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Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage mit einer Abgasleitung und einer Einbringvorrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung.
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Die Abgasanlage ist beispielsweise einer Brennkraftmaschine zugeordnet oder bildet einen Bestandteil der Brennkraftmaschine. Die Abgasanlage dient insbesondere dazu, von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas in Richtung einer Außenumgebung abzuführen. Insoweit strömt das Abgas der Brennkraftmaschine in die Abgasanlage ein, durchströmt diese beziehungsweise die Abgasleitung der Abgasanlage und gelangt nachfolgend, beispielsweise durch ein Endrohr der Abgasanlage, in die Außenumgebung. Die Abgasanlage verfügt bevorzugt über wenigstens eine Einrichtung zur Reinigung des Abgases, insbesondere einen Katalysator, beispielsweise einen SCR-Katalysator (SCR: Selective Catalytic Reduction; selektive katalytische Reduktion). In der Abgasreinigungseinrichtung beziehungsweise dem Katalysator werden in dem Abgas enthaltene Schadstoffe in weniger schädliche Produkte umgesetzt.
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Für diesen Vorgang kann es notwendig sein, das Reduktionsmittel in die Abgasleitung und mithin in das diese durchströmende Abgas einzubringen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des SCR-Katalysators der Fall. Ist ein solcher vorgesehen, so muss das Reduktionsmittel bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem SCR-Katalysator in die Abgasleitung eingebracht werden. Der Abstand zwischen der Position, an welchem das Einbringen des Reduktionsmittels erfolgt und dem SCR-Katalysator ist dabei bevorzugt derart bemessen, dass eine ausreichende Verwirbelung des Reduktionsmittels in dem Abgas bis zum Erreichen des SCR-Katalysators erfolgt. Das Reduktionsmittel wird mithilfe der Einbringvorrichtung in die Abgasleitung beziehungsweise das Abgas eingebracht, nämlich an der Einbringposition. Als Reduktionsmittel kommt beispielsweise Ammoniak beziehungsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung zum Einsatz, wobei sich aus letzterer durch Wärmeeinfluss ebenfalls Ammoniak ausbildet.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 198 56 366 C1 bekannt, welche eine Vorrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer mit Luftüberschuss arbeitenden Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage zeigt. Die Vorrichtung weist einen zur Reduktion von NO
x-Bestandteilen im Abgas dienenden Reduktionskatalysator, eine elektrisch ansteuerbare Dosiereinrichtung zum gesteuerten Einbringen von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung stromaufwärts des Reduktionskatalysators und eine Einrichtung zum Kühlen der Dosiereinrichtung auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Dosiereinrichtung ein Einspritzventil aufweist, das von einem, unmittelbar mit der Abgasleitung verbundenen, doppelwandigen Ventilaufnahmekörper umfasst ist. Zudem ist eine Drucklufterzeugungseinrichtung vorgesehen, die Druckluft in einen Luftspalt zwischen einer Außenwandung und einer Innenwandung des Ventilaufnahmekörpers zum Kühlen zumindest der abgasnahen Teile des Einspritzventils einbläst. Insbesondere wird hier also die Wärme thematisiert, welche von dem Abgas auf die Dosiereinrichtung übergeht. Die in der genannten Druckschrift beschriebene Vorrichtung ist jedoch aufwändig in ihrer Herstellung und muss zudem aktiv betrieben werden, indem ihr Druckluft zugeführt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Abgasanlage vorzuschlagen, welche kostengünstig und mit einer möglichst geringen Teileanzahl zu realisieren ist und gleichzeitig einen übermäßigen Wärmeeinfluss der Abgasleitung auf die Einbringvorrichtung verhindert.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruch 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Einbringvorrichtung wenigstens bereichsweise von einem Wärmeisolationselement umgeben ist, welches mit derselben Befestigungsvorrichtung an der Abgasleitung befestigt ist wie die Einbringvorrichtung. Das Wärmeisolationselement dient dazu, den Einfluss der von der Abgasanlage ausgehenden Wärme auf die Einbringvorrichtung zu verhindern. Insbesondere wird ein Einfluss von konvektiv übertragener Wärme weitgehend verhindert, indem das Wärmeisolationselement die Einbringvorrichtung wenigstens bereichsweise umgreift, beispielsweise schirmartig. Besonders bevorzugt ist selbstverständlich die Einbringvorrichtung in Umfangsrichtung (bezogen auf eine Längsmittelachse der Einbringvorrichtung) vollständiges durch das Wärmeisolationselement umgriffen. Das Wärmeisolationselement, beispielsweise als Wärmeisolationsschirm ausgebildet, liegt zunächst separat von der Einbringvorrichtung vor und wird erst im Rahmen einer Montage, bevorzugt gleichzeitig mit der Einbringvorrichtung, an der Abgasleitung befestigt.
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Um eine einfache Montage und eine kostengünstige Herstellung der Abgasanlage zu ermöglichen, ist die Befestigungseinrichtung, mit welcher die Einbringvorrichtung an der Abgasleitung gehalten ist, derart ausgestaltet, dass sie gleichzeitig und unmittelbar das Wärmeisolationselement und die Einbringvorrichtung an der Abgasleitung hält. Unter dem unmittelbaren Halten ist zu verstehen, dass nicht beispielsweise mittels der Befestigungseinrichtung die Einbringvorrichtung an der Abgasleitung befestigt ist und das Wärmeisolationselement anderweitig an der Einbringvorrichtung gehalten ist. Vielmehr soll die Befestigungseinrichtung derart ausgestaltet sein, dass vor dem Befestigen die Einbringvorrichtung, das Wärmeisolationselement und die Abgasleitung jeweils zueinander verlagerbar sind und mit dem Befestigen gleichzeitig zueinander festgesetzt werden. Wird die Befestigungseinrichtung gelöst, so lösen sich mithin vorzugsweise die Einbringvorrichtung und das Wärmeisolationselement sowohl von der Abgasleitung als auch voneinander.
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Bevorzugt liegt also das Wärmeisolationselement separat von der Befestigungseinrichtung vor. Das bedeutet, dass zunächst die Einbringvorrichtung sowie das Wärmeisolationselement bezüglich der Abgasleitung positioniert werden und anschließend die Befestigungseinrichtung derart angeordnet wird, dass nachfolgend sowohl die Einbringvorrichtung als auch das Wärmeisolationselement an der Abgasleitung gehalten sind. Alternativ kann selbstverständlich auch eine einstöckige Ausgestaltung von Wärmeisolationselement und Befestigungseinrichtung vorgesehen sein, sodass mit dem Anordnen der Befestigungseinrichtung zum Halten der Einbringvorrichtung an der Abgasleitung gleichzeitig das Wärmeisolationselement positioniert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasleitung einen Anschlussflansch und die Einbringvorrichtung einen Befestigungsflansch aufweist, wobei der Befestigungsflansch mittels der Befestigungseinrichtung an dem Anschlussflansch befestigt ist. Sowohl die Abgasleitung als auch die Einbringvorrichtungen weisen also jeweils einen Flansch auf, nämlich den Anschlussflansch auf der einen Seite und den Befestigungsflansch auf der anderen Seite. Unter dem Flansch ist dabei ein Element zu verstehen, welches von der Abgasleitung beziehungsweise der Einbringvorrichtung vorsteht und ein Hintergriffselement bereitstellt, welches zum Befestigen der Einbringvorrichtung an der Abgasleitung jeweils von der Befestigungseinrichtung hintergreifbar ist. Das Hintergriffselement liegt beispielsweise jeweils als Radialvorsprung (wiederum bezüglich der Längsmittelachse der Einbringvorrichtung) vor.
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Zum Befestigen der Einbringvorrichtung an der Abgasleitung werden nun die beiden Flansche gegenüberliegend angeordnet. Anschließend wird die Befestigungseinrichtung derart positioniert, dass sie sowohl das Hintergriffselement des Anschlussflanschs als auch das Hintergriffselement des Befestigungsflanschs hintergreift, sodass die beiden Flansche gegeneinander gedrängt werden. Zu diesem Zweck ist die Befestigungseinrichtung beispielsweise als Befestigungsschelle oder dergleichen ausgestaltet. Beispielsweise ist der Durchmesser der Befestigungsschelle beliebig einstellbar, sodass nach einem Anordnen der Befestigungsschelle derart, dass sie die Hintergriffselemente der beiden Flansche hintergreift, in ihrem Durchmesser so reduziert wird, dass sie die beiden Flansche gegeneinander drängt und mithin die Einbringvorrichtung an der Abgasleitung hält.
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Um die Einbringvorrichtung zusätzlich vor Wärme zu schützen, kann es vorgesehen sein, zwischen dem Anschlussflansch und dem Befestigungsflansch eine Isolierung anzuordnen, welche die beiden Flansche in axialer Richtung voneinander beabstandet, sodass sie nicht miteinander in unmittelbarem Berührkontakt stehen. Während also die Befestigungseinrichtung die beiden Flansche gegeneinander drängt, sorgt die Isolierung dafür, dass stets ein bestimmter Mindestabstand eingehalten wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeisolationselement die Einbringvorrichtung trichterförmig umgibt. Das bedeutet, dass die Abmessungen des Wärmeisolationselements in die von der Abgasleitung abgewandte Richtung zunehmen, vorzugsweise ab der Befestigungseinrichtung. Auf diese Art und Weise wird von der Abgasleitung erwärmte und nachfolgend durch natürliche Konvektion aufsteigende Luft von der Einbringvorrichtung fortgedrängt. Durch das trichterartige Aufweiten des Wärmeisolationselements kann mithin eine geringere Höhe des Wärmeisolationselements vorgesehen sein, als dies bei konstanten Außenabmessungen der Fall wäre, weil die Strömung der aufsteigenden Luft von der Einbringvorrichtung weggerichtet ist. Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass das Wärmeisolationselement die Einbringvorrichtung in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Das trichterförmige Wärmeisolationselement muss selbstverständlich nicht vollständig trichterförmig sein, vielmehr reicht es aus, wenn lediglich ein Bereich trichterförmig ist, beispielsweise derjenige Bereich, welcher oberhalb der Befestigungseinrichtung vorliegt, also auf der der Abgasleitung abgewandten Seite.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeisolationselement in Form einer Matte, eines Gewebes oder eines Gestricks, insbesondere aus Metall, vorliegt. Insbesondere ist das Wärmeisolationselement flexibel ausgestaltet, sodass ein besonders einfaches Ausformen des Wärmeisolationselements möglich ist. Durch die Ausgestaltung als Matte, Gewebe oder Gestrick wird das Gewicht deutlich reduziert, bei gleichzeitig guten Isoliereigenschaften. Die Isolationswirkung rührt dabei insbesondere von dem Abdrängen der von der Abgasleitung ausgehend aufsteigenden Luft. Das Wärmeisolationselement besteht beispielsweise aus Metall, wobei selbstverständlich auch andere Werkstoffe, insbesondere Kunststoff, oder dergleichen vorgesehen sein können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Wärmeisolationselement derart ausgebildet ist, dass es wenigstens bereichsweise von der Einbringvorrichtung beabstandet ist. Dies ist besonders bevorzugt in dem trichterförmigen Bereich des Wärmeisolationselements der Fall. Durch das beabstandete Anordnen wird verhindert, dass Wärme, welche auf das Wärmeisolationselement übertragen wird, unmittelbar die Einbringvorrichtung beeinträchtigen kann. Zwischen dem Wärmeisolationselement und der Einbringvorrichtung liegt insoweit wenigstens bereichsweise ein Isolationsraum vor, welcher beispielsweise mit Luft gefüllt ist. Dabei ist das Wärmeisolationselement bevorzugt derart ausgebildet, dass es auf seiner der Abgasleitung zugewandten Seite an der Einbringvorrichtung anliegt, während es auf seiner der Abgasleitung abgewandten Seite von dieser beabstandet vorliegt. Insbesondere läuft eine Zuleitung für das Reduktionsmittel, welcher der Einbringvorrichtung zugeordnet ist, ohne Berührkontakt zu dem Wärmeisolationselement durch dieses hindurch.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Wärmeisolationselement zumindest bereichsweise zwischen dem Befestigungsflansch und/oder dem Anschlussflansch einerseits und der Befestigungseinrichtung andererseits klemmend gehalten ist. Das Wärmeisolationselement liegt also derart zwischen wenigstens einem der Flansche und der Befestigungseinrichtung vor, dass diese voneinander beabstandet sind, also nicht unmittelbar in Berührkontakt miteinander stehen. Beispielsweise ist das Wärmeisolationselement dabei an die beiden Flansche formangepasst, sodass es insbesondere die Hintergriffselemente der beiden Flansche analog zu der Befestigungseinrichtung hintergreift. Bei einer derartigen Anordnung kann das Wärmeisolationselement mithilfe der Befestigungseinrichtung äußerst zuverlässig an der Abgasleitung und mithin der Einbringvorrichtung befestigt werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, zwischen die Einbringvorrichtung und das Wärmeisolationselement ein Kühlmittel, insbesondere Luft, einzubringen. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Einrichtung vorgesehen. Beispielsweise mündet eine Kühlmittelleitung in das Wärmeisolationselement ein, durch welche das Kühlmittel eingebracht wird. Vorzugsweise wird das Kühlmittel mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe gefördert, so dass es zwischen Einbringvorrichtung und Wärmeisolationselement austritt. Mit einer derartigen Ausgestaltung das Abgasanlage kann zusätzlich Wärme von der Einbringvorrichtung abtransportiert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur einen Längsschnitt durch einen Bereich einer Abgasanlage, welche über eine Abgasleitung und eine Einbringvorrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels verfügt.
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Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Abgasanlage 1, insbesondere entlang einer Längsmittelachse 2 einer Einbringvorrichtung 3 beziehungsweise entlang einer Längsmittelachse 4 einer Abgasleitung 5 der Abgasanlage 1. Die Abgasanlage 1 ist beispielsweise einer Brennkraftmaschine zugeordnet und weist Mittel zur Reinigung des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases auf. Als ein derartiges Mittel ist beispielsweise ein Katalysator, insbesondere ein SCR-Katalysator, vorgesehen. Stromaufwärts eines derartigen Katalysators (der hier nicht dargestellt ist), bezogen auf eine durch den Pfeil 6 angedeutete Hauptströmungsrichtung des Abgases, muss üblicherweise ein Reduktionsmittel in die Abgasleitung 5 beziehungsweise das diese durchströmende Abgas eingebracht werden. Dieser Vorgang ist durch den Strahl 7 angedeutet. Zum Einbringen des Reduktionsmittels ist die Einbringvorrichtung 3 vorgesehen.
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Um die Einbringvorrichtung 3 an der Abgasleitung 5 zu befestigen, weist die Abgasleitung 5 einen Anschlussflansch 8 und die Einbringvorrichtung 3 einen Befestigungsflansch 9 auf. Dabei steht der Anschlussflansch 8 in axialer Richtung (bezüglich der Längsmittelachse 2) über einen Grundkörper 10 der Abgasleitung 5 in Richtung der Einbringvorrichtung 3 über. Sowohl der Anschlussflansch 8 als auch der Befestigungsflansch 9 verfügen jeweils über ein Hintergriffselement 11 beziehungsweise 12. Diese Hintergriffselemente 11 und 12 werden beispielsweise jeweils durch einen Radialvorsprung (bezogen auf die Längsmittelachse 2) gebildet. Um die Einbringvorrichtung 3 an der Abgasleitung 5 zu halten, werden die Hintergriffselemente 11 und 12 der beiden Flansche 8 und 9 von einer Befestigungseinrichtung 13 hintergriffen, welche vorzugsweise als Befestigungsschelle ausgestaltet ist.
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Um die Einbringvorrichtung 3 thermisch von der Abgasleitung 5 zu entkoppeln, stehen die beiden Flansche 8 und 9 nicht in unmittelbarer Berührverbindung. Vielmehr ist zwischen ihnen eine Isolierung 14 angeordnet, welche sie in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 2 voneinander beabstandet. Die Befestigungseinrichtung 13 drängt nun den Befestigungsflansch in Richtung des Anschlussflansches 8 und setzt so die Einbringvorrichtung 3 bezüglich der Abgasleitung 5 fest. Um die Beaufschlagung der Einbringvorrichtung 3 mit von der Abgasleitung 5 ausgehender Wärme möglichst zu verringern, ist ein Wärmeisolationselement 15 vorgesehen. Dieses setzt sich bevorzugt aus einem Haltebereich 16 und einem Isolationsbereich 17 zusammen. Der Haltebereich 16 dient dem Halten des Wärmeisolationselements 15 bezüglich der Einbringvorrichtung 3 beziehungsweise bezüglich der Abgasleitung 5. Dabei ist der Haltebereich 16 wenigstens bereichsweise zwischen dem Anschlussflansch 8 und/oder dem Befestigungsflansch 9 einerseits sowie der Befestigungseinrichtung 13 andererseits angeordnet. Insbesondere weist er eine Erstreckung in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 2 derart auf, dass er die Hintergriffselemente 11 und 12 der beiden Flansche 8 und 9 hintergreift.
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Auf diese Art und Weise ist es möglich, sowohl die Einbringvorrichtung 3 als auch das Wärmeisolationselement 15 mithilfe derselben Befestigungseinrichtung 13 an der Abgasleitung 5 zu befestigen. Entsprechend wird nur eine geringe Anzahl von Teilen bei der Montage der Abgasanlage 1 benötigt. Der Haltebereich 16 des Wärmeisolationselements 15 liegt bevorzugt an dem Befestigungsflansch 9 der Einbringvorrichtung 3 an. Der Isolationsbereich 17 ist dagegen bevorzugt von der Einbringvorrichtung 3 beabstandet, liegt also nicht in dieser an. Zu diesem Zweck weist das Wärmeisolationselement 15 entsprechende Innenabmessungen auf. Beispielsweise ist der Isolationsbereich 17 trichterförmig ausgestaltet, weitet sich also in die von der Abgasleitung 5 abgewandte Richtung auf.
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Bevorzugt weist das Wärmeisolationselement 15 eine konstante Wandstärke auf. Durch die trichterförmige Ausgestaltung des Wärmeisolationselements 15 beziehungsweise des Isolationsbereichs 17 wird die von der Abgasleitung bedingt durch natürliche Konvektion aufsteigende Luft von der Einbringvorrichtung 3 fortgedrängt. Entsprechend wird ein übermäßiges Aufheizen der Einbringvorrichtung 3 verhindert. Insbesondere liegt zwischen dem Wärmeisolationselement 15 und der Einbringvorrichtung 3 beziehungsweise einer Zuleitung 18 der Einbringvorrichtung 3 ein Isolationsraum 19 vor, welcher mit Luft gefüllt ist. Durch die Zuleitung 18 kann, wie durch die Pfeile 20 angedeutet, Reduktionsmittel in Richtung der Abgasleitung 5 geführt und an einer Einbringposition 21 in diese eingebracht werden.
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Ein auf die Montage der Abgasanlage 1 gerichtetes Verfahren weist mithin die folgenden Schritte auf: Bereitstellen der Abgasleitung 5 und der Einbringvorrichtung 3; gegenüberliegendes Anordnen der beiden Flansche 8 und 9; Aufstülpen des Wärmeisolationselements 15 beziehungsweise von dessen Haltebereich 16 über die Flansche 8 und 9; Anbringen der Befestigungseinrichtung 13 derart, dass die Hintergriffselemente 11 und 12 der beiden Flansche 8 und 9 von diesem hintergriffen werden. Nachfolgend wird beispielsweise der Durchmesser der Befestigungseinrichtung 13, welche als Befestigungsstelle ausgeführt sein kann, derart reduziert, dass das Wärmeisolationselement 15 klemmend zwischen den Flanschen 8 und 9 sowie der Befestigungseinrichtung 13 gehalten ist und gleichzeitig die Einbringvorrichtung 3 an der Abgasleitung 5 befestigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasanlage
- 2
- Längsmittelachse
- 3
- Einbringvorrichtung
- 4
- Längsmittelachse
- 5
- Abgasleitung
- 6
- Pfeil
- 7
- Strahl
- 8
- Anschlussflansch
- 9
- Befestigungsflansch
- 10
- Grundkörper
- 11
- Hintergriffselement
- 12
- Hintergriffselement
- 13
- Befestigungseinrichtung
- 14
- Isolierung
- 15
- Wärmeisolationselement
- 16
- Haltebereich
- 17
- Isolationsbereich
- 18
- Zuleitung
- 19
- Isolationsraum
- 20
- Pfeil
- 21
- Einbringposition
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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