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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastwähler. Der Lastwähler umfasst einen Lastumschaltereinsatz mit einem um eine Achse drehbaren Schaltrohr. Eine erste Phase, eine zweite Phase und eine dritte Phase sind entlang der Achse des Schaltrohres angeordnet sind. Jede Phase umfasst ein Schaltsegment mit jeweils einer Widerstandsanordnung.
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Derartige Lastwähler gehören zu Laststufenschaltern (im Englischen „on-load tap-changers”, abgekürzt OLTC) und sind im Stand der Technik allseits bekannt und gebräuchlich. Sie dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren.
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Ganz allgemein werden Laststufenschalter bei der Umschaltung von einem Motorantrieb betätigt. Durch den Motorantrieb wird eine Abtriebs- beziehungsweise Eintriebswelle bewegt, die einen Kraftspeicher aufzieht. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt im Zeitraum von Millisekunden (ms) einen Lastumschaltereinsatz, der dabei einen spezifischen Schaltablauf während der Lastumschaltung vollführt. Dabei werden dann verschiedene Schaltkontakte und Widerstandskontakte in bestimmter zeitlicher Reihenfolge betätigt. Die Schaltkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände. Vorteilhafterweise werden Vakuumschaltröhren als Schaltelemente zur Lastumschaltung eingesetzt. Dies beruht darauf, dass die Verwendung von Vakuumschaltröhren zur Lastumschaltung eine Lichtbogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des Lastumschalteröles verhindert, wie beispielsweise in den deutschen Patentschriften
DE 195 10 809 C1 und
DE 40 11 019 C1 sowie den deutschen Offenlegungsschriften
DE 42 31 353 A1 und
DE 10 2007 004 530 A1 beschrieben.
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Eine besondere Form von Lastwählern sind die aus dem Stand der Technik bekannten Sternpunktlastwähler. Sternpunktlastwähler weisen drei Phasen entlang des Schaltrohres auf. Die Kontaktsysteme der einzelnen Phasen liegen im Betriebszustand auf einem Sternpunktpotential. Dies offenbart beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift
DE 32 26 854 A1 . Bei dieser Art von Lastwählern sind alle drei Phasen über ein metallisches Rohrstück miteinander verbunden. Zudem weisen sie dann zusätzlich noch ein mit dem metallischen Rohrstück zusammengestecktes Rohrstück aus einem Isolierstoff auf, um eine Isolation gegen Erde zu übernehmen. Ferner muss dann noch eine Anlenkung mit einem Boden eines Ölgefäßes des Lastwählers erfolgen. Nachteilig an diesem Lastwähler ist, dass Ableitkontakte der zweiten und dritten Phase einzeln mit dem Rohrstück verbunden werden müssen. Auch müssen diese Phasen dann versilbert werden, so dass hohe Kosten entstehen. Neben den hohen anfallenden Herstellkosten, ist dieser Sternpunktlastwähler aufgrund der einzelnen Verbindungen der Phasen und der Anlenkung mit dem Boden komplex und verursacht somit einen komplizierten Aufbau eines Lastwählers.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen kostengünstigen Lastwähler beziehungsweise Sternpunktlastwähler zu schaffen, der zudem noch einfach aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Lastwähler gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Der erfindungsgemäße Lastwähler umfasst einen Lastumschaltereinsatz mit einem um eine Achse drehbaren Schaltrohr. Drei Phasen sind entlang der Achse des Schaltrohres angeordnet. Jede Phase umfasst ein Schaltsegment mit jeweils einer Widerstandsanordnung.
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Erfindungsgemäß ist am Schaltrohr eine Schwungmasse montiert. Ferner trägt das Schaltrohr ein parallel entlang der Achse zum Schaltrohr verlaufendes massereiches und elektrisch leitfähiges Element, das vermittels einer elektrischen Verbindung mit jeder Phase verbunden ist.
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Insbesondere sieht der erfindungsgemäße Sternpunktlastwähler vor, dass das massereiche Element mit der Schwungmasse elektrisch leitend verbunden ist. Dies könnte beispielweise über eine Verschraubung von beiden Bauteilen erfolgen.
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In elektrischen Betriebsmitteln müssen alle nicht stromführenden und elektrisch leitfähigen Teile aus Sicherheitsgründen auf dem gleichen Potential liegen (ggf. geerdet sein). Da das massereiche Element und die Schwungmasse vorzugsweise aus Metall sind, liegen diese auf Sternpunktpotential. Da ebenso ein Boden des Sternpunktlastwählers aus Metall ist, muss dieser ebenfalls angelenkt werden. Somit sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass zwischen dem Boden des Sternpunktlastwählers und der Schwungmasse ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement angeordnet ist, das mit dem Boden in schleifendem Kontakt steht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers ist ein Ableitkontakt der ersten Phase mit dem massereichen Element verbunden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastwählers sind jeder der drei Phasen mehrere Betätigungselemente an einer Innenwand eines Ölgefäßes zugeordnet, die jeweils über mindesten zwei Halteelemente an der Innenwand des Ölgefäßes befestigt sind.
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Dabei ist ein Ableitring in der ersten Phase mit mindestens drei Halteelementen an einer Innenfläche eines jeden Betätigungselements gehaltert. Eines der mindestens drei Halteelemente für den Ableitkontakt ausgebildeten Ableitring umfasst ein elektrisches Anschlusselement für den Ableitkontakt beziehungsweise Ableitring. Das elektrische Anschlusselement ist durch das Halteelement zur Außenwand des Ölgefäßes geführt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ableitring der zweiten und dritten Phase als Führungsring ausgebildet ist, der über mindestens drei Halteelemente an der Innenwand des Ölgefäßes befestigt ist. Es ist bevorzugt, dass der Führungsring keine elektrisch leitende Eigenschaft besitzt und somit aus einem kontengünstigen Material hergestellt sein kann.
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Ferner ist vorgesehen, dass jeder Stufenkontakt an einer Innenfläche eines jeden Betätigungselements mit einem elektrischen Anschlusselement für den jeweiligen Stufenkontakt versehen ist. Über das zugeordnete Halteelement wird das elektrische Anschlusselement zur Außenwand des Ölgefäßes geführt.
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Neben den bereits beschriebenen Nutzen bringt der erfindungsgemäße Lastwähler auch den Vorteil mit sich, dass durch die direkte elektrische Verbindung mit dem massereichen Element der einzelnen Phasen, die bisher aus dem Stand der Technik verwendete aufwendige und kostenintensive Verbindung der versilberten Phasen der Ableitkontakte vermieden ist. Durch die Nutzung der elektrischen Leitfähigkeit des massereichen Elementes können die einzelnen Phasen mit dem massereichen Element im Inneren des Ölgefäßes verbunden werden. Dadurch entsteht der Vorteil, dass Ableitkontakte in der zweiten und dritten Phase eingespart werden und obendrein eine zusätzliche elektrische Verbindung der Ableitkontakte aller drei Phasen an der Außenseite des Ölgefäßes ganz entfällt. Es gibt nur einen einzigen elektrischen Ableitkontakt über die erste Phase.
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Somit wurde mit der Erfindung ein kostengünstiger und Ressourcen schonender Lastwähler geschaffen, der aufgrund der zuvor beschriebenen Ausführung auch einfach aufgebaut ist.
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Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines dreiphasigen Lastwählers;
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2 eine Schnittansicht des Lastwählers entlang der in 1 eingezeichneten Schnittlinie A-A;
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3 eine Perspektivansicht des Lastumschaltereinsatzes des dreiphasigen Lastwählers nach 1, wobei die drei am Schaltrohr befestigten Schaltsegmente und das massereiche Element zu sehen sind;
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4 eine weitere Perspektivansicht des Lastumschaltereinsatzes des dreiphasigen Lastwählers nach 1, wobei die drei am Schaltrohr befestigten Widerstandsanordnungen und das massereiche Element zu sehen sind;
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5 eine Schnittansicht des Lastwählers in Form eines erfindungsgemäßen Sternpunktlastwählers;
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6 eine perspektivische Schnittansicht des Sternpunktlastwählers nach 5 von unten, bei der die Schwungmasse mit dem massereichen Element und dem Boden elektrisch leitend verbunden ist;
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7 eine schematische Darstellung eines von mehreren Betätigungselementen, die die Betätigungsanordnung jeder Phase bilden; und
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8 eine weitere perspektivische Schnittansicht zur Verdeutlichung des inneren Aufbaus des erfindungsgemäßen Sternpunktlastwählers nach 5.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie der erfindungsgemäße Lastwähler beziehungsweise Sternpunktlastwähler ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
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1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Laststufenschalters beziehungsweise Lastwählers 1. Der Lastwähler 1 weist einen Antrieb 3, wie beispielsweise einen Elektromotor, mit einem Getriebe 5 auf, der einen nicht dargestellten Kraftspeicher aufzieht. Ist der Kraftspeicher vollständig aufgezogen, d. h. gespannt, wird er entklinkt, gibt seine Energie schlagartig frei und betätigt ein Schaltrohr 15 eines Lastumschaltereinsatzes 14. Das rotierende Schaltrohr 15 ist dabei in einem Ölgefäß 18 gehaltert. Das Ölgefäß 18 ist nach oben hin mit einem Deckel 19 verschlossen und trägt ferner einen Boden 21.
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Der erfindungsgemäße Lastwähler 1 besitzt eine erste Phase L1, eine zweite Phase L2 und eine dritte Phase L3, die übereinander im Ölgefäß 18 angeordnet sind. Über den drei Phasen L1, L2, L3 sitzt ein Vorwähler 37. In der hier dargestellten Ansicht sind elektrische Anschlusselemente 38 für Vorwählerkontakte an der Ölgefäßwand 17 des Ölgefäßes 18 vorgesehen. Elektrische Anschlusselemente 39 für Stufenkontakte 392 (siehe 5, 7, 8) der drei Phasen L1, L2, L3 sind ebenfalls dabei derart am Lastwähler 1 angeordnet, dass sie durch die Ölgefäßwand 17 des Ölgefäßes 18 greifen.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1 des Lastwählers 1, wobei eine Draufsicht auf die Phase L1 dargestellt ist. An einer Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 sind für die zweite Phase L2 mehrere an die Kontur der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angepasste Betätigungselemente 50, die eine Betätigungsanordnung 41 darstellen, angeordnet. Elektrische Anschlusselemente 39 für die Stufenkontakte 392 (siehe 5, 7, 8) greifen durch die entsprechenden Betätigungselemente 50 und durch die Ölgefäßwand 17 zur Außenwand 16. Schirmkappen 30 an der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 halten die an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 angeordneten Betätigungselemente 50. Hierzu wirken die elektrischen Anschlusselemente 39 für die hier nicht dargestellten Stufenkontakte und das elektrische Anschlusselemente 68 für den hier nicht dargestellten Ableitkontakt über die Schirmkappen 30 mit den Stufenkontakten zusammen, so dass die Betätigungselemente 50 an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 gehaltert sind. Die Schirmkappen 30 liegen auf der Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 auf. Jedes der Betätigungselemente 50 hat mindestens zwei Steuerkurven 51, 52 (siehe 7) ausgebildet, die mit entsprechenden und mit Rollen 43 versehenen Betätigungshebeln 45 des Schaltsegments 25 der entsprechenden Phase L1, L2, L3 zusammenwirken.
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Das Schaltrohr 15 trägt in jeder Phase L1, L2, L3 eine Halterung 40, an der ein massereiches Element 36, die jeweilige Widerstandsanordnung 27 und das jeweilige Schaltsegment 25 montiert sind. Das Schaltsegment 25 ist dabei derart montiert, dass die Rollen 43 der Betätigungshebel 45 mit den entsprechenden Steuerkurven 51, 52 der Betätigungselemente 50 zusammenwirken.
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3 und 4 zeigen verschiedene Perspektivansichten des Lastumschaltereinsatzes 14 des dreiphasigen Lastwählers 1 nach 1. Am Schaltrohr 15 des Lastumschaltereinsatzes 14 sind drei Schaltsegmente 25 befestigt, so dass der Lastwähler 1 in die drei Phasen L1, L2, L3 unterteilt ist. Neben den Schaltsegmenten 25 sind am Schaltrohr 15 ebenso Widerstandsanordnungen 27 befestigt, die den einzelnen Phasen L1, L2, L3 des Lastwählers 1 zugeordnet sind. Durch ein Drehen des Schaltrohres 15 können Kontakte 29S für Stufenkontakte oder Kontakte 29A für Ableitkontakte direkt beschaltet werden, wobei die Kontakte 29S, 29A mit entsprechenden und hier nicht dargestellten Ableitkontakten 391 (nur in der ersten Phase L1) beziehungsweise den ebenfalls nicht dargestellten Stufenkontakten 392 zusammenwirken (siehe hierzu 8). Ein vorgegebener Schaltablauf wird mittels der Steuerkurven 51, 52 (siehe hierzu 7) realisiert, in dem eine Mehrzahl von Vakuumschaltröhren (nicht dargestellt) in den einzelnen Schaltsegmenten 25 geöffnet beziehungsweise geschlossen werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Schwungmasse 35 am Schaltrohr 15 montiert. Zudem trägt das Schaltrohr 15 ein massereiches Element 36, wie nachfolgend beschreiben ist.
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5 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Lastwählers 1 in Form eines Sternpunktlastwählers. Dieser Lastwähler 1 umfasst ein um eine Achse A drehbares Schaltrohr 15 und die drei Phasen L1, L2, L3, die entlang der Achse A des Schaltrohres 15 angeordnet sind. Auch umfasst der Lastwähler 1 in jeder der Phasen L1, L2, L3 ein Schaltsegment 25 mit jeweils einer Widerstandsanordnung 27 (siehe 4).
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Wie bereits oben erwähnt, ist erfindungsgemäß am Schaltrohr 15 eine Schwungmasse 35 montiert. Ferner trägt das Schaltrohr 15 ein parallel entlang der Achse A zum Schaltrohr 15 verlaufendes massereiches und elektrisch leitfähiges Element 36, das vermittels jeweils einer elektrischen Verbindung 55 mit jeder Phase L1, L2, L3 verbunden ist.
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Das massereiche Element 36 und die Schwungmasse 35 werden insbesondere zur Unterstützung des zeitlichen Bewegungsablaufs des Schaltvorgangs benötigt, damit die eine Drehung des Schaltrohres 15 bewirkende Auslösung des Kraftspeichers (nicht dargestellt) eine definierte Schaltung beziehungsweise definierte Einstellung der einzelnen Schaltzustände des Lastwählers 1 vollzieht.
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Insbesondere sieht der Lastwähler 1 vor, dass das massereiche Element 36 mit der Schwungmasse 35 elektrisch leitend verbunden ist. Dies könnte beispielweise über eine Verschraubung 54 von der Schwungmasse 35 mit dem massereichen Element 36 erfolgen, wie in 6 dargestellt. Da das massereiche Element 36 und die Schwungmasse 35 vorzugsweise aus Metall beziehungsweise einem elektrisch leitfähigem Material sind, ebenso der Boden 21 des Lastwählers 1 aus Metall ist, sollten alle metallischen und elektrisch leitfähigen Teile grundsätzlich auf gleichem Potential (Sternpunktpotential) liegen. Somit ist, wie hier gezeigt, zwischen dem Boden 21 des Lastwählers 1 und der Schwungmasse 35 ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 53 angeordnet ist, das mit dem Boden 21 in schleifendem Kontakt steht. Diese Funktion könnte beispielweise ein angefedertes Verbindungselement 53 übernehmen.
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7 zeigt eine schematische Darstellung mehrerer Betätigungselemente 50 zur Bildung der Betätigungsanordnung 41 (siehe 2), die in jeder Phase L1, L2, L3 an der Innenwand 20 eines Ölgefäßes 18 angeordnet sind. Jedes Betätigungselement 50 ist über mindestens zwei Halteelemente 31 an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 befestigt.
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Dabei umfasst, wie in 8 gezeigt, eines der drei Halteelemente 31 für den Ableitring 391 der ersten Phase L1 ein einziges elektrisches Anschlusselement 68 für den Ableitring 391, das zur Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 geführt ist. Ferner ist bei dem Lastwähler 1 vorgesehen, dass jeweils der Ableitring 391 der zweiten und dritten Phase L2, L3 als Führungsring ausgebildet ist, der ebenfalls über mindestens drei Halteelemente 31 an der Innenwand 20 des Ölgefäßes 18 befestigt ist. Dem Führungsring 391 sind keine elektrischen Anschlusselemente zugeordnet, so dass dieser aus einem nicht leitfähigen und kostengünstigen Material gefertigt sein kann. Ferner sind die Stufenkontakte 392 ebenfalls über Halteelemente 31 an der Innenfläche 65 (siehe 7) jedes Betätigungselements 50 gehaltert. Dabei ist dann ein elektrisches Anschlusselement 39 des jeweiligen Stufenkontakts 391 zur Außenwand 16 des Ölgefäßes 18 geführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laststufenschalter, Lastwähler
- 3
- Antrieb
- 5
- Getriebe
- 14
- Lastumschaltereinsatz
- 15
- Schaltrohr
- 16
- Außenwand des Ölgefäßes
- 17
- Ölgefäßwand
- 18
- Ölgefäß
- 19
- Deckel
- 20
- Innenwand des Ölgefäßes
- 21
- Boden
- 25
- Schaltsegment
- 27
- Widerstandsanordnung
- 29A
- beweglicher Kontakt für Ableitkontakt
- 29S
- beweglicher Kontakt für Stufenkontakt
- 30
- Schirmkappe
- 31
- Halteelement
- 35
- Schwungmasse
- 36
- massereiches Element
- 37
- Vorwähler
- 38
- elektrisches Anschlusselement für Vorwählerkontakt
- 39
- elektrisches Anschlusselement für Stufenkontakt
- 391
- Ableitkontakt, Ableitring, Führungsring
- 392
- Stufenkontakt
- 40
- Halterung
- 41
- Betätigungsanordnung
- 43
- Rolle
- 45
- Betätigungshebel
- 50
- Betätigungselement
- 51
- Obere Steuerkurve
- 52
- Untere Steuerkurve
- 53
- elektrisch leitfähiges Verbindungselement
- 54
- Verschraubung
- 55
- elektrische Verbindung
- 65
- Innenfläche des Betätigungselements
- 68
- elektrisches Anschlusselement für Ableitkontakt/Ableitring
- A
- Achse
- A-A
- Schnittlinie
- L1
- erste Phase
- L2
- zweite Phase
- L3
- dritte Phase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19510809 C1 [0003]
- DE 4011019 C1 [0003]
- DE 4231353 A1 [0003]
- DE 102007004530 A1 [0003]
- DE 3226854 A1 [0004]
