durchströmt das den Kühlkanal verlassende Kühlgas zusammen mit dem Aufgabegut die Zerkleinerungszone, wo es Wärmeenergie aufnimmt, die es dann über den Gutaustrag aus der Vorrichtung transportiert.
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Von Vorteil ist ferner eine spiralförmige Ausbildung der Mantelwand, so dass sich der Ringkanal zwischen Mantelwand und Außenumfang des Rotors in Rotationsrichtung erweitert. Durch den sich dabei stetig vergrößernden Strömungsquerschnitt wird ein störungsfreier Materialfluss durch die Vorrichtung und damit ein kontinuierlicher Wärmetransport begünstigt. Ein vergleichbarer Effekt ergibt sich bei einer kreisförmig verlaufenden Mantelwand, wobei die Rotationsachse des Rotors exzentrisch zum Mittelpunkt der Mantelwand angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei sich zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. Das nachfolgend vorgestellte Ausführungsbeispiel betrifft die Umsetzung der Erfindung an einer Scheibenmühle ohne sich jedoch auf Scheibenmühlen zu beschränken. Vielmehr umfasst die Erfindung ganz allgemein Zerkleinerungsvorrichtungen mit einer kreisförmigen oder zylindrischen Zerkleinerungszone, die von einem Gehäuse umgeben ist wie zum Beispiel bei Stiftmühlen, Prallmühlen, Hammermühlen und dergleichen.
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Es zeigen die
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1 und 2 Schrägansichten auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung von unterschiedlichen Seiten,
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3 einen Vertikalschnitt durch die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung entlang der in 4 dargestellten Linie III-III,
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4 einen Schnitt durch die in 3 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie IV-IV und
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5 einen entsprechend 4 geführten Schnitt durch eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung in Gestalt einer Scheibenmühle 1. Die Scheibenmühle 1 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 2, das um eine Rotationsachse 3 herum angeordnet ist. Das Gehäuse 2 wird im Wesentlichen von einer ersten Stirnwand 4 und einer zweiten Stirnwand 5 gebildet, die beide senkrecht zur Achse 3 verlaufen und in axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Die erste Stirnwand 4 und zweite Stirnwand 5 besitzen einen im Wesentlichen rechteckförmigen Umriss mit oben abgerundeten Kanten. Wie vor allem aus den 3 und 4 ersichtlich, sind die erste Stirnwand 4 und zweite Stirnwand 5 durch eine zylindrische Mantelwand 6 verbunden, die die Achse 3 spiralförmig umläuft und auf diese Weise mit den Stirnwänden 4, 5 einen Zerkleinerungsraum 7 umschließt. Zur Bildung eines aus dem Zerkleinerungsraum 7 mündenden Gutaustrags 8 verläuft das erste Ende der Mantelwand 6 ab dem oberen Scheitelpunkt tangential zu den seitlichen Rändern der Stirnwände 4, 5. Das zweite Ende der Mantelwand 6 verläuft infolge einer Umbiegung parallel und im Abstand zum ersten Ende, wodurch der Gutaustrag 8 seine kanalförmige Gestalt erhält.
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Die erste Stirnwand 4 besitzt eine zur Achse 3 konzentrische Öffnung, in die eine hohlzylindrische Wellenlagerung 9 koaxial eingesetzt ist. Diese dient zur Aufnahme einer Antriebswelle 10, deren außerhalb des Gehäuses 2 liegendes Ende eine Mehrrillenscheibe 11 trägt, die mit einem nicht weiterdargestellten Drehantrieb gekoppelt ist. Auf dem innerhalb des Zerkleinerungsraums 7 liegenden Ende der Antriebswelle 10 sitzt eine Tragscheibe 12 zur Aufnahme erster Zerkleinerungswerkzeuge 13, die in Form eines Werkzeugrings oder aus einer Vielzahl von Einzelsegmenten konzentrisch um die Rotationsachse 3 an der Tragscheibe 12 befestigt sind. Zwischen den Zerkleinerungswerkzeugen 13, 19 und der Mantelwand 6 ergibt sich dadurch ein Ringkanal, in dem das zerkleinerte Aufgabegut dem Gutaustrag 8 zugeführt wird.
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Die gegenüberliegende zweite Stirnwand 5 weist ebenfalls eine zentrische Gehäuseöffnung 14 größeren Durchmessers auf, die der Tragscheibe 12 axial gegenüber liegt und die von einer um ein Scharnier 16 schwenkbaren Gehäusetür 15 verschließbar ist. In der Gehäusetür 15 ist eine zur Achse 3 konzentrische Aufgabeöffnung 17 angeordnet, in die von außen ein schachtförmiger Guteinlauf 18 anschließt. Die Innenseite der Gehäusetür 15 dient zur Befestigung zweiter Zerkleinerungswerkzeuge 19, die den ersten Zerkleinerungswerkzeugen 13 unter Bildung eines radialen Mahlspalts axial gegenüber liegen und auf diese Weise eine Zerkleinerungszone bilden.
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Das Aufgabegut, welches über den Guteinlauf 18 axial in den Zentralbereich des Zerkleinerungsraums 7 gelangt, trifft zunächst auf die rotierende Tragscheibe 12, an der es umgelenkt und in radialer Richtung beschleunigt wird. Beim Durchtritt durch den Mahlspalt erfolgt die bestimmungsgemäße Zerkleinerung zwischen den ersten Zerkleinerungswerkzeugen 13 und zweiten Zerkleinerungswerkzeugen 19. Der damit verbundene Energieeintrag bewirkt eine Temperaturerhöhung im Bereich der Zerkleinerungszone. Nach dem Austritt aus dem Mahlspalt sammelt sich das zerkleinerte Gut im Ringkanal und wird in diesem dem Gutaustrag 8 zugeführt und aus der Scheibenmühle 1 abgezogen.
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Um die bei der Zerkleinerungsarbeit entstehende Wärmeenergie abzuführen, ist die erfindungsgemäße Scheibenmühle 1 mit einem Kühlkanal 21 ausgestattet, der mit einem Kühlgas niedriger Temperatur beaufschlagt ist, beispielsweise mit Luft oder einem inerten Gas, wie zum Beispiel Stickstoff. Der Kühlkanal 21 erstreckt sich gemäß der Erfindung zumindest über einen Umfangsabschnitt der Mantelwand 6.
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Zur Bildung des Kühlkanals 21 sind die erste Stirnwand 4 und zweite Stirnwand 5 radial über die Mantelwand 6 hinaus geführt, und zwar um ein Maß, das der gewünschten Höhe des Kühlkanals 21 entspricht. Die Ränder der ersten Stirnwand 4 und zweiten Stirnwand 5 sind mittels einer umlaufenden äußeren Gehäusewand 22 verbunden, deren Bodenteil zur Ausbildung eines Maschinenfußes verbreitert ist. Der Kühlkanal 21 wird somit in axialer Richtung durch die Überstände der ersten Stirnwand 4 und zweiten Stirnwand 5 und in radialer Richtung durch die Mantelwand 6 und äußere Gehäusewand 22 begrenzt. Somit besitzt der Kühlkanal 21 eine axiale Breite, die dem Abstand der ersten Stirnwand 4 von der zweiten Stirnwand 5 entspricht, und eine radiale Höhe entsprechend dem Abstand der Mantelwand 6 zur äußeren Gehäusewand 22.
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Eine Zutrittsöffnung 23 im Bodenteil der Gehäusewand 22 ermöglicht die Zufuhr des Kühlgases K in den Kühlkanal 21. Der Austritt aus dem Kühlkanal 21 erfolgt über eine Austrittsöffnung 24 in der zweiten Stirnwand 5 oberhalb des Scheitels der Mantelwand 6. Über einen Verbindungsstutzen 32 ist die Austrittsöffnung 24 mit den Guteinlauf 8 verbunden. Durch eine entsprechende Anordnung der Zutrittsöffnung 23 und Austrittsöffnung 24 relativ zur Mantelwand 6 kann festgelegt werden, über welchen Umfangsabschnitt sich der Kühlkanal 21 erstreckt und damit, wo die Mantelwand 6 mit Kühlgas K beaufschlagt werden soll.
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Um nicht oder nur gering durchströmte Totzonen im Kühlkanal 21 zu vermeiden, ist eine erste Strömungswand 25 vorgesehen, die sich parallel zur äußeren Gehäusewand 22 von der Zutrittsöffnung 23 zur Mantelwand 6 erstreckt. Eine zweite Strömungswand 26 verbindet unmittelbar seitlich der Austrittsöffnung 24 die äußere Gehäusewand 22 mit der Mantelwand 6 und sorgt für eine Zwangsumlenkung des Kühlgasstroms K in Richtung der Austrittsöffnung 24.
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Aus 4 geht hervor, dass die Mantelwand 6 auf Höhe der Rotationsachse 3 eine rechteckförmige Mantelwandöffnung 27 aufweist, die sich in axialer Richtung von der zweiten Stirnwand 5 bis etwa über die halbe Breite der Mantelwand 6 erstreckt. Die Mantelwandöffnung 27 ist von einer kastenförmigen Einhausung 28 umschlossen, deren Boden 33 mit Neigung an die Mantelwandöffnung 27 anschließt. In axialer Richtung endet die Einhausung 28 wie auch die Mantelwandöffnung 27 bei etwa der halben Breite des Kühlkanals 21 und ist dort über eine zu den Stirnwänden 4, 5 planparallele Seitenwand 29 verschlossen. Nach oben erstreckt sich die Einhausung 28 über die Mantelwandöffnung 27 hinaus und besitzt dort in der Seitenwand 29 eine kreisförmige Öffnung 30, deren freie Querschnittsfläche mittels eines Regelorgans 31 einstellbar ist.
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Beim Berieb der Schneidmühle 1 wird aus dem den Kühlkanal 21 durchströmenden Kühlgasstrom K ein Teilkühlgasstrom K1 abgezweigt und über die Öffnung 30 und Mantelwandöffnung 27 direkt in den Umfangsbereich der ersten Zerkleinerungswerkzeuge 13 und zweiten Zerkleinerungswerkzeuge 19 geleitet und dort mit Wärmeenergie beladen. Der übrige Kühlgasstrom K gelangt über die Austrittsöffnung 24 und den Verbindungsstutzen 32 in den Guteinlauf 18 und durchströmt zusammen mit dem Aufgabegut die Zerkleinerungszone in radialer Richtung. Dabei nimmt das Kühlgas Wärmeenergie auf und führt diese mit dem Austritt aus der Schneidmühle 1 über den Gutaustrag 8 ab.
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Eine weitere Kühlung der Scheibenmühle 1 erfolgt über die von dem Kühlgasstrom K abgekühlte Mantelwand 6, erste Stirnwand 4 und zweite Stirnwand 5, die den Zerkleinerungsraum 7 quasi U-förmig umschließen und die von den Zerkleinerungswerkzeugen 13 und 19 abstrahlende Wärmeenergie aufnehmen und ableiten.
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Die Steuerung der Kühlleistung erfolgt über die Temperatur und Durchflussrate des Kühlgasstromes K sowie dessen Aufteilung in einen Teilkühlgasstrom K1 und übrigen Kühlgasstrom K, was mit Hilfe von Regelorganen 31 an der Öffnung 30 und/oder Austrittöffnung 24 geschieht.
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5 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei die Schnittführung der von 4 entspricht. Die zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 beschriebenen lediglich dadurch, dass die Zutrittsöffnung 23' an einer anderen Stelle innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Durch einen Versatz der Zutrittsöffnung 23' entgegen der Rotationsrichtung der Tragscheibe 12 sowie einer Vergrößerung des radialen Abstandes zwischen dem Boden der äußeren Gehäusewand 22 und der Mantelwand 6 wird der Kühlkanal 21 verlängert und damit der von ihm ausgeübte Kühleffekt gesteigert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004050002 A1 [0007]
