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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge für das Fahrbahnfräsen, den Bergbau und den Aushub und insbesondere auf Schneidköpfe mit Verschleißringen, die den Verschleiß solcher Werkzeuge reduzieren.
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Schneidköpfe werden in verschiedenen Vorgängen des Fahrbahnfräsens, des Bergbaus und des Aushubs verwendet. Die Köpfe sind an einer Tragstruktur wie etwa einer rotierenden Trommel montiert. Jeder Kopf besitzt typischerweise eine harte, verschleißbeständige Spitze, die aus einem Material wie etwa Wolframcarbid hergestellt ist und an einem im Allgemeinen konischen Stahlvorderteil des Kopfes befestigt ist. Ein Problem bei solchen Entwürfen besteht darin, dass das weichere Stahlabstützmaterial während Schneidvorgängen erodiert.
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Verschleißbeständige Schneidköpfe sind entwickelt worden, um den Erosionswiderstand zu erhöhen. Beispielsweise offenbart das
US-Patent Nr. 7,530,642 die Verwendung von Verschleißringen, die in einem ringförmigen Kanal positioniert sind, der in einem Schneidkopfkörper ausgebildet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Verschleißringe schwer anzuordnen und während des Herstellungsprozesses an ihrem Ort zurückzuhalten sind, während beispielsweise die Verschleißringe in dem Kanal in dem Schneidkopfkörper verlötet werden.
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Außerdem ist ein Stahlrückhaltering erforderlich, um die Verschleißringe während des Herstellungsprozesses an ihrem Ort zu halten.
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Somit wird erkannt, dass es höchst wünschenswert wäre, einen verbesserten Schneidkopf mit verbesserter Verschleißbeständigkeit bereitzustellen. Es wird auch erkannt, dass es höchst wünschenswert wäre, einen verbesserten Schneidkopf bereitzustellen, der einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein Schneidkopf einen länglichen Körper mit einem Schaftabschnitt und einem Vorderteil mit einem vorderen Ende, wobei der Vorderteil einen darin definierten ringförmigen Kanal in der Nähe des vorderen Endes des Vorderteils und hinter diesem besitzt. Der ringförmige Kanal besitzt eine angewinkelte untere Oberfläche. Der Schneidkopf enthält außerdem einen geteilten Verschleißring, der in dem ringförmigen Kanal positionierbar ist und strukturiert und beschaffen ist, um in dem ringförmigen Kanal zurückgehalten zu werden, und eine harte Schneidspitze, die an dem vorderen Ende des Vorderteils fixiert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein geteilter Verschleißring für die Positionierung in einer ringförmigen Nut, die an einem Vorderteil eines Schneidkopfs, der eine mittige Längsachse besitzt, ausgebildet ist, eine angewinkelte untere Fläche und eine gegenüberliegende angewinkelte obere Fläche. Die angewinkelte untere Fläche und die gegenüberliegende angewinkelte obere Fläche sind so strukturiert und angeordnet, dass sie in dem ringförmigen Kanal zurückgehalten werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein länglicher Körper des Schneidkopfes, der dafür ausgelegt ist, einen geteilten Verschleißring aufzunehmen, einen Schaftabschnitt und einen Vorderteil mit einem vorderen Ende. Der Vorderteil besitzt einen ringförmigen Kanal, der darin in der Nähe des vorderen Endes des Vorderteils und hinter diesem definiert ist. Der ringförmige Kanal ist so strukturiert und beschaffen, dass er den geteilten Verschleißring darin zurückhalten kann.
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Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nach einer Durchsicht dieser Beschreibung und der Zeichnungen besser verstanden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneidkopfes gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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2 ist eine Teilschnittansicht des in 1 gezeigten Schneidkopfes gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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3 ist eine weitere Teilschnittansicht ähnlich 2, in der Teile entfernt sind, gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines geteilten Verschleißrings gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 4 gezeigten geteilten Verschleißrings gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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6 ist eine Front-Teilschnittsansicht des in 5 gezeigten Abschnitts des geteilten Verschleißrings gemäß einem Aspekt der Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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In den 1 bis 3 ist ein Schneidkopf gemäß Aspekten der Erfindung, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, veranschaulicht. Es wird erkannt werden, dass die Erfindung Anwendung auf viele verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen hat, die in vielen verschiedenen Arten von Schneidvorgängen nützlich sind. Beispielhafte Vorgänge umfassen ohne Beschränkung das Einebnen (oder Fräsen) von Fahrbahnen, den Kohleabbau, das Betonschneiden und andere Arten von Schneidvorgängen, wobei ein Schneidkopf mit einem harten Schneidelement auf ein Substrat trifft (z. B. Erdflöze, Pflaster, Asphaltstraßenmaterial, Beton und dergleichen), wobei das Substrat in Teile mit unterschiedlichen Größen einschließlich größerer Teile oder Klumpen und kleinerer Teile einschließlich staubartiger Partikel zerbrochen wird. Außerdem wird erkannt werden, dass der Schneidkopf 10 der Erfindung mit verschiedenen Größen und Abmessungen in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung des Werkzeugs hergestellt werden kann.
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Der Schneidkopf 10 besitzt eine mittige Längsachse X-X. Der Schneidkopf 10 enthält einen länglichen Körper, der im Allgemeinen mit 12 bezeichnet ist, der typischerweise etwa aus Stahl hergestellt ist. Der längliche Körper 12 besitzt ein axiales vorderes Ende 14 und ein axiales hinteres Ende 16.
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Der längliche Körper 12 enthält ferner in der Nähe des axialen vorderen Endes 14 einen Vorderteil 18 und in der Nähe des axialen hinteren Endes 16 einen Schaftabschnitt 20. Der Schaftabschnitt 20 kann mit verschiedenen Formen und Konfigurationen versehen sein. Gemäß einem Aspekt kann der Schaftabschnitt 20 so strukturiert und beschaffen sein, dass er nicht drehbar ist, so dass der Schneidkopf 10 ein Schneidwerkzeug des nicht drehbaren Typs ist. Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Schaftabschnitt 20 so strukturiert und beschaffen sein, dass er drehbar ist, so dass der Schneidkopf 10 ein Schneidwerkzeug des drehbaren Typs ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält der Schneidkopf 10 ferner in der Nähe des axialen vorderen Endes 14 eine harte Schneidspitze, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist, (siehe beispielsweise die 2 und 3). Die harte Schneidspitze 22 kann beispielsweise durch Verlöten der harten Schneidspitze 22 beispielsweise mit einer in dem Vorderteil 18 in der Nähe des axialen vorderen Endes 14 des Körpers 12 ausgebildeten Buchse 24 verlötet sein.
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Gemäß einem Aspekt ist die harte Schneidspitze 22 so strukturiert und beschaffen, dass sie ein Substrat 26 (siehe beispielsweise 2) aufweist, das beispielsweise aus einem harten Material wie beispielsweise aus gehärtetem (Kobalt-)Wolframcarbid hergestellt sein kann. Die harte Schneidspitze 22 kann ferner eine Schicht aus einem superharten Material 28 aufweisen, die an dem Substrat 26 haftet (siehe beispielsweise die 1 und 2). Die Schicht aus superhartem Material 28 kann beispielsweise polykristallinen Diamant (PCD) oder polykristallines kubisches Bornitrid (PCBN) enthalten.
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Die Schicht aus superhartem Material
28 kann eine im Allgemeinen konstante Dicke besitzen und kann auf das Substrat
26 mittels irgendeiner von zahlreichen bekannten Techniken aufgebracht werden, wobei das superharte Material
28 beispielsweise an die Oberfläche des Substrats
26 geklebt wird. Beispielsweise kann die Schicht aus superhartem Material
28, z. B. PCD, auf das Substrat
26 mittels irgendeiner einer Anzahl von Techniken aufgebracht werden, wobei die Schicht aus superhartem Material
28 an die Oberfläche des Substrats
26 geklebt wird. Die folgenden Patentdokumente offenbaren beispielhafte Zusammensetzungen eines polykristallinen Diamants sowie beispielhafte Techniken, um eine Schicht aus polykristallinem Diamant auf die Oberfläche eines Substrats aufzubringen:
US-Patent Nr. 4,063,909 an Mitchell,
US-Patent Nr. 4,604,106 an Hall u. a.,
US-Patent Nr. 4,694,918 an Hall und
US-Patent Nr. 4,811,801 an Salesky u. a.
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Außerdem definiert der Vorderteil 18 einen ringförmigen Kanal 30. Der ringförmige Kanal 30 befindet sich in der Nähe des axialen vorderen Endes 14 des Vorderteils 18 und hinter diesem. Gemäß einem Aspekt erstreckt sich der ringförmige Kanal 30 wenigstens teilweise in Umfangsrichtung um eine äußere Oberfläche 32 des Vorderteils 18. Gemäß einem weiteren Aspekt erstreckt sich der ringförmige Kanal 30 in Umfangsrichtung um den Vorderteil 18, um so eine ununterbrochene Nut oder einen ununterbrochenen Kanal zu bilden.
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Der ringförmige Kanal 30 weist eine geneigte oder angewinkelte untere Oberfläche 34, eine angewinkelte obere Oberfläche 36 im Allgemeinen gegenüber der angewinkelten unteren Oberfläche 34 und eine Seitenwand 38, die sich zwischen der angewinkelten unteren Oberfläche 34 und der angewinkelten oberen Oberfläche 36 erstreckt, auf. Die Seitenwand 38 kann in Bezug auf die mittige Längsachse X-X des Schneidkopfes 10 geneigt, angewinkelt oder parallel sein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die angewinkelte untere Oberfläche 34 im Allgemeinen eben. Gemäß einem weiteren Aspekt erstreckt sich die angewinkelte untere Oberfläche 34 in einer Ebene unter einem Winkel A (siehe beispielsweise 3) in Bezug auf die mittige Längsachse X-X des Schneidkopfes 10. Gemäß einem Aspekt ist der Winkel A kleiner als 90 Grad. Gemäß einem weiteren Aspekt liegt der Winkel A in dem Bereich von etwa 60 Grad bis etwa 70 Grad.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die angewinkelte obere Oberfläche 36 im Allgemeinen eben. Gemäß einem weiteren Aspekt erstreckt sich die angewinkelte obere Oberfläche 36 in einer Ebene unter einem Winkel B (siehe beispielsweise 2) in Bezug auf die mittige Längsachse X-X des Schneidkopfes 10. Gemäß einem Aspekt ist der Winkel B kleiner als 90 Grad. Gemäß einem weiteren Aspekt liegt der Winkel B in dem Bereich von etwa 60 Grad bis etwa 70 Grad.
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In den 1, 2 und 4 bis 6 enthält der Schneidkopf 10 ferner einen geteilten Verschleißring, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet ist. Der geteilte Verschleißring 40 ist in dem ringförmigen Kanal 30 positionierbar. Die Härte, die Größe und die Anordnung des geteilten Verschleißrings 40 sind so gewählt, dass die Erosion und der Verschleiß des verhältnismäßig weichen Körpers 12 des Schneidkopfes 10 erheblich reduziert werden. Der geteilte Verschleißring 40 kann aus irgendeinem geeigneten harten Material wie etwa Carbiden, Aluminiumoxid, harten Keramikmaterialien, gehärteten Werkzeugstählen und dergleichen hergestellt sein. Beispielsweise kann der geteilte Verschleißring 40 aus Wolframcarbid hergestellt sein. In einem Beispiel sind der geteilte Verschleißring 40 und der Schneidkopf 22 aus dem gleichen harten Material hergestellt. Ferner können Abschnitte des geteilten Verschleißrings 40 aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, z. B. Materialien mit unterschiedlichen Härte- und/oder Festigkeitseigenschaften, abgestuften Materialien und dergleichen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der geteilte Verschleißring 40 zwei oder mehr Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings, die angeordnet sind, um den geteilten Verschleißring 40 zu bilden. Beispielsweise zeigt 4 zwei Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings, die Ende an Ende angeordnet sind, um den geteilten Verschleißring 40 zu bilden. Es wird jedoch erkannt werden, dass jede andere geeignete Anzahl von Abschnitten des geteilten Verschleißrings verwendet werden können, etwa drei Abschnitte, vier Abschnitte usw. Gemäß einem Aspekt können die Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings ebene Flächen 42 haben, die aneinander stoßen, wenn sie in dem ringförmigen Kanal 30 montiert sind.
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Wie beschrieben, ist der geteilte Verschleißring 40 in dem ringförmigen Kanal 30 positionierbar. Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung ist der geteilte Verschleißring 40 so strukturiert und beschaffen, dass er in dem ringförmigen Kanal 30 zurückgehalten werden kann, wenn er darin positioniert ist. Die Ausdrücke "zurückgehalten" oder "zurückhalten", wie sie hier verwendet werden, beziehen sich im Allgemeinen auf die Struktur des geteilten Verschleißrings 40, die derart ist, dass sie mit der Struktur des ringförmigen Kanals 30 so zusammenwirkt, dass der geteilte Verschleißring 40, d. h. die Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings, in dem ringförmigen Kanal 30 während der Montage des Schneidkopfes 10 zurückgehalten werden, ohne dass irgendwelche weiteren Mittel wie etwa ein Rückhaltering erforderlich sind, um den geteilten Verschleißring 40 während der Montage in seiner Position zu halten. Während der Montage des Schneidkopfes 10 werden die Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings zunächst in dem ringförmigen Kanal 30 positioniert. Dann durchlaufen die Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings einen Prozess, um den geteilten Verschleißring 40 dauerhaft an dem Vorderteil 18 zu befestigen oder zu fixieren, insbesondere um den geteilten Verschleißring 40 in dem ringförmigen Kanal 30 dauerhaft zu befestigen oder zu fixieren. Dieser Prozess kann beispielsweise ein Lötprozess sein, in dessen Verlauf es wichtig ist, dass die Abschnitte 40a des geteilten Verschleißrings fest an ihrem Ort sicher zurückgehalten werden, um in dem ringförmigen Kanal 30 geeignet positioniert zu werden. In einem Beispiel kann der Schneidkopf 10 während des Lötprozesses in einer im Allgemeinen aufrechten, vertikalen Position wie etwa in der in 2 gezeigten Orientierung gehalten werden, alternativ kann der Schneidkopf 10 während des Lötprozesses in einer im Allgemeinen nach unten gerichteten vertikalen Position wie etwa in einer um 180 Grad aus der in 2 gezeigten Orientierung gedrehten Position gehalten werden. Vorteilhaft erlauben die neue Struktur und die neue Beschaffenheit des ringförmigen Kanals 30 und des geteilten Verschleißrings 40 gemäß der Erfindung und die Zusammenwirkung dieser Komponenten eine korrekte, effiziente und wirtschaftliche Montage des Schneidkopfes 10.
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Gemäß einem Aspekt enthält der geteilte Verschleißring 40 eine angewinkelte untere Oberfläche 44, die in der Nähe der angewinkelten unteren Oberfläche 34 des ringförmigen Kanals 30 positioniert wird. Die angewinkelte untere Oberfläche 44 wirkt effektiv mit der angewinkelten unteren Oberfläche 34 des ringförmigen Kanals 30 zusammen, um den geteilten Verschleißring 40 während der Montage in dem ringförmigen Kanal 30 zu halten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist der geteilte Verschleißring 40 außerdem eine angewinkelte obere Oberfläche 46 auf, die in der Nähe der angewinkelten oberen Oberfläche 36 des ringförmigen Kanals 30 positioniert ist. Die angewinkelten obere Oberfläche 46 arbeitet effektiv mit der angewinkelten oberen Oberfläche 36 des ringförmigen Kanals 30 zusammen, um den geteilten Verschleißring 40 während der Montage in dem ringförmigen Kanal 30 zusätzlich zu halten.
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Daher wird anerkannt werden, dass die angewinkelte untere Oberfläche 44 und die angewinkelte obere Oberfläche 46 des geteilten Verschleißrings 40 so strukturiert und beschaffen sind, dass sie vorteilhaft mit dem ringförmigen Kanal 30 zusammenwirken und darin gehalten werden. Außerdem wird anerkannt werden, dass die angewinkelte untere Oberfläche 34 und die angewinkelte obere Oberfläche 36 des ringförmigen Kanals 30 so strukturiert und beschaffen sind, dass sie vorteilhaft mit dem darin vorhandenen geteilten Verschleißring 40 zusammenwirken und diesen darin halten.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die angewinkelte untere Oberfläche 44 des geteilten Verschleißrings 40 im Allgemeinen eben. Gemäß einem weiteren Aspekt erstreckt sich die angewinkelten untere Oberfläche 44 in einer Ebene unter einem Winkel C zu einer Mittelachse X1-X1 des geteilten Verschleißrings 40, die zu der Längsachse L-L des geteilten Verschleißrings 40 senkrecht ist (siehe beispielsweise 6). Gemäß einem Aspekt ist der Winkel C kleiner als 90 Grad. Gemäß einem weiteren Aspekt liegt der Winkel C im Bereich von etwa 60 Grad bis etwa 70 Grad. Daher wird anerkannt werden, dass gemäß einem Aspekt die angewinkelte untere Oberfläche 44 des geteilten Verschleißrings 40 den gleichen Winkel wie oder einen anderen Winkel als die angewinkelte untere Oberfläche 34 des ringförmigen Kanals 30 haben kann.
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Gemäß einem Aspekt ist die angewinkelte obere Oberfläche 46 des geteilten Verschleißrings 40 im Allgemeinen eben. Gemäß einem weiteren Aspekt erstreckt sich die angewinkelte obere Oberfläche 46 in einer Ebene unter einem Winkel D zu einer Mittelachse X1-X1 des geteilten Verschleißrings 40, die zu einer Längsachse L-L des geteilten Verschleißrings 40 senkrecht ist (siehe beispielsweise 6). Gemäß einem Aspekt ist der Winkel D kleiner als 90 Grad. Gemäß einem weiteren Aspekt liegt der Winkel D im Bereich von etwa 60 Grad bis etwa 70 Grad. Daher wird anerkannt werden, dass gemäß einem Aspekt die angewinkelte obere Oberfläche 46 des geteilten Verschleißrings 40 den gleichen Winkel wie oder einen anderen Winkel als die angewinkelte obere Oberfläche 36 des ringförmigen Kanals 30 haben kann.
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Obwohl oben zum Zweck der Veranschaulichung besondere Aspekte dieser Erfindung beschrieben worden sind, ist für den Fachmann auf dem Gebiet klar, dass zahlreiche Änderungen an den Einzelheiten der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7530642 [0003]
- US 4063909 [0021]
- US 4604106 [0021]
- US 4694918 [0021]
- US 4811801 [0021]
