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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Druckmittler-Messsystem mit einer externen Anzeigeeinheit für eine physikalische Größe.
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STAND DER TECHNIK
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Herkömmliche Druckmittlersysteme mit einer Anzeigeeinheit einer hohen Genauigkeit benötigen hohe Steuervolumen und große Membrandurchmesser. Die Druckmittlersysteme übertragen den Prozessdruck über eine Prozessmembran mittels einer Kapillare auf ein Bourdonsystem, das an ein Anzeigewerk gekoppelt ist. In vielen Bereichen ist hierbei ein analoges Anzeigewerk für Messwerte über ein Zeigerinstrument unumgänglich.
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Die Druckschrift
DE 7 404 724 U beschreibt beispielsweise ein Membran-Druckmittler-Manometer, bei dem ein Membrankopf mit einem Manometer verbunden und im Membrankopf eine das Druckmittlermedium vom eigentlichen Messmedium trennende Membrane vorgesehen ist.
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Bei solchen Systemaufbauten unterliegen alle mit dem Übertragungsfluid gefüllten Komponenten, wie beispielsweise ein Prozessmembranvolumen, eine Kapillare oder das Bourdonsystem einer äußeren Temperatureinwirkung. Je nach Temperatur dehnt sich das Übertragungsfluid aus. Die hierbei entstehende Volumenausdehnung bewirkt eine Druckveränderung im System, durch die ein Anzeigefehler entsteht. Die Übertragung eines Drucks über die Kapillare ist fehlerbehaftet, da äußere Temperaturen die Kapillare erwärmen und eine Ausdehnung des Übertragungsfluids bewirken.
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Ähnliches gilt für das Füllvolumen hinter der Membran oder im Bourdonmessrohr, das den Druck auf eine Zeigeranzeige über ein Werk überträgt. Um diese Einflüsse zu reduzieren, benötigen herkömmliche Druckmittlersysteme daher je nach der geforderten Genauigkeit und Druckbereich ein ausreichend großes Steuervolumen.
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Bei der Herstellung werden derartige Druckmittlersysteme unter aufwendigen Bedingungen evakuiert und mit dem Übertragungsmedium befüllt. Einzelne Komponenten des Druckmittlersystems werden untrennbar miteinander verbunden, z. B. üblicherweise miteinander verschweisst. Ein Austausch einzelner Komponenten ist daher nicht möglich, ohne das Druckmittlersystem zu beschädigen.
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Daneben können herkömmliche Druckmittlersysteme bei großen Übertragungsstrecken nicht eingesetzt werden, da mit der Übertragungsstrecke deren Genauigkeit abnimmt.
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Außerdem unterliegen bei herkömmlichen Druckmittlersystemen mit Messbereichen von über 100 bar die Prozessmembranen besonders hohen mechanischen Beanspruchungen, die häufig zu einem Materialermüdungsbruch führen. Hierbei sind die kritischen Faktoren unter anderem bei der Aussteuerung, Auslenkung der Membran auch die Kompressibilität des Übertragungsfluids und der Temperaturgang des gesamten Aufbaus, wie aber auch das Füllvolumen des gesamten Druckmittleraufbaus.
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Im Allgemeinen soll der Messwert möglichst einfach, sicher und deutlich angezeigt werden. Hierbei soll trotz günstigem Design die Anzeigeeinheit auch in rauer Umgebung und unter hohem Druck insbesondere auch mit kleinem Membrandurchmesser allen Anforderungen hinsichtlich Dichtheit und Langzeitstabilität entsprechen.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Übermittlung und die Anzeigeeinheit eines Messwerts in einer Prozessumgebung zu verbessern. Außerdem soll die Anzeigeeinheit einfach und sicher ablesbar und unempfindlich hinsichtlich äußerer Temperatureinflüsse sein.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Druckmittler-Messsystem mit einer Anzeigeeinheit für eine physikalische Größe gelöst, wobei die Anzeigeeinheit einen Messwert der physikalischen Größe grafisch mittels eines Zeigers ausgibt, einem Übertragungsabschnitt zur Übermittlung der physikalischen Größe, wobei der Übertragungsabschnitt an zumindest einem seiner beiden Enden ein Koppelstück aufweist, einem druckdichten mit einem Fluid gefüllten Druckauswertepfad, wobei der Druckauswertepfad eine zu einem Prozess dichtend abgeschlossene frontbündige Prozessmembran, eine Fluidfüllung zur Übertragung der physikalischen Größe und einen Sensor zur Auswertung der physikalischen Größe umfasst, bei dem der Messwert der physikalischen Größe auswertbar und elektronisch über den Übertragungsabschnitt zur Anzeigeeinheit übermittelbar ist, und der Zeiger der Anzeigeeinheit elektronisch angesteuert den Messwert grafisch auf einer Skala anzeigt.
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Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch Konzept, Aufbau und Fertigungstechnik eine verbesserte Lösung hinsichtlich der Ablesbarkeit und der Ausfallsicherheit ermöglicht wird und ein äußerer Temperatureinfluss auf das Messsystem reduziert wird.
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Einzelne Komponenten des Druckmittler-Messsystem sind einzeln montierbar und austauschbar, so dass das Ab- und Ankoppeln der einzelnen Komponenten ermöglicht wird. Die Montage in vorgefertigten Anlagen und Schaltwarten wird vereinfacht, während die Anzeigeeinheit des Druckmittler-Messsystem in herkömmlicher zuverlässiger Form beibehalten wird.
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Daneben wird der technische Vorteil erreicht, dass kleinere und unempfindlichere Prozessmembranen verwendet werden können. Gleichzeitig kann dadurch ein vereinfachter und weniger materialintensiver Anbau des Sensors ermöglicht werden. Die Gesamteinheit hat hierbei eine höhere Genauigkeit bei kleinerem Membrandurchmesser.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist der Zeiger der Anzeigeeinheit motorisch antreibbar. Dadurch wird beispielsweise der Vorteil erreicht, dass sich die Position des Zeigers wie bei einem herkömmlichen Aufbau gut ablesen läßt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist das Fluid im Druckauswertepfad ein hydraulisch druckübertragendes Öl, welches vorzugsweise auf für die Nahrungs- und Genussmittelindustrie zugelassen ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein technisch leicht zu handhabendes Fluid verwendet wird und eine Korrosion im Inneren des Druckauswertepfades vermieden wird und bei Schäden an der Membran die Produktion nicht gefährdet oder unzulässig verunreinigt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist mindestens ein Koppelstück des Übertragungsabschnitts zur Übermittlung der physikalischen Größe lösbar befestigt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich der Übertragungsabschnitt auf einfache Weise montieren und ersetzen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems weist die Prozessmembran einen Durchmesser von 5 mm–35 mm oder 8 mm–20 mm auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die physikalische Größe auch an besonders kleinen Zugängen, Anschlüssen zum Prozess besonders genau erfassen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist der Drucksensor ein Piezosensor, ein Dünnschichtsensor, ein Membransensor, ein Doppelmembransensor oder ein keramischer Dickschichtsensor. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Zuverlässigkeit des Sensors und die Gesamtanzeigegenauigkeit gegenüber herkömmlichen Kapillar-Bourdon-Systemen erhöht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems umfasst die Anzeigeeinheit einen elektrischen Steckanschluss zur Kopplung mit dem Übertragungsabschnitts. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich der Druckübertragungsabschnitt auf einfache Weise mit der Anzeigeneinheit, einer Warte oder einer Stromquelle verbinden lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems umfasst der elektrische Steckanschluss der Anzeigeeinheit neben Kontakten zur Kopplung mit dem Übertragungsabschnitt Tasten oder Anschlüsse zur Konfiguration der Anzeigeeinheit. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Anzeigeeinheit am Steckanschluss einfach einstellen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems signalisiert die Anzeigeeinheit regelmäßig oder auf Anforderung oder über Auslösung des Sensors ein Empfangen des Mess-Signals oder das Erreichen eines Schwellwerts durch eine vorbestimmte Änderung der Zeigerposition gegenüber der Skala oder durch Einschalten oder Blinken einer Leuchte, insbesondere einer LED. Insbesondere kann durch regelmäßiges Verändern der Zeigerposition um einen oder wenige Schritte oder einen Skalenstrich – jeweils vorwärts und rückwärts – eine bestehende Verbindung und korrekte Messdatenerfassung und Übermittlung signalisiert werden.
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Insbesondere kann eine solche Aktivitäts-Signalisierung durch eine Aktivierung über einen Sensor oder Schalter durch eine kontrollierende Person, z. B. durch Klopfen auf das Gehäuse, ausgelöst werden.
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Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Benutzer den korrekten Empfang eines Messsignals wahrnehmen und überprüfen kann, dies geschieht so in einer ähnlichen Art und Weise wie sie ihm von herkömmlichen Manometern auch bekannt ist. Alternativ wird ein korrektes Empfangen des Mess-Signals Durch das verzögerte Pulsieren einer grünen LED angezeigt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems wird der vom Sensor übermittelte Messwert in der Anzeigeeinheit gedämpft oder verzögert über den Zeiger ausgegeben. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine schnelle oder vibrierende Zeigerbewegung verhindert werden kann und sich die Ablesbarkeit verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems sind der Zeiger oder Teile eines Zifferblattes der Anzeigeeinheit zur Signalisierung von Prozess- oder Gerätezuständen leuchtend ausgeführt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auch bei schlechten Lichtverhältnissen der Messwert gut und klar abgelesen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems wird die Zeigerposition zur Erzeugung eines zusätzlichen Signals oder zur Überwachung einer Richtigkeit der Anzeigeeinheit eines Messwerts sensorisch erfasst und ausgewertet oder funkend an eine Messwarte übertragen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Messwert an einer anderen Stelle kabellos abgelesen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems wird der vom Sensor übermittelte Messwert in der Anzeigeeinheit über eine hinterlegte einstellbare mathematische Funktion innerhalb einer elektronischen Schaltung in einen linearen Anzeigewert umgerechnet und auf einer linearen Skala mittels eines elektronisch angesteuerten Zeigers angezeigt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass auch Sensoren oder Messdaten mit einem nicht-linearen Ansprechverhalten oder Verlauf verwendet werden können. Dies kann auch z. B. zur Anzeige von Temperaturen oder zur Anzeige eines Füllstands bei liegenden, runden Tanks angebracht sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist in der Anzeigeeinheit ein Energiespeicher angebracht, welcher eine elektronische Schaltung der Anzeigeeinheit bei Ausfall oder Unterbrechung der Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt, und eine Schaltung angebracht, die bei Ausfall oder Unterbrechung der Energieversorgung oder bei Unterbrechung der Messwertübermittlung die elektronische Ansteuerung des Zeigers so vornimmt, so dass der Zeiger an der Anzeigeeinheit ausgeblendet wird oder außerhalb einer regulären Messwertanzeigeskala fährt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Funktionsfähigkeit des Druckmittler-Messsystems auch bei Ausfall einer externen Stromversorgung erhalten bleibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist eine nach außen orientierte Markierung angebracht oder ausgebbar, vorzugsweise als Barcode, Pixelcode oder QR Code, welche mittels eines mobilen Geräts ausgewertet werden kann, und mit welcher ein zuvor gespeicherter oder gerätebezogener Datensatz aufgerufen werden kann, welcher Konfigurationsdaten oder Bedienungsinformationen für die Anzeigeeinheit oder den Sensor, vorzugsweise zur Konfiguration der Anzeigeeinheit, Auswerteeinheit oder des Sensors enthält, und mit welchem über ein Prozess-Netzwerk ein der Anzeigeeinheit oder dem Sensor zugeordnetes Geräte-Protokoll abgerufen werden kann welches zuvor generiert und abgespeichert worden ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass automatisch ein geeignetes Geräteprotokoll aufgerufen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems ist ein von dem Druckmittler-Messsystem oder der Auswerteeinheit generiertes oder der Anzeigeeinheit oder dem Sensor zugeordnetes Geräte-Protokoll in eine spezifische Software des mobilen Geräts einlesbar und diese Software gibt dem Benutzer Handlungsempfehlungen und Daten bezüglich aufgenommenen Prozess-Messwerten und Verläufen und Rekonfigurierung der Anzeigeeinheit, des Sensors oder des Druckmittler-Messsystems aus. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Benutzerfreundlichkeit und Handhabbarkeit des Druckmittler-Messsystems verbessert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messsystems sind sowohl im Sensor wie auch in der Anzeigeeinheit, Auswerteeinheit Identifizierungsdaten und Konfigurationsdaten hinterlegt, welche bei Kontaktierung nach Unterbrechung der Energieversorgung oder Systemstart vor der Übermittlung von Sensordaten ausgetauscht und überprüft werden. Erst nach erfolgreichem Abgleich wird eine Pairingfreigabe zum Austausch von Daten zwischen Sensor und Anzeigeeinheit geschaltet oder übermittelt, nach der dann Sensordaten übermittelt werden und auf der Anzeigeeinheit angezeigt werden. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass nur passende Sensoren oder richtig konfigurierte Sensoren mit der Anzeigeeinheit gekoppelt werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Druckmittler-Messverfahren gelöst, mit den Schritten des
Auswertens einer physikalischen Größe durch einen Sensor, die durch eine Prozessmembran auf einen mit einem Fluid gefüllten Druckauswertepfad übertragen wird, eines
elektronischen Übermittelns der physikalischen Größe an eine Anzeigeeinheit mittels eines Übertragungsabschnitts, der an zumindest einem seiner beiden Enden ein Koppelstück aufweist und eines
grafischen Anzeigens eines Messwertes der physikalischen Größe mittels eines elektronisch steuerbaren Zeigers auf einer Anzeigeeinheit.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messverfahrens umfasst dieses den Schritt eines motorischen Antreibens des Zeigers.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messverfahrens umfasst dieses den Schritt eines Signalisierens eines empfangenen Messsignals durch eine vorbestimmte Änderung der Zeigerposition gegenüber der Skala oder durch Einschalten oder Blinken einer Leuchte.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messverfahrens umfasst dieses den Schritt eines gedämpften oder verzögerten Ausgebens des vom Sensor übermittelten Messwertes über den Zeiger in der Anzeigeeinheit.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messverfahrens umfasst dieses den Schritt eines Erfassens der Zeigerposition zur Erzeugung eines zusätzlichen Signals und Übertragen des Signals an eine Messwarte.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messverfahrens umfasst dieses den Schritt eines Umrechnens des vom Sensor übermittelten Messwertes in der Anzeigeeinheit über eine hinterlegte einstellbare mathematische Funktion innerhalb einer elektronischen Schaltung in einen linearen Anzeigewert und Anzeigen des umgerechneten Messwertes in der Anzeigeeinheit.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Druckmittler-Messverfahrens umfasst dieses den Schritt eines Überprüfens von Identifizierungsdaten oder Konfigurationsdaten, die sowohl im Sensor als auch in der Anzeigeeinheit hinterlegt sind, und zwar zum Beispiel bei einer Kontaktierung oder nach einer Unterbrechung der Energieversorgung oder bei einem Systemstart vor der Übermittlung von Sensordaten und Freigeben einer Messung in Abhängigkeit der Überprüfung.
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Dadurch lassen sich die gleichen Vorteile erreichen, wie durch das jeweils entsprechende Druckmittler-Messsystem nach dem ersten Aspekt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 als Stand der Technik eine schematische Ansicht eines Druckmittler-Messsystems mit hydraulischen Übertragungsabschnitt;
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2 als Stand der Technik eine schematische Querschnittsansicht des Druckmittler-Messsystems aus 1 mit hydraulischen, geschweisstem Übertragungsabschnitt;
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3 eine schematische Ansicht eines Beispiels des erfindungsgemäßen Druckmittler-Messsystems mit elektrischem Übertragungsabschnitt;
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4 eine schematische Querschnittsansicht des Druckmittler-Messsystems nach 3 mit elektrischem Übertragungsabschnitt; und
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5 ein Blockdiagramm für ein Druckmittler-Messverfahren.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Druckmittler-Messsystems 100 mit einem hydraulischen Übertragungsabschnitt 105. Das Druckmittler-Messsystem 100 umfasst eine Anzeigeeinheit 101, den Übertragungsabschnitt 105 und eine Sensoreinheit 108.
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Die Anzeigeeinheit 101 dient zum Anzeigen einer physikalischen Größe 102, wie beispielsweise eines Druckes in Bar. Zu diesem Zweck umfasst die Anzeigeeinheit 101 einen Zeiger 103 und eine Skala 119. Eine Zeigerposition 127 zeigt die gemessene physikalische Größe auf der Skala 119 an. Die Skala 119 umfasst einen Teil eines Zifferblattes 125.
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Zum Befestigen der Anzeigeeinheit 101 weist die Anzeigeeinheit 101 einen zylindrischen Befestigungsabschnitt 139 auf, der in eine Wandhalterung 141 eingesetzt werden kann.
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Der Übertragungsabschnitt 105 bildet einen druckdichten, mit einem Fluid gefüllten Druckauswertepfad, durch den ein Druck hydraulisch in das Innere der Anzeigeeinheit 101 übertragen wird. Der Übertragungsabschnitt 105 umfasst an seinen Enden die Koppelstücke 107-1 und 109-1, die über Kopplungsmuttern 107-2 und 109-2 befestigt sind, so dass z. B. über dichtende Konusgeometrien eine druckdichte Verbindung zwischen der Anzeigeeinheit 101 und der Sensoreinheit 108 entsteht, mit der der Druck von einer Messstelle auf die Anzeigeeinheit übertragen wird.
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Die Sensoreinheit 108 umfasst eine elastische Membran 113, durch die ein gemessener Druck auf das Fluid im Inneren des Übertragungsabschnittes 105 übertragen wird.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Druckmittler-Messsystems 100 mit dem hydraulischen Übertragungsabschnitt 105 wobei die Kapillare und Koppelstücke, wie für Druckmittler üblich, der Schweissung dichtend miteinander verbunden sind. Durch das Fluid im Inneren des Übertragungsabschnitts 105 wird der gemessene Druck auf den Zeiger 103 hydraulisch mittels der Bourdonfeder 150 und dem Werk 151 übertragen.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Druckmittler-Messsystems 200 mit einem elektrischen Übertragungsabschnitt 205. Das Druckmittler-Messsystem 200 umfasst eine Anzeigeeinheit 201, den Übertragungsabschnitt 205 und eine Sensoreinheit 208.
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Die Anzeigeeinheit 201 dient zum grafischen und visuellen Anzeigen eines Messwertes einer physikalischen Größe 202, wie beispielsweise eines Druckes in Bar. Zu diesem Zweck umfasst die Anzeigeeinheit 201 einen Zeiger 203 und eine Skala 219. Eine Zeigerposition 227 zeigt die gemessene physikalische Größe 202 auf der Skala 219 an. Die Skala 219 umfasst einen Teil eines Zifferblattes 225. Der Zeiger kann jedoch auch als Bestandteil eines Segments eines LCD Displays oder aus mehreren Pixeln eines Displays dargestellt, umgesetzt werden.
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Der Zeiger 203 der Anzeigeeinheit 201 ist elektronisch ansteuerbar, um den Messwert grafisch auf der Skala 219 anzuzeigen. Der Zeiger 203 der Anzeigeeinheit 201 kann motorisch antreibbar sein, beispielsweise durch einen Schrittmotor und eine Steuerelektronik. Dadurch lässt sich der Zeiger 203 elektrisch auf eine gewünschte Zeigerposition einstellen. Beispielsweise kann der Zeiger 203 gemäß einer an der Steuerelektronik anliegenden Spannung an eine jeweilige Zeigerposition 227 gefahren werden.
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Der Zeiger 203 oder Teile eines Zifferblattes 225 der Anzeigeeinheit 201 können zur Signalisierung von Prozess- oder Gerätezuständen leuchtend ausgeführt sein, beispielsweise durch eine Hintergrundbeleuchtung oder durch Verwendung eines phosphoreszierenden Materials. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Messwert auch bei schlechten Lichtverhältnissen abgelesen werden kann.
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Die Zeigerposition 227 kann zusätzlich zur Erzeugung eines Signals dienen, durch das eine Funktion der Anzeigeeinheit 201 überwacht wird. Beispielsweise wird die Zeigerposition 227 sensorisch oder mittels einem auf den Zeiger aufgebrachten Magneten über einen GMR, AMR oder Hall-Sensor oder einen Wieganddraht-Sensor erfasst und ausgewertet und anschließend zwischengespeichert und/oder per Kabel funkend an eine übergeordnete Messwarte übertragen. Dadurch kann das Gerät von einem fern gelegenen Ort überwacht und die Zuverlässigkeit des Gerätes verbessert werden.
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Zum Befestigen der Anzeigeeinheit 201 weist die Anzeigeeinheit 201 einen zylindrischen Befestigungsabschnitt 239 auf, der in eine Wandhalterung 241 eingesetzt werden kann. Zur Energieversorgung der Anzeigeeinheit 201 dient ein Kabel 245.
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Der Übertragungsabschnitt 205 bildet einen elektrischen Übertragungsweg zur Übermittlung von elektrischen Signalen, die die von der Sensoreinheit 208 gemessene physikalische Größe widerspiegeln. Der Übertragungsabschnitt 205 kann beispielsweise durch ein Kabel gebildet werden.
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Der Übertragungsabschnitt 205 weist an seinen beiden Enden jeweils ein Koppelstück 207 und 209 auf. Die Koppelstücke 207 und 209 sind beispielsweise Steckverbinder, die lösbar an der Anzeigeeinheit 201 und der Sensoreinheit 208 befestigt sind. Die Anzeigeeinheit 201 weist ebenfalls einen elektrischen Steckanschluss 221 zur Kopplung mit dem Übertragungsabschnitt 205 auf. Der Steckanschluss 221 ist wiederum an seitlichen Kontakten 243 der Anzeigeeinheit 201 aufgesteckt.
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Dadurch wird erreicht, dass sich der Übertragungsabschnitt 205 auf einfache Weise austauschen lässt. Beispielsweise können Übertragungsabschnitte 205 mit unterschiedlicher Länge eingesetzt werden. Dies ermöglicht aber auch eine einfache Montage an Durchbrüchen, Wandhaltern, Anzeige-Pulten oder Armaturwänden mit runden Montagedurchbrüchen für die Anzeige.
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Der elektrische Steckanschluss 221 der Anzeigeeinheit 201 kann Kontakte zur Kopplung mit dem Übertragungsabschnitt 205 und Tasten oder Anschlüsse zur Konfiguration und zur Einstellung der Anzeigeeinheit 201 umfassen.
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Die Anzeigeeinheit 201 umfasst weiter eine Leuchte 223 zum Signalisieren eines korrekt übermittelten, empfangenen Messsignals, welches auch durch eine kurze Hin- und Her-Schritt-Änderung der Zeigerposition 227 gegenüber der Skala 119 bewirkt werden kann. Das Signalisieren erfolgt beispielsweise durch Einschalten oder Blinken der Leuchte 223. Die Anzeigeeinheit 201 kann regelmäßig oder auf Anforderung oder über Auslösung des Sensors 217 ein Messsignal anfordern. Das Signalisieren kann auch bei Erreichen von vordefinierten Schwellwerten mit höherer Frequenz als Alarm oder Fehlermeldung ausgelöst werden.
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Durch den Übertragungsabschnitt 205 ist der Messwert der physikalischen Größe auswertbar und elektronisch über den Übertragungsabschnitt 205 zur Anzeigeeinheit 201 übermittelbar. Der von der Sensoreinheit 208 übermittelte Messwert kann in der Anzeigeeinheit 201 gedämpft oder verzögert über den Zeiger 203 ausgegeben werden, so dass schnelle und ruckartige Bewegungen oder Schwingungen des Zeigers 203 vermieden werden. Beispielsweise kann eine Steuerelektronik den Messwert über einen bestimmten Zeitraum ermitteln.
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Die Sensoreinheit 208 umfasst eine elastische Prozessmembran 213, durch die ein gemessener Druck auf das Fluid im Inneren der Sensoreinheit 208 übertragen wird. Die Prozessmembran 213 weist beispielsweise einen Durchmesser von 5 mm–35 mm oder 8 mm–20 mm auf, so dass sich Drücke besonders wirkungsvoll auch bei kleinen Prozessanschlüssen auf die Membran übertragen lassen.
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4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Druckmittler-Messsystems 200 mit dem elektrischen Übertragungsabschnitt 205.
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Der Messwert kann beispielsweise innerhalb der Anzeigeeinheit 201 in einer konfigurierten Auswerteeinheit ausgewertet und an eine grafische Anzeigeeinheit 201 ausgegeben werden. Die grafische Anzeigeeinheit 201 besteht hierbei aus einem Zeigerdisplay oder einem motorisch angetriebenen Zeiger 203 vor einer Skala 219.
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Die Anzeigeeinheit 201 umfasst beispielsweise eine elektronische Schaltung 233, die dazu dient, den vom Sensor 217 übermittelten Messwert über eine hinterlegte einstellbare mathematische Funktion in einen linearen Anzeigewert umzurechnen. Der lineare Anzeigewert wird auf einer linearen Skala mittels des elektronisch angesteuerten Zeigers 203 angezeigt. Das elektrische Übertragungssignal ist hierbei auf den Messbereich standardisiert und die Messbereichszuordnung mit Einheit und ggf. nichtlineare Umrechnungen der Prozessbedeutung sind individuell und eindeutig elektronisch hinterlegt. Diese entsprechen dem Aufdruck auf dem Zifferblatt 219 der Anzeigeeinheit 201.
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Daneben umfasst die Anzeigeeinheit 201 einen Energiespeicher 231, wie beispielsweise eine Batterie, der die elektronische Schaltung 233 der Anzeigeeinheit 201 bei Ausfall oder Unterbrechung einer Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt. Zusätzlich kann eine Schaltung 235 vorgesehen sein, die bei Ausfall oder Unterbrechung der Energieversorgung oder bei Unterbrechung der Messwertübermittlung den Zeiger 203 derart steuert, dass der Zeiger 203 an der Anzeigeeinheit 201 ausgeblendet wird oder aus einer regulären Messwertanzeigeskala gefahren wird.
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Die Sensoreinheit 208 umfasst einen druckdichten, mit einem Fluid gefüllten Druckauswertepfad 211, der eine dichtend abgeschlossene frontbündige Prozessmembran 213, dahinter einen Fluidraum mit Fluidfüllung 215 zur Übertragung der physikalischen Größe und einen Sensor 217 zur Auswertung der physikalischen Größe aufweist.
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Der Sensor 217 ist beispielsweise ein Piezosensor, ein Dünnschichtsensor, ein Membransensor, ein Doppelmembransensor oder ein keramischer Dickschichtsensor. Die Fluidfüllung 215 ist beispielsweise ein hydraulisch druckübertragendes Öl. Neben dem Sensor 127 kann ausserdem noch eine Bohrung in den Prozessanschluss eingebracht sein, in der ein Temperatursensor dicht hinter der Membran die Prozesstemperatur aufnimmt. Der Sensor ist an die Elektronik 216 angekoppelt und auf diese Weise kann ein Schwanken der Prozesstemperatur, sowie weitere Effekte des Mess-/Sensoraufbaus vorteilhaft elektronisch kompensiert werden.
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Daneben umfasst die Sensoreinheit 208 eine elektrische Schaltung 216 zum Auswerten und Übertragen der Signale des Sensors 217 auf den Übertragungsabschnitt 205. Dadurch kann der am Flansch anliegende Druck direkt in ein elektronisches Drucksignal umgewandelt werden, das über den Übertragungsabschnitt 205 an die Anzeigeeinheit 201 übertragen wird.
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Zusätzlich ist auf der Sensoreinheit 208 eine nach außen orientierte Markierung 237 angebracht, beispielsweise ein Barcode, Pixelcode oder QR-Code, die mittels eines mobilen Geräts ausgewertet werden kann. Anhand der Markierung kann ein gerätebezogener Datensatz aufgerufen werden, der Konfigurationsdaten oder Bedienungsinformationen für die Anzeigeeinheit 201 oder den Sensor 217 zur Konfiguration der Anzeigeeinheit 201, Auswerteeinheit oder des Sensors 217 enthält. Mit dem Datensatz kann über ein Prozess-Netzwerk ein der Anzeigeeinheit 201 oder dem Sensor 217 zugeordnetes Geräte-Protokoll abgerufen werden, das zuvor generiert und abgespeichert worden ist.
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Die Konfiguration der Komponenten zueinander kann voreingestellt und abgespeichert werden. Diese Voreinstellung kann beispielsweise über ein Setzen von DIP-Schaltern in einer Steckerbaugruppe 27 der Anzeigeeinheit 201 oder in einem Speicherbaustein im Steckerbereich der Anzeigeeinheit 201 erfolgen.
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Nach einem Setzen der Konfiguration kann das Kopieren der Daten in einen Speicher auf beiden Seiten durch eine Steuerung angestoßen werden. Daneben ist es möglich, dass die Anzeigeeinheit 201 und der Sensor 217 nach einem Stecken der Verbindung und einem Kommunikationsaufbau aus Sicherheitsgründen zunächst immer erst den Austausch der Konfiguration per Datenprotokoll vornehmen. Zu diesem Zweck ist auch die Nutzung eines freien Pins oder einer weiteren Litze innerhalb des Verbindungskabels des Übertragungsabschnitts 205 für einen derartigen Austausch möglich.
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Ebenfalls ist möglich, in der Anzeigeeinheit 201 eine Auswahl aus einer Konfigurations-Datenbank zu hinterlegen, die je nach Sensor 217 ausgewählt und aktiviert wird. Nach dem Stecken der Verbindung kann zunächst ein Prüfen eines Leitungswiderstandes, ein Detektieren eines Kontaktverschleißes oder ein Erkennen einer unzulässigen Leitungsverlängerung oder Modifikation oder das Erkennen und Überprüfen eines Sensors 208 ausgelöst werden.
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Dadurch kann ein vorkonfiguriertes Druckmittler-Messsystem bereitgestellt werden, das zum einen zerlegbar ist und zum anderen kompatibel und sicher mit entsprechenden Ersatzgeräten funktioniert, da durch die Konfiguration ein ”Pairing” erfolgt, das die zukünftige zuverlässige Funktion des Systems gewährleistet.
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Daneben kann ein von dem Druckmittler-Messsystem 200 oder der Auswerteeinheit 201 generiertes oder der Anzeigeeinheit 201 oder dem Sensor 217 zugeordnetes Geräte-Protokoll in eine spezifische Software des mobilen Gerätes einlesbar sein. Diese Software kann einem Benutzer Handlungsempfehlungen und Daten über aufgenommene Prozess-Messwerte und Verläufe und zur Rekonfigurierung der Anzeigeeinheit 201, des Sensors 217 oder des Druckmittler-Messsystems 200 ausgeben.
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Sowohl im Sensor 217 als auch in der Anzeigeeinheit 201 oder Auswerteeinheit sind Identifizierungsdaten und Konfigurationsdaten hinterlegt, die bei Kontaktierung nach einer Unterbrechung der Energieversorgung oder bei einem Systemstart vor der Übermittlung von Sensordaten ausgetauscht oder überprüft werden. Nach erfolgreichem Abgleich kann eine Pairingfreigabe zwischen Sensor 217 und Anzeigeeinheit 201 übermittelt werden, durch die eine Kombination von Sensor 208 und Anzeigeeinrichtung 201 freigegeben wird. Danach werden dann Sensordaten übermittelt und auf der Anzeigeeinheit 201 angezeigt.
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Im Allgemeinen kann das Druckmittler-Messsystem 200 statt zum Messen eines Druckes auch ausgebildet sein, einen Durchfluss als physikalische Größe zu messen. In diesem Fall wird ein Differenzdruck, beispielsweise in mBar, in Form der Übertragung als 4...20 mA Signal gemessen. Die Darstellung des Durchflusses erfolgt gemäß einer Wurzelfunktion an einer Normblende in einem Prozessfluss, die in der Anzeigeeinheit hinterlegt wird. Mit Hilfe einer entsprechenden skalierten Bedruckung auf dem Zifferblatt kann der Durchfluss auf einer Skala mit zugeordneter Durchflusseinheit angegeben werden.
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Hierbei ist ebenfalls möglich, dass in der Anzeigeeinheit 201 der Messwert gedämpft oder verzögert gegenüber dem elektrischen Übertragungssignal ausgegeben wird. Starke oder schnelle Zeigerausschläge, die motorisch schlecht auszugeben sind oder schlecht abzulesen sind, werden so vermieden.
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Der Zeiger 203 oder Teile des Zifferblattes 225 können zusätzlich leuchtend ausgeführt sein, um Prozess- oder Gerätezustände oder Schaltpunkte oder das Erreichen von bestimmten Grenzen zu signalisieren. Die Zeigerposition 227 kann zusätzlich von einem weiteren Sensor sensorisch erfasst werden.
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Dadurch ist nicht nur eine Kontrolle und Auswertung der richtigen Zeigerstellung möglich, sondern es kann auch ein zusätzliches elektrisches Ausgangssignal generiert werden, das extern an eine Schaltwarte gesendet oder zur Anzeigeeinheit oder Regelung einer anderen Größe verwendet werden kann.
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Die elektronische Tacho-Druckanzeige benötigt jedoch vorteilhafterweise nicht unbedingt eine Konfiguration an sich, sondern ist auch durch die Zifferblattskalierung ab Werk vorbestimmbar und direkt einsetzbar.
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Des weiteren kann durch Einbringung und Miteinbeziehung von Temperatursensoren im vorderen Sensorbereich der Messwert temperaturkompensiert angezeigt werden.
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5 zeigt ein Blockdiagramm für ein Druckmittler-Messverfahren 18. Das Druckmittler-Messverfahren umfasst den Schritt S101 eines Auswertens einer physikalischen Größe durch einen Sensor, die durch eine Prozessmembran auf einen mit einem Fluid gefüllten Druckauswertepfad übertragen wird, den Schritt S103 ”Messwertermitlung” eines elektronischen Übermittelns der physikalischen Größe an eine Anzeigeeinheit mittels eines Übertragungsabschnitts, der an zumindest einem seiner beiden Enden ein Koppelstück 207, 209 aufweist und den Schritt S105 eines grafischen Anzeigens eines Messwertes der physikalischen Größe mittels eines elektronisch steuerbaren Zeigers 203 auf einer Anzeigeeinheit.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Druckmittler-Messystem
- 101
- Anzeigeeinheit
- 103
- Zeiger
- 105
- Übertragungsabschnitt
- 107-1
- Koppelstück
- 107-2
- Kopplungsmutter
- 109-1
- Koppelstück
- 109-2
- Kopplungsmutter
- 113
- Membran
- 119
- Skala
- 125
- Zifferblatt
- 127
- Zeigerposition
- 139
- Befestigungsabschnitt
- 141
- Wandhalterung
- 150
- Bourdonmessrohr
- 151
- Werk
- 200
- Druckmittler-Messystem
- 201
- Anzeigeeinheit
- 203
- Zeiger
- 205
- Übertragungsabschnitt
- 207
- Koppelstück
- 208
- Sensor
- 209
- Koppelstück
- 211
- Druckauswertepfad
- 213
- Membran
- 215
- Fluidraum/Fluidfüllung
- 217
- Sensor
- 219
- Skala
- 221
- Steckanschluss
- 223
- Leuchte
- 225
- Zifferblatt
- 227
- Zeigerposition
- 231
- Energiespeicher
- 233
- Schaltung
- 235
- Schaltung
- 237
- Markierung
- 239
- Befestigungsabschnitt
- 241
- Wandhalterung
- 243
- Kontakte
- 245
- Kabel
- 277
- Schalter, Taster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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