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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits eine derartige Messvorrichtung zur Überwachung eines Schutzrohres aus der Offenlegungsschrift
WO 2011028220 A2 bekannt geworden. Dort wird ein direkt am Schutzrohr angebrachter Messaufnehmer zur Erfassung der Vibrationen verwendet. Dies bedingt aber einen entsprechenden separaten oder zusätzlichen Messaufnehmer, der mit dem Schutzrohr verbunden ist. Dies führt somit zu Mehrkosten und einem besonderen Aufbau der Messvorrichtung, insbesondere einer zusätzlichen Verbindung zw. Schutzrohr und Anschlusskopf bzw. Transmitterelektronik.
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Allgemein liegt bei einem in eine Strömung hineinragenden Eintauchkörper das Problem vor, dass von der Strömung verursachte Vibrationen im schlimmsten Fall zum Abreissen des Eintauchkörpers führen können. Dies gilt nicht nur für Schutzrohre eines Thermometers sondern auch für andere Apparaturen, bspw. bei einem Eintauchkörper, wie er bei der thermischen Durchflussmessung oder zur pH-Wert-Bestimmung verwendet wird.
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Durch das Abreissen oder die Leckage des Eintauchkörpers kann es zum Ausfall der Messvorrichtung und auch zum Herunterfahren des in einer Anlage ablaufenden Prozesses kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die zur Überwachung und also zum Betrieb einer Messvorrichtung mit einem Eintauchkörper dient.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Messvorrichtung gelöst.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung gelöst, umfassend die Schritte: Ermitteln einer Strömungsgeschwindigkeit, Vergleichen der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit mit einem Schwellenwert, der bspw. einer kritischen Beanspruchung, insb. einer Resonanzfrequenz, eines in die Strömung hineinragenden Eintauchkörpers der Messvorrichtung entspricht, und Ausgeben einer Meldung, die ein Erreichen einer kritischen Strömung und/oder Frequenz signalisiert.
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Somit kann ein ebenfalls in den Strömungsverlauf eingebautes Messgerät, insbesondere zur Erfassung des Durchflusses bzw. der Durchflussgeschwindigkeit oder eines anderen charakteristischen Wertes, der als Schwellenwert dient oder als Vergleichswert mit einem Schwellenwert dient, verwendet werden. In Abhängigkeit dieses Vergleichs kann dann eine Meldung, insbesondere einer Warnung, ausgegeben werden. Als Beziehung zw. der Strömungsgeschwindigkeit und einer Resonanzfrequenz kann bspw. die Strouhalzahl SR bzw. die Strouhalbeziehung SR = f·L/v verwendet werden, wobei f die Wirbelablösefrequenz, L die Länge des Hindernisses, und v die Strömungsgeschwindigkeit ist. Die Strouhalzahl wiederum kann aus der Reynoldszahl bestimmt werden.
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Die Messvorrichtung umfasst zu diesem Zweck somit bspw. einen Eintauchkörper, der zur Aufnahme eines Messeinsatzes dient. Der Messeinsatz wiederum kann einen Messaufnehmer, bspw. zur Ermittlung der Temperatur eines Messstoffs in einem Behälter, in den der Eintauchkörper eingeführt wird.
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Die Strömungsgeschwindigkeit kann bspw. auch vermittels eines im Eintauchkörper selbst untergebrachten Sensors ermittelt werden, bspw. im Fall eines thermisches Durchflussmessgerät, welches über wenigstens einen Eintauchkörper, in dem ein Sensor angeordnet ist, verfügt.
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Ein hinterlegter Schwellenwert, der einer kritischen Beanspruchung des Eintauchkörpers entspricht, kann dann verwendet werden, um mit der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit oder einem daraus abgeleiteten Wert verglichen zu werden.
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Das Überschreiten des Schwellenwerts kann dann bspw. durch eine entsprechende Diagnoseinformation an einen Benutzer signalisiert werden. Es ist ebenfalls möglich die Meldung direkt im Feld an der Messeinrichtung bspw. in Form eines visuellen Signals oder eines akkustischen Signals auszugeben. Andererseits kann ein entsprechendes Diagnosesignal an die leitwarte oder an eine andere datenverarbeitende Einheit, bspw. digital, insbesondere über einen Feldbus, kommuniziert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird aus der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit eine Wirbelablösefrequenz an dem Eintauchkörper bestimmt. Dies kann wie bereits geschildert bspw. über die Strouhal-Beziehung (s.o.) erfolgen.
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So kann bspw. vom Hersteller des Eintauchkörpers oder im bspw. im Nachhinein eine Berechnungsmethode oder eine Tabelle oder ein anderes Mittel bereitgestellt werden, das es ermöglicht, aufgrund der bestimmten Strömungsgeschwindigkeit eine Wirbelablösefrequenz an dem Eintauchkörper zu bestimmen. Diese Wirbelablösefrequenz kann dann mit einem entsprechenden Schwellenwert verglichen werden, von dem ab sich bspw. erfahrungsgemäß eine kritische Beanspruchung des Eintauchkörpers ergibt.
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Der Schwellenwert kann natürlich auch genügend beabstandet von der Frequenz, die einer kritischen Beanspruchung entspricht, gewählt werden, um eine Gefährdung der Integrität des Schutzrohres gar nicht erst zu ermöglichen.
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Anstelle der hier genannten Resonanzfrequenz kann es sich aber auch um eine andere kritische Beanspruchung, vorzugsweise mechanischen oder aber auch anderweitigen Beanspruchung wie bspw. das Entstehen von Kavitation am Eintauchkörper handeln.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Eintauchkörper um ein Schutzrohr einer Messvorrichtung zur Bestimmung der Temperatur. Die Schutzrohre insbesondere einer Temperaturmessvorrichtung betreffende Problematik ist bereits im einleitenden Teil und insbesondere im Stand der Technik, d.h. der
WO 2011/028220 geschildert. Die hier vorliegende Ausführungsform ermöglicht es im Gegensatz dazu auch eine derartige Erkennung einer kritischen Beanspruchung zu ermöglichen, die keinen zusätzlichen Messaufnehmer am Schutzrohr bedingt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Strömungsgeschwindigkeit vermittels einer Durchflussmessvorrichtung ermittelt. Bspw. kann das Messsignal oder ein Messwert der Durchflussmessvorrichtung oder ein daraus abgeleiteter Wert herangezogen werden, um mit dem Schwellenwert verglichen zu werden. Somit kann einerseits zur Bestimmung einer ersten physikalischen und/oder chemischen Größe ein erster Messaufnehmer in dem Eintauchkörper angeordnet sein, und andererseits ein im strömungsverlauf liegender zweiter Messaufnehmer wie bspw. der eines Durchflussmessgerätes im Strömungsverlauf angeordnet sein und zur Ermittlung des Durchflusses bzw. der Strömungsgeschwindigkeit dienen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden der Eintauchkörper und die Durchflussmessvorrichtung im selben Rohrleitungsabschnitt angeordnet. Vorzugsweise wird unter demselben Rohrleitungsabschnitt derjenige Rohrleitungsabschnitt verstanden, der im Wesentlichen dieselben Strömungseigenschaften aufweist, oder aber aus dem sich die Strömungseigenschaften am Ort des ersten Messaufnehmers bzw. des Eintauchkörpers bestimmen lassen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Messvorrichtung einen ersten Messumformer auf, vermittels welchem Messumformer die ermittelte Strömungsgeschwindigkeit mit dem Schwellenwert verglichen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit entsprechender Messwert an den ersten Messumformer übertragen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Messwert von einem zweiten Messumformer an den ersten Messumformer übertragen.
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Alternativ kann eben auch nur ein Messumformer oder eine entsprechende Messwerte verarbeitende Einheit vorgesehen sein, an welche sowohl ein erster Messaufnehmer, bspw. zur Bestimmung der Temperatur, der in den Eintauchkörper eingesetzt ist, und ein zweiter Messaufnehmer, bspw. zur Bestimmung des Durchflusses oder der Strömungsgeschwindigkeit etc., angeschlossen ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei der Resonanzfrequenz um die Eigenfrequenz des Eintauchkörpers.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Verfahren zumindest zeitweise während des Betriebs der Messvorrichtung durchgeführt. Einerseits können Erfahrungswerte hinsichtlich der Beanspruchung des Eintauchkörpers natürlich zu Versuchszwecken in einem Test ermittelt werden. Gem. dieser Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung wird aber während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Messvorrichtung also vor Ort in einer Anlage ausgeführt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Eigenfrequenz des Eintauchkörpers in dem ersten Messumformer hinterlegt wird. Unter Eigenfrequenz wird hier die erste Resonanzmode oder auch eine höhere Resonanzmode des Eintauchkörpers verstanden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Eintauchkörper mit einem Identifikationsmittel versehen, aus dem sich die Eigenfrequenz des Eintauchkörpers ergibt. Bspw. kann eine entsprechende Information auf dem Schutzrohr angebracht werden, bspw. durch (Laser-)Gravur auf dem Eintauchkörper.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Eigenfrequenz des Eintauchkörpers anhand einer photographischen Aufnahme, vorzugsweise vermittels einer integralen Berechnungsmethode, wie bspw. des Ritz-Verfahrens, insbesondere des Rayleigh-Ritz-Verfahrensermittelt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der erste Messumformer über eine Kommunikationsverbindung mit einer übergeordneten Einheit verbunden, wobei das Identifikationsmittel und/oder die photographische Aufnahme des Eintauchkörpers an die übergeordnete Einheit übertragen wird, und dass die Ermittlung der Eigenfrequenz des Eintauchkörpers durch die übergeordnete Einheit durchgeführt wird, wobei die Eigenfrequenz oder ein davon abgeleiteter Schwellenwert an den ersten Messumformer übertragen wird.
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Hinsichtlich der Messvorrichtung wird die Aufgabe durch eine Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorherigen Ausführungsformen gelöst.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung einer Messeinrichtung gem. einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung.
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Die Messvorrichtung 1 umfasst einen Eintauchkörper 3 in Form eines Schutzrohres, in den ein Messeinsatz einsetzbar ist. Der Messeinsatz, nicht gezeigt, umfasst dabei bspw. wenigstens einen ersten Messaufnehmer zur Bestimmung einer physikalischen und/oder chemischen Größe.
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Ferner ist eine Durchflussmessvorrichtung 6 vorgesehen, die wenigstens einen zweiten Messaufnehmer umfasst, der zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit des Messstoffs in dem Behälter 11 dient. Dabei kann es sich bspw. um eine Durchflussmessvorrichtung 6 gem. dem Ultraschall-Messprinzip, dem Magnetisch-Induktiven-Messprinzip, dem Thermischen-Messprinzip, dem Vortex-Messprinzip oder dem Coriolis-Messprinzip handeln.
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Gem. 1 sind der erste und der zweite Messaufnehmer über entsprechende Messumformer 2 bzw. 7 mit einer Auswerteeinheit 8 verbunden. Beide Messaufnehmer könnten aber auch mit nur einer Auswerteeinheit, wie bspw. einem Messumformer verbunden sein. Alternativ dazu könnte die Auswerteeinheit auch in einem der Messumformer 2, 7 untergebracht sein. Die Auswerteeinheit 8 könnte bspw. softwaremäßig, bspw. in einem der beiden Messumformer 2, 7, realisiert sein.
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Anhand der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit kann eine Beanspruchung des Eintauchkörpers 5 ermittelt werden. Dies kann bspw. anhand eines in der Auswerteeinheit 8 hinterlegten Schwellenwerts erfolgen. Der Schwellenwert kann zu diesem Zweck bspw. in einer Speichereinheit der Auswerteeinheit 8 hinterlegt werden.
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Der Schwellenwert kann dann mit der Strömungsgeschwindigkeit verglichen werden. Dies kann bspw. erfolgen, indem eine einer kritischen Beanspruchung des Eintauchkörpers entsprechende Strömungsgeschwindigkeit bestimmt und dann ein Schwellenwert der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird.
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Bei der Beanspruchung des Eintauchkörpers 3 kann es sich um eine mechanische Beanspruchung, insbesondere des Materials, aus dem der Eintauchkörper 3 besteht, handeln. Diese Beanspruchung kann sich in einer Materialermüdung oder einem Materialabtrag etc. äußern.
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Als Ursache der Beanspruchung kommt bspw. eine Wirbelablösung 10 an dem Eintauchkörper 3 in Frage, die bspw. einer Resonanzfrequenz des Eintauchkörpers 3 entspricht. Die Resonanzfrequenz entspricht dabei der Eigenfrequenz des Eintauchkörpers 3.
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Bei Kalibrations- oder Testuntersuchungen des Eintauchkörpers 3 kann bspw. experimentell die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden, bei der aufgrund der Geometrie des Eintauchkörpers 3 eine Wirbelablösung 10 an dem Eintauchkörper 3 eintritt, die der Eigenfrequenz des Eintauchkörpers 3 entspricht. Entsprechend kann ein Schwellenwert der Strömungsgeschwindigkeit gesetzt werden. Der Schwellenwert kann bspw. in der Nähe oder unterhalb oder über der entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit liegt.
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Ebenso kann anhand der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit eine Wirbelablösefrequenz anhand bspw. einer hinterlegten Formel oder Zuordnung bestimmt werden. Diese bestimmte Wirbelablösefrequenz kann dann mit einem Schwellenwert der Wirbelablösefrequenz verglichen werden. Der Schwellenwert der Wirbelablösefrequenz kann in Abhängigkeit der Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz des Eintauchkörpers gesetzt werden, vorzugsweise so, dass der Schwellenwert unterhalb der Resonanzfrequenz des Eintauchkörpers liegt.
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Zur Bestimmung der Resonanzfrequenz bzw. Eigenfrequenz des Eintauchkörpers 3 wiederum kann bspw. vermittels einer Rechnereinheit, die bspw. in einen der Messumformer 2, 7 oder die Auswerteeinheit 8 integriert sein kann, eine Modalanalyse des Eintauchkörpers 3, bei dem es sich bevorzugt um ein Schutzrohr handelt, durchgeführt werden. Die Modalanalyse kann auch von einer übergeordneten Einheit, d.h. bspw. von einer entfernt von der Anlage angeordneten Rechenreinheit, vorgenommen werden. Ein Ergebnis der Modalanalyse, wie bspw. die Eigenfrequenz des Eintauchkörpers 3 kann dann an die Messvorrichtung 1 übertragen werden.
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Die Modalanalyse kann bspw. anhand einer photographischen Aufnahme oder eines sonstigen Bildes des Eintauchkörpers 3 erfolgen. Die Eigenfrequenzberechnung kann auch von dem Messumformer 2, auch als Prozesstransmitter bezeichnet, vorgenommen werden.
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In 1 ist ebenfalls eine Möglichkeit dargestellt, bei der vermittels an dem Eintauchkörper 3 und/oder an einem Anschlusskopf oder Kopftransmitter 2 bspw. eines Temperaturmessgerätes angebrachten Identifikationsmittels eine Eigenfrequenz des Eintauchkörpers 3, einen Schwellenwert oder eine Strömungsgeschwindigkeit auszulesen. Bei dem Identifikationsmittel kann es sich bspw. um eine Gravur 5, bspw. eines Barcodes oder QR-Codes, handeln. Dieses Identifikationsmittel kann entweder am Eintauchkörper 3 selbst oder an einem damit verbunden Bauteil wie bspw. dem Messumformer(gehäuse) 4 vorgesehen sein.
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Vermittels einer Vorrichtung zur Bilderfassung 9, kann dann dieses Identifikationsmittel photographisch erfasst werden. Vermittels eines Verfahrens zur Bildbearbeitung kann dann diese Information über die Resonanzfrequenz, den Schwellenwert oder die Strömungsgeschwindigkeit extrahiert werden und an die Auswerteeinheit übermittelt oder dort eingegeben werden.
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Alternativ kann auch eine photographische Aufnahme des Eintauchkörpers 3 selbst oder zumindest eines Abschnitts desselben als Identifikationsmittel dienen. Auch kann anhand einer photographischen Aufnahme des gesamten Eintauchkörpers 3 bspw. die Resonanzfrequenz des Eintauchkörpers ermittelt werden. Dazu bietet sich bspw. das Ritz-Verfahren oder das Rayleigh-Ritz.-Verfahren an, um die Eigenschwingungen des Eintauchkörpers 3 zu bestimmen.
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Bei den angesprochenen Resonanzfrequenzen handelt es sich vorzugsweise um die möglichen Biegeschwingungen des Eintauchkörpers 3.Diese Eigenfrequenz des Eintauchkörpers kann bspw. auch vermittels eines oder mehrere Geometrie- und/oder Materialparameter des Eintauchkörpers 3 berechnet werden.
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Insbesondere kann auch eine die ggfs. auftretenden Resonanzen unterdrückende Abhilfe im Fall einer Strömungsgeschwindigkeit, die den Schwellenwert überschreitet, vorgenommen werden. Auch die Ausgabe eines Warnsignals, vor Ort an einer der Messstelle oder in einer übergeordneten Einheit, wie bspw. der Leitwarte oder der Auswerteeinheit ausgegeben werden. In diesem Fall kann die Erfassung der Schwingungsfrequenz des Eintauchkörpers 3 auch durch ein direkt am Eintauchkörper 3 angebrachten Sensor zur Erfassung der Schwingungen des Eintauchkörpers 3 erfolgen.
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Durch die vorgeschlagene Erfindung kann somit die Betriebssicherheit eines Eintauchkörpers 3 wie bspw. eines Schutzrohres erhöht werden.
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Alternativ zur Bestimmung des Strömungsgeschwindigkeit, bspw. durch ein Durchflussmessaufnehmer 6, kann auch der Differenzdruck an zwei Stellen des Behälters 11 zur Bestimmung einer kritischen Beanspruchung des Eintauchkörpers 3 anhand eines Vergleichs mit einem Schwellenwert herangezogen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011028220 A2 [0002]
- WO 2011/028220 [0017]
