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Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroben mikrobiologischen Erwärmung schüttfähiger feuchter organischer Feststoffe sowie eine entsprechende Vorrichtung. Insbesondere wird mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise entwässerte Gülle, vorzugsweise Rindergülle, behandelt, um hygienisiertes Einstreu zu erhalten.
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Der Stand der Technik, beispielsweise
EP 1 817 532 , beschreibt, dass Rindergülle mit Separatoren teilweise entwässert wird und anschließend in Drehtrommeln hygienisiert wird. Dadurch kann aus der Gülle Einstreu recycelt werden. Entsprechende Vorschriften (beispielsweise die Verordnung EG 1774/202 des Europäischen Parlaments) schreiben zur Nutzung eines solchen Stoffes eine Hygienisierung bei 70°C und bei einer Verweildauer von 1 Stunde vor. Die Nutzung externer Wärmequellen ist dabei aus betriebswirtschaftlichen Gründen nicht akzeptabel. Nachteilig bei vorbekannten Lösungen ist, dass der einzubringende Feststoff einen Gehalt an Trockensubstanz aufzuweisen hat, der kontinuierlich über 38% liegen muss, um die geforderten Werte von 70°C über 1 Stunde zu erreichen. Der vorgeschaltete Pressschneckenseparator kommt dabei mechanisch an seine Grenzen. Die Schwankungsbreite der angelieferten Gülle erfordert weiterhin besondere Maßnahmen bei der Regulierung des gesamten Prozesses.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur aeroben mikrobiologischen Erwärmung schüttfähiger feuchter organischer Feststoffe und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, die bei kostengünstiger Durchführung bzw. Herstellung eine sichere und energieeffiziente Erwärmung des Feststoffes, insbesondere zum Hygienisieren von Einstreu, ermöglichen. Insbesondere müssen das Verfahren und die Vorrichtung für die thermophilen Organismen in dem Feststoff entsprechende Lebensbedingungen schaffen, so dass eine maximale Ausnutzung der hohen Temperaturerzeugung durch diese Organismen möglich wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur aeroben mikrobiologischen Erwärmung schüttfähiger feuchter organischer Feststoffe, vorzugsweise von teilweise entwässerter Gülle. Insbesondere wird durch das Verfahren Einstreu für Rinder, vorzugsweise für Milchviehanlagen, aus der anfallenden Gülle erzeugt. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: (i) Eintragen des Feststoffes in eine Trommel. (ii) Drehen der Trommel um eine Drehachse und gleichzeitiges Fördern des Feststoffes in der Trommel. Die Drehachse der Trommel ist dabei insbesondere in etwa horizontal ausgerichtet und verläuft durch die beiden Stirnseiten der Trommel. Das Fördern des Feststoffes erfolgt dabei insbesondere von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite. (iii) Als weiterer Schritt erfolgt ein Einbringen von Sauerstoff in den Feststoff über zumindest ein perforiertes Rohr. Dieses Rohr erstreckt sich dabei in der Trommel von der Eintrags- zur Austrags-Seite und dreht zusammen mit der Trommel. Bevorzugt wird Luftsauerstoff verwendet, sodass über das Rohr Umgebungsluft in den Feststoff eingebracht werden kann. Während dem Drehen der Trommel erfolgen ein Eintrag des Feststoffes in die Trommel und ein Austrag des Feststoffes aus der Trommel. Es erfolgt also erfindungsgemäß ein kontinuierlicher Betrieb des Verfahrens, bei dem während dem Drehen der Trommel ein Eintrag und ein Austrag des Feststoffes erfolgt. Gleichzeitig mit diesem Eintrag und Austrag des Feststoffes erfolgen das Fördern des Feststoffes in der Trommel und gleichzeitig ein Einbringen des Sauerstoffes in den Feststoff. Das Fördern des Feststoffes in der Trommel erfolgt bevorzugt durch das Drehen der Trommel und etwaige Leitschaufeln in der Trommel.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Eintrag des Feststoffes und/oder der Austrag des Feststoffes kontinuierlich erfolgt, und die Trommel während dessen kontinuierlich gedreht wird. Der Austrag kann dabei so gestaltet werden, dass ein Austragsrohr über eine Stirnseite der Trommel in das Innere der Trommel ragt. Über dieses Rohr fällt bei jeder Umdrehung der Trommel ein gewisser Anteil des Feststoffes durch das Austragsrohr nach außen. Der Füllgrad in der Trommel kann so auf 65 bis 75% eingestellt werden.
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An der Eintragsseite kann der Feststoff beispielsweise über eine Förderschnecke in das Innere der Trommel befördert werden. Alternativ dazu kann über ein Klappensystem der Feststoff eingeschleust werden. In beiden Fällen spricht man hier von einem kontinuierlichen Eintragen bzw. Austragen des Feststoffes.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass bei jeder Umdrehung der Trommel eine Mischphase und eine Ruhephase entstehen. In der Mischphase taucht das Rohr in den Feststoff ein, durchmischt den Feststoff und versetzt gleichzeitig den Feststoff mit Sauerstoff bzw. Luft. Nach der Mischphase wird das Rohr durch Drehen der Trommel wieder aus dem Feststoff herausbefördert. In der Ruhephase befindet sich das Rohr außerhalb des Feststoffes. In dieser Ruhephase erfolgt keine Durchmischung des Feststoffes bzw. eine Durchmischung in einem oberflächlichen Masse als in der Mischphase. Um die Mischphase und die Ruhephase auf einfache Weise zu erzeugen, erstreckt sich das perforierte Rohr innerhalb der Trommel bevorzugt parallel zur Drehachse und beabstandet von der Drehachse. Insbesondere ist das perforierte Rohr in einem geringen Abstand von der Innenseite der Mantelfläche der Trommel angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, dass durch einfaches Drehen der Trommel das perforierte Rohr bei jeder Umdrehung in den Feststoff eintaucht und wieder aus dem Feststoff herausbefördert wird.
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In der Mischphase erfolgt ein aktives Durchmischen des Feststoffes mit dem Rohr und optional angeordneten Leitschaufeln. Bei diesem Durchmischen erfolgt ein Eintrag von Sauerstoff in den Feststoff. Insbesondere wird dabei Luft eingetragen, so dass eine Anreicherung mit dem Luftsauerstoff erfolgt. In der Ruhephase befindet sich der Feststoff in innerlicher Ruhe. Dadurch können die aeroben Organismen wachsen, wodurch sich gleichzeitig die mikrobiologische Erwärmung einstellt. Dadurch, dass vor den Ruhephasen jeweils eine aktive Durchmischung und dabei ein Eintrag von Sauerstoff erfolgt, haben die aeroben Organismen in den Ruhephasen ausreichend Sauerstoff für die Vermehrung und somit für die mikrobiologische Erwärmung. Während der Ruhephase erfolgt kein Durchmischen oder zumindest nur ein oberflächliches Durchmischen als in den Mischphasen. Vorteilhafterweise wird der Feststoff in einem kontinuierlichen Prozess entlang der Förderrichtung bewegt. Dadurch erfolgt auch während der Ruhephasen eine Bewegung des Feststoffes. Dabei kann es zu einem minimalen Durchmischen kommen. Vorteilhafterweise befindet sich jedoch der Feststoff während den Ruhephasen so weit als möglich in einer innerlichen Ruhe und bewegt sich lediglich relativ zu seiner Umgebung.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die hohe Temperatur von zumindest 70°C über einen längeren Zeitraum insbesondere dann erreicht werden kann, wenn optimale Lebensbedingungen für thermophilen Mikroorganismen geschaffen werden. So vermehren sich Archaeen sogar noch bei einer Temperatur von beispielsweise 110°C. Insbesondere stellt das erfindungsgemäße Verfahren und auch die erfindungsgemäße Vorrichtung optimale Lebensbedingungen für die Vermehrung von aeroben thermophilen Mikroorganismen dar. Dies ist insbesondere wichtig, da aerobe Organismen, die für ihren Stoffwechsel Sauerstoff benötigen, eine weit schnellere Vermehrungsrate und damit also auch eine höhere Leistung bei der Temperaturerzeugung haben als anaerobe Organismen. Insbesondere fördert das erfindungsgemäße Verfahren das Wachstum von halophilen Archaeen, die meist aerob-chemoorganotroph sind und ihre Energie aus chemischen Umsetzungen von organischen Verbindungen gewinnen.
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Bevorzugt wird das Rohr entweder passiv mit Umgebungsluft versorgt, oder das Rohr wird mit Druckluft beaufschlagt. Besonders bevorzugt wird zumindest ein Lüfter eingesetzt. Dieser Lüfter kann entweder direkt Druckluft in das Rohr einblasen, oder es wird mit dem Lüfter Luft aus der Trommel angesaugt, sodass in der Trommel ein Unterdruck entsteht. Dieser Unterdruck führt dazu, dass Luft über das perforierte Rohr in den Feststoff und somit in die Trommel strömt.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Vorrichtung zum Durchführen des soeben beschrieben Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst hierzu eine drehbar angeordnete Trommel, eine Eintragsvorrichtung an der Trommel und eine Austragsvorrichtung an der Trommel. Die Eintragsvorrichtung ist zum Eintragen des Feststoffes ausgebildet. Die Austragsvorrichtung ist zum Austragen des Feststoffes aus der Trommel ausgebildet. Des Weiteren ist zumindest ein perforiertes Rohr zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff vorgesehen. Das Rohr erstreckt sich dabei in der Trommel und ist mit der Trommel drehfest verbunden. Durch diese Anordnung des Rohres in der Trommel kann das vorbeschriebene Verfahren durchgeführt werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Rohr parallel zur Drehachse der Trommel und beabstandet von der Drehachse angeordnet ist. Durch eine Anordnung des Rohres möglichst nahe an der Innenwandung der Trommel wird sichergestellt, dass das Rohr bei jeder Umdrehung der Trommel stets aus dem Feststoff austritt und wieder in den Feststoff eintritt und somit die Mischphase und die Ruhephase gewährleistet sind.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine Öffnung in der Trommel zur Einleitung des Sauerstoffes bzw. der Luft in das perforierte Rohr vorgesehen ist. Diese zumindest eine Öffnung der Trommel befindet sich insbesondere in einer Stirnseite der Trommel. Es ist auch bevorzugt vorgesehen, dass das perforierte Rohr an seinen beiden Enden über eine Öffnung in jeweils einer Stirnseite der Trommel mit Sauerstoff bzw. Luft versorgt werden kann.
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Insbesondere durchbricht das Rohr zumindest eine der Stirnseiten der Trommel und ist somit nach außen geführt.
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Die Austragsvorrichtung weist insbesondere ein Austragsrohr auf, das durch die Stirnseite der Trommel ins Innere ragt. In diesem Austragsrohr ist vorzugsweise eine Schleuse angeordnet. Diese Schleuse ist vorzugsweise als Zellenradschleuse ausgebildet. Diese Schleuse gewährleistet, dass über das Austragsrohr keine Falschluft angesogen wird.
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Um die Luft bzw. den Sauerstoff in das Trommelinnere zu befördern wird bevorzugt zumindest ein Lüfter verwendet. Der Lüfter dient entweder zum Ansaugen der Luft und erzeugt somit einen Unterdruck in der Trommel. Über diesen Unterdruck wird Luft über das perforierte Rohr und durch den Feststoff hindurch ins Trommelinnere gesogen. Zusätzlich oder alternativ dazu ist es möglich, mit dem Lüfter auch das perforierte Rohr mit Druckluft zu beaufschlagen.
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Die Unteransprüche und die vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dementsprechend finden auch die Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen, wie sie im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden, vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Durch ein entsprechend langsames Drehen der Trommel von beispielsweise einer Umdrehung pro Minute haben die Mikroorganismen ausreichend Zeit, um aus der Umsetzung von organischen Verbindungen eine entsprechende Menge an Energie für die erforderliche Erhöhung der Temperatur gewinnen zu können. Im Ergebnis wird auch eine höhere Wasserverdampfung erreicht. Der Gehalt an Trockenmasse in dem einzubringenden Feststoff kann somit wirksam verringert werden. Dementsprechend wird ein vorgeschalteter Pressschneckenseparator weniger belastet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine erste isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 eine zweite isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
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3 ein Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum aeroben mikrobiologischen Erwärmen schüttfähiger feuchter organischer Feststoffe. Mittels dieser Vorrichtung 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Trommel 2. Diese Trommel 2 ist um eine Drehachse 3 drehbeweglich gelagert. Zur Lagerung der Trommel 2 sind mehrere Lager 4 vorgesehen. Diese Lager 4 stützen die Außenseite der Mantelfläche der Trommel 2. Des Weiteren ist zwei Antriebe 5 vorgesehen, um die Trommel 2 in Rotation zu versetzen.
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An der Trommel 2 sind eine Eintragsstirnseite 6 und eine Austragsstirnseite 7 definiert. In die Eintragsstirnseite 6 ist eine Eintragsvorrichtung 8 integriert. In die Austragsstirnseite 7 ist eine Austragsvorrichtung 9 integriert. Die Eintragsvorrichtung 8 dient zum kontinuierlichen Eintragen des Feststoffes in das Trommelinnere. Über die Austragsvorrichtung 9 wird kontinuierlich Feststoff ausgetragen.
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Wie die 1 und 2 aus verschiedenen Perspektiven zeigen, befindet sich vor der Eintragsvorrichtung 8 ein Pressschneckenseparator 10. Über diesen Pressschneckenseparator 10 wird beispielsweise Gülle zunächst teilentwässert und dann über einen Trichter auf eine Förderschnecke 11 der Eintragsvorrichtung 8 gefördert. Über diese Förderschnecke 11 und einen feststehenden Teil der Eintragsstirnseite 6 wird der teilentwässerte Feststoff in die Trommel 2 gefördert.
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An der Austragsvorrichtung 9 ist ein nicht rotierender, feststehender Anteil der Austragsstirnseite 7 vorgesehen. Des Weiteren befindet sich hier ein Austragsrohr 13, das in das Trommelinnere ragt. Durch die schräge Anordnung des Austragsrohres 13 fällt ständig der gleiche Anteil des Feststoffes in das Austragsrohr 13 und somit nach außen, wie er auf der Eintragsseite eingetragen wird. Die eingestellte Höhe des Austragsrohres 13 ist für den Füllgrad in der Trommel, von 65 bis 75% verantwortlich.
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Des Weiteren ist im Austragsrohr 13 eine Zellenradschleuse 14 vorgesehen. Diese wird im Detail in 3 beschrieben.
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Im Inneren der Trommel 2 befindet sich ein perforiertes Rohr 15. Dieses perforierte Rohr weist beispielsweise eine gelochte Mantelfläche auf. Diese Mantelfläche ist wiederum mit einem Gewebe umwickelt, sodass das perforierte Rohr 15 entsteht.
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Das perforierte Rohr 15 erstreckt sich parallel zur Drehachse 3 und verläuft innen an der Mantelfläche der Trommel 2. Das Rohr 15 ist drehfest mit der Trommel 2 verbunden, sodass das Rohr 15 mit der Trommel 2 mitdreht. An den beiden Stirnseiten 6, 7 sind jeweils Öffnungen 16 vorgesehen. Über diese Öffnungen 16 kann Luft aus der Umgebung in das Rohr 15 einströmen.
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Insbesondere 2 zeigt die Anordnung eines Lüfters 12 an der Eintragsstirnseite 6. Über diesen Lüfter 12 wird Luft aus der Trommel 2 angesaugt, sodass ein Unterdruck in der Trommel 2 entsteht. Durch diesen Unterdruck wird Luft über die Öffnungen 16 und über das perforierte Rohr 15 nach innen in die Trommel 2 gesogen. Zusätzlich oder alternativ zu der Anordnung des Lüfters 12 an der Eintragsstirnseite 6, könnte auch ein Lüfter 12 an einer der Öffnungen 16 angeordnet werden, wobei dann der Lüfter 12 das Rohr 15 mit Druckluft versorgt. Insbesondere würde man in diesem Fall nur eine der Öffnungen 16 vorsehen, an der dann der Lüfter 12 angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ zur Anordnung des Lüfters 12 an der Eintragsstirnseite 6, könnte der Lüfter 12 auch an der Austragsstirnseite 7 angeordnet werden.
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In der Trommel 2 an dem Rohr 15 befinden sich Leitschaufeln 17. Bei einer Drehung der Trommel 2 taucht das Rohr 15 stets in den Feststoff ein und durchmischt so den Feststoff und durchsetzt ihn gleichzeitig mit Sauerstoff. Um dieses Durchmischen zu verstärken, sind die Leitschaufeln 17 vorgesehen. Des Weiteren können die Leitschaufeln 17 so geformt werden, um durch Drehen der Trommel 2 den Feststoff in Längsrichtung der Trommel 2 zu fördern.
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Insbesondere wird die Trommel 2 im Betrieb mit 65 bis 75% ihres Volumens mit Feststoff befüllt, sodass stets gewährleistet ist, dass das Rohr 15 bei jeder Umdrehung aus dem Feststoff austritt und wieder in den Feststoff eintaucht.
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Der Betrieb der Vorrichtung 1 ist kontinuierlich, sodass die Trommel 2 stets dreht, und stets über die Eintragsvorrichtung 8 Feststoff in die Trommel 2 befördert wird. Auch der Austrag erfolgt kontinuierlich, sodass ständig ein gewisser Anteil des Feststoffes aus dem Austragsrohr 13 fällt. Gleichzeitig erfolgt auch die Versorgung des Feststoffes mit Sauerstoff über das perforierte Rohr 15 kontinuierlich, da bei jeder Umdrehung der Trommel 2 das Rohr 15 in den Feststoff eintaucht, ihn gleichzeitig durchmischt und mit Luft versorgt. Nach dieser Mischphase folgt bei jeder Umdrehung der Trommel 2 stets eine Ruhephase, bei der sich das Rohr 15 über den Feststoff hinwegbewegt und somit der Feststoff annähernd in Ruhe bleibt.
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3 zeigt im Detail die Austragsstirnseite 7 der Vorrichtung 1. Zu sehen ist hier die Zellenradschleuse 14, die sich im Austragsrohr 13 befindet. Diese Zellenradschleuse 14 stellt sicher, dass über den Lüfter 12 die Luft aus dem perforierten Rohr 15 angesogen wird, und kein Falschlufteintrag über das Austragsrohr 13 erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Trommel
- 3
- Drehachse
- 4
- Lager
- 5
- Antrieb
- 6
- Eintragsstirnseite
- 7
- Austragsstirnseite
- 8
- Eintragsvorrichtung
- 9
- Austragsvorrichtung
- 10
- Pressschneckenseparator
- 11
- Förderschnecke
- 12
- Lüfter
- 13
- Austragsrohr
- 14
- Zellenradschleuse
- 15
- perforiertes Rohr
- 16
- Öffnungen
- 17
- Leitschaufeln
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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