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Die Erfindung betrifft eine Kettbaumscheibe eines Kettbaumes mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Kettbaum besteht aus einem Rohrkörper aus Stahl und seitlichen Kettbaumscheiben. Kettbaumscheiben werden zumeist aus Aluminium-Sandguss oder Aluminium-Kokillenguss hergestellt sind. Da Kettbaumscheiben Durchmesser von bis zu 1.600 mm besitzen, bei Wickelbreiten des Kettbaumes von z. B. 5.900 mm, kann ein bewickelter Kettbaum mehrere Tonnen wiegen. Kettbaumscheiben unterliegen daher sehr hohen mechanischen Belastungen.
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Zusätzlich müssen die inneren Flächen der Kettbaumscheiben fadenfreundlich ausgestaltet sein. Daher bestehen hohe Anforderungen an die Planheit der inneren Flächen der Kettbaumscheiben. Ferner müssen die Kettbaumscheiben druckstabil sein und dürfen sich unter Last möglichst wenig verformen. Das bedeutet wiederum, dass die Kettbaumscheiben für die gewünschte Steifigkeit aus einem besonders steifen Werkstoff bestehen müssen und/oder in besonderer Weise ausgesteift sein müssen. Nachteilig für Hersteller und Käufer von Kettbäumen ist, dass Aluminium vergleichsweise teuer ist und dass der Preis zudem noch stark schwankt.
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Zum Stand der Technik ist das deutsche Gebrauchsmuster
DE 66 00 616 U1 zu nennen, welches eine Kettbaumscheibe offenbart, deren dem Garnwickel zugewandte Rotationsfläche aus einer plastische verarbeitbaren Masse wie Kunststoff oder dergleichen besteht. Der zweite Teil der Kettbaumscheibe besteht aus einem starren tragfähigen Material.
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In dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 74 42 123 U1 und der schweizerischen Patentschrift
CH 606 546 A5 wird eine Kettbaumscheibe beschrieben, die aus einem synthetischen oder metallischen Hartschaum gebildet sein kann.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 76 11 090 U1 ist eine Kettbaumscheibe bekannt, bei welcher Hohlräume zwischen Verstärkungsrippen mit einer Ausschäumung versehen sind.
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Durch die
DE 77 19 296 U1 ist eine hohle, im Kokillengussverfahren hergestellte Kettbaumscheibe bekannt, die am Außenumfang einen Randkranz z. B. aus Kunststoff vorsieht. Es zählt auch zum Stand der Technik, den Randkranz auswechselbar zu befestigen und durch seine Farbgebung zur Kennzeichnung eines Spulenkörpers zu verwenden (
DE 93 12 348 U1 ).
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Mehrteilige Kettbaumscheiben zählen auch durch die
DE 29 35 225 A1 zum Stand der Technik, wobei die Kettbaumscheibe eine Seitenscheibe und eine Stützscheibe aufweist.
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Nachteilig an vielen der bekannten Kettbaumscheiben ist, dass sie relativ aufwändig in der Herstellung sind. Der Gewichtsvorteil wird durch aufwändige Fertigungsverfahren und höhere Herstellungskosten erkauft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kettbaumscheibe aufzuzeigen, die sowohl kostengünstig in der Herstellung ist, als auch eine hohe Steifigkeit besitzt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kettbaumscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Kettbaumscheibe zur starren Befestigung an einem Rohr eines Kettbaumes besitzt einen Innenkranz und einen vom Innenkranz nach radial außen weisenden Scheibenkörper. Der Scheibenkörper besitzt einen Mineralstoffanteil von mindestens 50%.
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Mineralstoffe sind bedeutend kostengünstiger als metallische Werkstoffe. In Kombination mit geeigneten Zuschlagstoffen und Bindemitteln lassen sich Kettbaumscheiben herstellen, die in ihren Eigenschaften hinsichtlich der geforderten Tragfähigkeit und Steifigkeit mit herkömmlichen Kettscheiben aus rein metallischen Werkstoffen vergleichbar sind. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht dabei nicht in der üblicherweise angestrebten Gewichtsersparnis und besonders schlanken Bauweise, sondern in der äußerst kostengünstigen Bauweise. Mineralische Stoffe sind gut verfügbar und in großem Umfang erhältlich. Mineralische Stoffe unterliegen aufgrund ihrer besseren Verfügbarkeit kleineren Preisschwankungen. Da mineralische Werkstoffe ohnehin bedeutend günstiger sind als metallische Werkstoffe, wirken sich Preisschwankungen auch nicht so gravierend auf Produktkosten aus.
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Es hat sich gezeigt, dass die bei entsprechender Formgebung und entsprechender Einstellung des mineralischen Werkstoffes sehr plane und ebene Oberflächen geschaffen werden können, ohne dass es einer weiteren garnseitigen Bedeckung des mineralischen Werkstoffes bedarf. Selbstverständlich kann die garnseitige Oberfläche des Scheibenkörpers zusätzlich versiegelt sein oder mit einer Beschichtung versehen sein, um einerseits die Kettbaumscheibe zu schützen, aber auch andererseits zum Schutz des Wickelkörpers. Die Erfindung schließt nicht aus, dass an dem Scheibenkörper zusätzlich ein garnseitiges Scheibenblatt angeordnet ist, das aus einem anderen Werkstoff als der mineralische Werkstoff besteht.
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Bevorzugt besteht ein solches Scheibenblatt aus Metall. Insbesondere besteht es aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung. Das Scheibenblatt wird auf seiner dem Wickelkörper, d. h. seiner dem Garn abgewandten Seite von denjenigen Komponenten der Kettbaumscheibe, die aus dem mineralischen Werkstoff bestehen, unterstützt. Dieser Bereich der Kettbaumscheibe kann daher als Stützkörper bezeichnet werden. Der Stützkörper bzw. der Scheibenkörper besteht mithin aus einem zweiten Werkstoff abweichend von dem Werkstoff des Scheibenblattes.
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Die Verwendung von mineralischen Werkstoffen ist insbesondere durch die funktionale Trennung der Führungsfunktion mittels des garnseitigen Scheibenblattes und der Stütz- und Tragfunktion mittels des Scheibenkörpers möglich. Durch geeignete Bindemittel kann der mineralische Werkstoff so gebunden werden, dass sich für die jeweilige Baugröße und Bauform der Kettbaumscheibe eine hinreichende Steifigkeit ergibt. Die Wahl des Bindemittels und geeigneter Zuschlagstoffe führt ferner zur einem Verbundwerkstoff, der auch eine hinreichende Duktilität besitzt, um dynamische Lasten aufzunehmen, die über einen Außenrand der Kettbaumscheibe an der Kettbaumscheibe angreifen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung enthält der Scheibenkörper neben dem mineralischen Werkstoff und einem Bindemittel Fasern. Hierbei kann es sich um gerichtet oder ungerichtete Fasern handeln. Gerichtete Fasern sind insbesondere Gewebelagen. Es können Stahl-, Glas-, Kunststoff- oder Textilfasern oder deren Gemische zum Einsatz kommen. Insbesondere durch Stahlfasern kann im Vergleich zu einem Stahlbeton ein erheblicher Teil der Bewehrung eingespart werden oder eine Bewehrung ersetzt werden. Ein Faserbeton verformt sich weniger als ein normal bewehrter Beton. Er ist weniger anfällig für Rissbildung und besitzt ein verbessertes Bruchverhalten, er besitzt eine höhere Schlagfestigkeit und Druckfestigkeit, was für den Verwendungszweck bei Kettbaumscheiben sehr vorteilhafte Eigenschaften sind. Da die Oberfläche eines Faserbetons durch den Faserzuschlag nicht zwingend glatt ist, ist es möglich, die Oberfläche mit einer bindenden Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung dient auch dazu, die mineralischen Oberflächenbestandteile zusammenzuhalten, so dass kein Abrieb von dem mineralischen Scheibenkörper in Produktionsanlagen oder Produktionsräume gelangen kann. Die Beschichtung soll auch die Rauheit der Oberfläche des Scheibenkörpers reduzieren um Anhaftungen von Produktionsrückständen, insbesondere von Fasern zu vermeiden und um die Reinigung zu vereinfachen. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Lackierung handeln.
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Das Bindemittel für den mineralischen Werkstoff ist insbesondere Zement. Ferner kann als Bindemittel ein Kunstharz verwendet werden, in den der mineralische Werkstoff eingebettet ist. Auch eine Kombination mehrerer Bindemittel ist möglich.
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Das Scheibenblatt ist vorzugsweise ein dünnes Metallblech, das nicht dafür ausgelegt ist, radial wirkende Kräfte, insbesondere nicht das Eigengewicht des bewickelten oder unbewickelten Kettbaumes zu übertragen. Diese Funktion übernimmt der Scheibenkörper. Der Scheibenkörper dient daher zur Aufnahme von Axialkräften, die auf das Scheibenblatt wirken und zur Übertragung von Radialkräften, die insbesondere durch das Eigengewicht des Kettbaumes auf die Kettbaumscheiben wirken. Hierfür ist der Scheibenkörper formschlüssig mit dem Innenkranz verbunden. Der Innenkranz besitzt eine geeignete Verzahnungsgeometrie für eine Kraftübertragung in Radial- und in Axialrichtung sowie in Umfangsrichtung. Eine Kraftübertragung in Umfangsrichtung und Axialrichtung ist möglich über radial orientierte Vertiefungen oder Vorsprünge an dem Innenkranz. Wenn diese Vertiefungen oder Vorsprünge Hinterschneidungen besitzen, ist auch ein Formschluss in Radialrichtung gegeben. Das ist wichtig, da der Verbundwerkstoff des Scheibenkörpers in der Regel einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Scheibenblatt besitzt.
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Der Scheibenkörper kann radial außenseitig mit einem Außenkranz, insbesondere aus Metall verbunden sein. Der Außenkranz bildet die Lauffläche der Kettbaumscheibe und unterliegt besonders hohen punktuellen radialen Belastungen. Der Außenkranz ist daher ebenfalls formschlüssig mit dem Scheibenkörper verbunden und wird durch den Scheibenkörper von radial innen unterstützt. Eine geeignete Innenverzahnung ermöglicht eine Kraftübertragung in Radialrichtung, Axialrichtung und Umfangsrichtung.
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Der Außenring kann ferner das radial äußere Widerlager für das Scheibenblatt sein. Das Scheibenblatt kann mit dem Außenring verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig.
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Die Erfindung schließt allerdings nicht aus, dass der Innenkranz, das Scheibenblatt und der Außenring materialeinheitlich einstückig z. B. im Metallgussverfahren hergestellt sind. Auch ist das Scheibenblatt nicht notwendigerweise ein dünnes Metallblech. Das Scheibenblatt kann auch eine Wanddicke aufweisen, die wie bei Gussteilen eine spanabhebende Bearbeitung ermöglicht, um die gewünschte Planheit einzustellen. In diesem Fall ist der Bereich zwischen dem Innenkranz und dem Außenkranz im Querschnitt gewissermaßen U-förmig konfiguriert. Dieser Bereich steht für die Einbringung einer fließfähigen, mineralischen Masse zur Verfügung, die unter entsprechender Formgebung aushärtet und den Bereich zwischen Innen- und Außenkranz aussteift.
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Die Geometrie des Scheibenkörpers sollte vorzugsweise eine optimale Aussteifung bei geringem Gewicht ermöglichen. Daher kann die Oberfläche des Scheibenkörpers gerippt sein. Auch kann der Scheibenkörper eine Anordnung mehrerer Einzelrippen sein. Der Scheibenkörper als solcher kann auch von einem vorgefertigten Fertigbauteil gebildet sein, das in der Einbaulage lediglich zu Verbindungszwecken lokal mit dem Innen- und Außenkranz vergossen wird. Hierzu kann auch das vorgefertigte Fertigbauteil mit geeigneten Verzahnungsmittel versehen sein, die einen formschlüssigen Verbund mit der Vergussmasse zur Anbindung an den Innen- und Außenkranz ermöglichen.
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Sollten hinreichende Flächenträgheitsmomente des Scheibenkörpers nur durch entsprechend hohe Berippungen des Stützkörpers erreichbar sein, ist es denkbar, Bereiche des Scheibenkörpers, die nahe der Biegeachse liegen und wenig zur Erhöhung des Flächenträgheitsmoments beitragen, mit Aussparungen zu versehen. Der Scheibenkörper kann daher mit innen liegenden, geschlossenen Hohlräumen versehen sein. Die Hohlräume können durch verlorene Formkörper gebildet sein, z. B. aus einem leichten Schaumwerkstoff. Als Hohlraum werden mithin auch Bereiche bezeichnet, die eine durch einen Formkörper vorgegebene Gestalt bestehen, wobei der Formkörper eine geringere Dichte als der mineralische Werkstoff besitzt.
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Der Scheibenkörper besteht im einfachsten Fall aus Stahlbeton. Es besitzt eine geeignete Armierung, die in den Stahlbeton eingebettet ist und vor dem Umgießen zwischen dem Innenkranz und dem Außenkranz angeordnet oder an diesen befestigt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend an den in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
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1 eine erste Ausführungsform einer Kettbaumscheibe im Querschnitt;
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2 eine zweite Ausführungsform einer Kettbaumscheibe im Querschnitt,
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3 eine dritte Ausführungsform einer Kettbaumscheibe im Querschnitt und
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4 eine vierte Ausführungsform einer Kettbaumscheibe im Querschnitt.
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1 zeigt eine Kettbaumscheibe 1 im Querschnitt. Die Kettbaumscheibe 1 ist Bestandteil eines nur teilweise dargestellten Kettbaumes 2, der ein Rohr 3 besitz, an welchem ein Innenkranz 4 der Kettbaumscheibe 1 befestigt ist. Das Rohr 3 besteht aus Stahl. Der Innenkranz 4 besteht ebenfalls aus Metall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung oder ebenfalls aus Stahl. Die Kettbaumscheibe 1 besitzt ferner einen Scheibenkörper 6. Der Scheibenkörper 6 ist der tragende Bestandteil der Kettbaumscheibe. Zusätzlich ist bei der Ausführungsform der 1 optional noch ein Scheibenblatt 5 dargestellt, das selbst jedoch keine tragende Funktion hat. Bei entsprechend guter Formgebung ist die Oberfläche des Scheibenkörpers 6 auch ohne zusätzliches Scheibenblatt 5 so glatt und eben, dass die Anforderungen an die Planheit erfüllt werden.
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Das zusätzliche (optionale) Scheibenblatt 5 ist auf der dem zu wickelnden Garn zugewandten Seite, also auf der Innenseite der Kettbaumscheibe 1 angeordnet. Das Scheibenblatt 5 ist von einem relativ dünnwandigen (1 mm–3 mm) Metallblech gebildet, ebenfalls insbesondere aus Stahl oder aus einer Aluminiumlegierung. Das Scheibenblatt 5 hat keine tragende Funktion und könnte die beim Wickeln in Axialrichtung wirkenden Kräfte nicht alleine aufnehmen und würde sich biegen, so dass sich die Wickelbreite nach radial außen V-förmig verbreitern würde.
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Der Scheibenkörper 6 besitzt einen Anteil von mineralischen Werkstoffen von mindestens 50%. Der Scheibenkörper 6 ist aus Beton. Das Bindemittel zur Verbindung des mineralischen Werkstoffes ist Zement. Der mineralische Werkstoff kann von unterschiedlicher Körnung sein. Er kann einen Anteil von Kies und einen Anteil mit feinerer Körnung wie z. B. Sand aufweisen. Es kann sich bei dem Beton um eine Stahlbeton mit einer inneren Armierung aus Stahl handeln (nicht näher dargestellt).
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Der Scheibenkörper 6 ist formschlüssig mit dem Innenkranz 4 verbunden. Hierzu ist an dem Innenkranz 4 eine Außenverzahnung 7 ausgebildet, die Hinterschneidungen besitzt, so dass der Scheibenkörper 6 Kräfte aus allen Raumrichtungen auf den Innenkranz 4 übertragen kann, ohne dass es zu einer Relativverlagerung zwischen dem Innenkranz 2 und dem Scheibenkörper 6 kommt.
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In gleicher Weise ist der Scheibenkörper 6 formschlüssig mit einem Außenkranz 8 verbunden, welcher den Scheibenkörper 6 radial außen umgibt. Der Außenkranz 8 besteht aus Metall, insbesondere aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung. Er besitzt eine Innenverzahnung 9 mit Hinterschneidungen für den Formschluss mit dem Scheibenkörper 6. Das Scheibenblatt 5 ist ebenfalls mit dem Außenkranz 8 verbunden, insbesondere verschweißt.
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Der Scheibenkörper 6 ist das tragende Bauteil zwischen dem Innenkranz 4 und dem Außenkranz 8. Da das auf die Kettbaumscheibe 1 in Axialrichtung wirkende Biegemoment im Übergangsbereich zum Innenkranz 4 am größten ist, nimmt die in Axialrichtung des Rohres 3 gemessene Dicke des Scheibenkörpers 6 zum Außenkranz 8 hin ab. Dementsprechend besitzt der Innenkranz 4 eine größere axiale Länge als der Außenkranz 8. Der Scheibenkörper 6 ist an die jeweilige axiale Länge angepasst und daher kegelstumpfförmig ausgebildet.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich von derjenigen der 1 durch eine andere Armierung 11 des Scheibenkörpers 6. Für identische oder im Wesentlichen identische Komponenten dieser Kettbaumscheibe 10 werden die in 1 genannten Bezugszeichen weiter verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist der Scheibenkörper 6 mit Fasern armiert. Es befindet sich im mittleren Bereich des Scheibenkörpers 6 mehrere Faserlagen in Form von Gewebebahnen als Armierung 11. Diese Gewebebahnen können aus Kohle-, Stahl-, Glas- oder Kunststofffasern bestehen.
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Die Ausführungsform der 3 zeigt eine Kettbaumscheibe 12, bei welcher der Scheibenkörper 6 nicht über seinen Umfang insgesamt kegelstumpfförmig ausgebildet ist, sondern Rippen 13 aufweist. Die Höhe der Rippen 13 nimmt nach radial innen zu, was auf das höhere aufzunehmende Biegemoment am Innenkranz 4 zurückzuführen ist.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kettbaumscheibe 14 mit innen liegenden Hohlräumen 15, die zur Gewichtsreduzierung dienen. Sie können durch Umgießen von verlorenen Formkörpern hergestellt sein. In diesem Fall ist der Begriff ”Hohlraum” so zu verstehen, dass er einen Körper mit geringerem spezifischen Gewicht beinhaltet als der umgebende Werkstoff des Scheibenkörpers 6. Der Hohlraum ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem verlorenen Formkörper aus einem porösen Kunststoff gefüllt.
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Zudem zeigt 4, dass das Scheibenblatt 16 materialeinheitlich einstückig mit dem Innenkranz 4 und dem Außenkranz 8 ausgebildet ist. Das Scheibenblatt 16 ist im Gussverfahren hergestellt und daher dicker und tragfähiger als das Scheibenblatt 5 an einer separaten Metallplatte wie in den 1 bis 3.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kettbaumscheibe
- 2
- Kettbaum
- 3
- Rohr
- 4
- Innenkranz
- 5
- Scheibenblatt
- 6
- Scheibenkörper
- 7
- Außenverzahnung
- 8
- Außenkranz
- 9
- Innenverzahnung
- 10
- Kettbaumscheibe
- 11
- Armierung
- 12
- Kettbaumscheibe
- 13
- Rippe
- 14
- Kettbaumscheibe
- 15
- Hohlraum
- 16
- Scheibenblatt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 6600616 U1 [0004]
- DE 7442123 U1 [0005]
- CH 606546 A5 [0005]
- DE 7611090 U1 [0006]
- DE 7719296 U1 [0007]
- DE 9312348 U1 [0007]
- DE 2935225 A1 [0008]
