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Gegenstand der Erfindung ist die Verpackung von Polysilicium.
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Polykristallines Silicium oder kurz Polysilicium kann mittels des Siemensverfahrens aus Chlorsilanen in Stabform abgeschieden werden. Anschließend wird das stabförmige Polysilicium üblicherweise möglichst kontaminationsfrei zu Bruchstücken bzw. zu Polysiliciumbruch gebrochen. Ein solches Verfahren sowie ein entsprechender Brecher sind in
EP 1 645 333 A1 beschrieben.
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Bei Polysilicium-Bruch handelt es sich um ein scharfkantiges, nicht rieselfähiges Schüttgut.
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Aus
US 7013620 B2 ist eine Vorrichtung zum vollautomatischen Transportieren, Abwägen, Portionieren, Einfüllen und Verpacken eines hochreinen Polysiliciumbruchs bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Förderrinne für den Polysiliciumbruch, eine Wägevorrichtung für den Polysiliciumbruch, welche mit einem Trichter verbunden ist, Ablenkbleche aus Silicium, eine Abfüllvorrichtung, welche aus einer hochreinen Kunststofffolie (z.B. aus PE) einen Kunststoffbeutel formt, sowie eine Verschweißvorrichtung für den mit Polysiliciumbruch gefüllten Kunststoffbeutel. Durch die Armierung von Einbauteilen der Vorrichtung mit Silicium oder mit einem hochverschleißfesten Kunststoff soll eine kontaminationsarme Verpackung des Polysiliciumbruchs ermöglicht werden.
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US 2010/0154357 A1 beschreibt auch ein Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium, bei dem polykristallines Silicium mittels einer Abfüllvorrichtung in einen frei hängenden, fertig geformten Beutel gefüllt wird, wobei der gefüllte Beutel anschließend verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Beutel aus hochreinem Kunststoff mit einer Wanddicke von 10 bis 1000 µm besteht. Vorzugsweise wird der mit polykristallinem Silicium gefüllte, verschlossene Kunststoffbeutel in einen weiteren Kunststoffbeutel aus PE mit einer Wanddicke von 10 bis 1000 µm eingebracht und dieser zweite Kunststoffbeutel verschlossen. So resultiert ein PE-Doppelbeutel.
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US 2013269295 A1 offenbart polykristallines Silicium in Form eines oder mehrerer Bruchstücke oder eines oder mehrerer stabförmiger Rundlinge, umgeben von wenigstens einer 10 bis 1000 μm dicken Folie, die das polykristalline Silicium umschlingt, wobei diese wenigstens eine Folie von einer weiteren Folie mit einer Verstärkungsstruktur oder von einem formbildenden Element umgeben ist. Bei der Folie mit Verstärkungsstruktur handelt es sich beispielsweise um eine Luftpolsterfolie. Das formbildende Element kann aus PU, Polyester oder expandierbarem Polystyrol oder aus einem anderen Kunststoff bestehen. Die in Folie verschweißten Bruchstücke werden in einen Transportbehälter bzw. eine Sammelverpackung eingebracht. Der Transportbehälter, idealerweise ein Großkarton, kann Trennelemente, z. B. einen Stegsatz, aufweisen, der die verpackten Bruchstücke vor Beschädigungen schützt. Zudem offenbart
US 2013269295 A1 ein Verfahren zur Verpackung von polykristallinem Silicium in Form von Bruchstücken oder stabförmigen Rundlingen, wobei jeweils wenigstens eine Folie in einen quaderförmigen, den Abmessungen des zu verpackenden polykristallinen Siliciums angepassten Karton gesteckt, das polykristalline Silicium in die wenigstens eine Folie eingeführt wird, wobei die wenigstens eine 10 bis 1000 μm dicke Folie anschließend verschweißt wird und das polykristalline Silicium umschlingt, wobei diese wenigstens eine Folie von einer weiteren Folie mit einer Verstärkungsstruktur oder von einem formbildenden Element umgeben ist. Statt Trennelementen werden quaderförmige Kartons eingesetzt. Diese Kartons sind an die Größe der Verpackungsbeutel bzw. an Menge und Abmessungen des zu verpackenden polykristallinen Siliciums angepasst.
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Nachteilig ist, dass zum Schutz einer ersten Folie eine weitere Folie mit Verstärkungsstruktur oder ein formbildendes Element benötigt wird. Zudem sind in der Großverpackung Trennelemente oder quaderförmige Kartons nötig. Dies macht diese Art der Verpackung aufwändig.
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WO 2015/007490 A1 offenbart einen Transportbehälter, enthaltend wenigstens zwei Kunststoffbeutel, in denen sich jeweils polykristalline Siliciumbruchstücke befinden, gekennzeichnet durch eine Packungsdichte von größer gleich 500 kg/m
3 bzw. größer als 800 kg/m
3.
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Die Packungsdichte ist definiert als das Gewicht der Einwaage an polykristallinen Siliciumbruchstücken in Bezug auf das Innenvolumen des Transportbehälters. Vibrationen und Schwingungen während des Transports sind umso schädlicher, je mehr Spielraum ein verpackter Polysiliciumbeutel in einer sekundären Verpackungseinheit wie z.B. einem Karton hat. Eine zu enge Verpackung führt zu einer Mehrung der Durchstoßungen, eine zu lockere Verpackung kann ebenfalls zu Durchstoßungen führen und zu erheblich mehr Feinanteil. Trennlagen zwischen den Beuteln wie Innenkartons, Stegsätze oder Trennlagen aus Karton wie in
US 2013269295 A1 beschrieben sind nicht zwingend erforderlich. Allerdings wird das im Transportbehälter vorhandene Restvolumen (= Kartonvolumen – Volumen aller Beutel) durch spezielle Einlagen wie z.B. Schaumstoff, Kartoneinlagen zu größer 70 %, besonders bevorzugt zu 100 % ausgefüllt. Vorzugsweise werden zusätzlich formbildende Elemente aus PU, Polyester oder expandierbarem Polystyrol oder einem anderen Kunststoff eingebracht, wie auch in
US 2013269295 A1 beschrieben.
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Auch die in
WO 2015/007490 A1 beschriebene Art der Verpackung ist aufwändig. Für die Verpackung von Stabstücken ist
WO 2015/007490 A1 nicht geeignet.
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Im Stand der Technik werden zur Verpackung von Polysilicium also Kunststoffbeutel verwendet, die dann zu größeren Verpackungsgebinden zusammengestellt werden. Der Aufwand und die Kosten zur Herstellung dieser Verpackung sind hoch. Nachteilig ist, dass kleinere Einzelgebinde keinen oder nur einen begrenzten Raum für größere Bruchstücke und Stäbe bieten.
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Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der Erfindung. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Behälter zum Verpacken von Polysilicium, bestehend aus Wellpappe, mit einem n-eckigen Querschnitt, wobei n = 8–16, umfassend einen Boden, n = 8–16 Seitenwände und einen abnehmbaren Deckel zum Verschließen des Behälters, wobei in den Behälter ein Doppelbeutel aus Kunststoff eingesetzt ist, wobei in den Doppelbeutel Polysilicium eingefüllt ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Verpackung von Polysilicium umfassend Bereitstellung von Polysilicium aus zerkleinerten Polysiliciumstäben, die durch Abscheidung von Polysilicium in Stabform in einem Reaktor hergestellt wurden, Verpacken des Polysiliciums in einen Behälter aus Wellpappe mit einem n-eckigen Querschnitt, wobei n = 8–16, wobei der Behälter einen Boden, n = 8–16 Seitenwände und einen abnehmbaren Deckel zum Verschließen des Behälters aufweist, wobei in den Behälter ein Doppelbeutel aus Kunststoff eingesetzt ist, wobei in den Doppelbeutel das Polysilicium eingefüllt und der Behälter mit dem Deckel verschlossen wird.
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Unter Doppelbeutel ist zu verstehen, dass zwei Beutel aus Kunststoff, vorzugweise aus PE, in den Behälter eingesetzt sind, wobei ein Beutel in den anderen Beutel eingebracht ist (Innen- und Außenbeutel). Ebenso kann es sich dabei um einen vorgefertigten Beutel handeln, der aus zwei Kunststofffolien gefertigt ist (doppelwandiger Beutel).
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Das zu verpackende Polysilicium stammt aus zerkleinerten Polysiliciumstäben und umfasst vorzugweise Bruchstücke unterschiedlicher Größen.
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Zudem umfasst das Polysilicium vorzugweise Stabstücke in Form von Voll- oder Halbzylindern.
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Die Packungsdichte, also das Gewicht der Einwaage an Polysilicium in Bezug auf das Innenvolumen des Behälters, beträgt vorzugweise 900–1300 kg/m3 und besonders bevorzugt 1000–1100 kg/m3.
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Der Querschnitt des Behälters kann bis zur Fläche einer Palette betragen.
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In einer Ausführungsform ist der Querschnitt des Behälters an die Größe von Chemie-Paletten angepasst.
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Beispielsweise kann es sich um eine Standard (Chemie) Palette CP5 mit einem Querschnitt von 760 × 1140 mm handeln.
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In einer Ausführungsform wird der Behälter für große Bruchstücke oder ganze Stabstücken mit bis zu 300 mm Durchmesser und bis 1,2 m Länge eingesetzt.
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In einer Ausführungsform werden sowohl Bruch- als auch Stabstücke unterschiedlicher Größe in den Behälter verpackt. Dadurch kann die Packungsdichte zusätzlich erhöht werden.
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Im Folgenden wird auf einen Behälter mit einem n-eckigen Querschnitt mit n = 8 Bezug genommen. Die dabei beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen können entsprechend auf Behälter mit einem n-eckigen Querschnitt mit n > 8 übertragen werden.
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In einer Ausführungsform umfasst der Behälter einen achteckigen Boden, acht Seitenwände (gleicher Höhe) und einen achteckigen, abnehmbaren Deckel.
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Der Boden und der Deckel weisen in einer Ausführungsform einen geringfügig höheren Querschnitt auf, so dass die Seitenwände fixiert sind.
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Jeweils zwei der acht Seitenwände sind zueinander parallel und haben die gleichen Abmessungen, vgl. auch 1. Der Querschnitt bzw. die Bodenfläche hat die Form eines konvexen Achtecks.
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Eine Höhe des Behälters von 400 bis 600 mm hat sich als besonders ergonomisch erwiesen. Damit lässt sich der Boden des Behälters beim manuellen Be- und Entladen ohne vollständiges Überbeugen des Personals erreichen.
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Der achteckige Querschnitt von Boden und Seitenwänden in Verbindung mit dem achteckigen Deckel gewährleistet ein besonders geringes Ausbauchen oder Einknicken und eine hohe Stauchdruckfestigkeit.
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Vorzugweise umfasst das verpackte Polysilicium Bruchstücke und Stabstücke in Form von Voll- oder Halbzylindern.
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In einer Ausführungsform werden Bruchstücke und Stabstücke in Form von Voll- oder Halbzylindern derart verpackt, dass die runden Seiten von Halbzylinder-Stabstücken bzw. die Vollzylinder-Stabstücke (Stabrundlinge) an der Innenseite des Behälters liegen. Zwischen den an der Innenseite des Behälters liegenden Stabstücken und der Innenseite bzw. Innenwand befindet sich kein Polysilicium, auch keine Bruchstücke. Die Stabstücke können die Innenwand des Behälters mit ihrer runden Seite berühren. Zwischen den an den Innenwänden des Behälters liegenden Stabstücken kann Polysilicium in Form von Bruchstücken oder Stabstücken oder beiden angeordnet sein.
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Diese Ausführungsform bietet ein größtes Maß an Durchstoßsicherheit und vermeidet gleichzeitig Relativbewegungen der Bruchstücke.
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Es wird wirksam verhindert, dass scharfkantige Bruchstücke überhaupt in Berührung mit Beutelfolie und/oder Behälter-Innenwand kommen. Eine Durchstoßung von Folie und/oder Behälter-Innenwand würde eine Kontaminationsgefahr durch Fremdpartikel und anhaftenden Staub bedeuten.
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Ebenfalls sorgen die die Bruchstücke umgebenden halb- und vollzylinderförmigen Stabstücke für eine starke Fixierung der innenliegenden Bruchstücke, so dass die Relativbewegungen zwischen Bruchstücken eingedämmt und damit der Entstehung von Feinanteil durch Stoßzerkleinerung der Bruchstücke entgegengewirkt wird.
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In einer Ausführungsform wird ein doppelter Kunststoffbeutel mit einer Folienstärke von jeweils 100 bis 200 µm in den Behälter eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass dies unter Berücksichtigung der Verpackungskosten in Hinblick auf Durchstoßsicherheit und Handhabbarkeit eine optimierte Lösung darstellt.
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Es hat sich gezeigt, dass dickere Folien in Großgebinde weniger gut bzw. nicht handelbar sind und sich zudem schlechter an die Bruchstücke anschmiegen, wodurch das Durchstoßrisiko erhöht wird. Dünnere Folien können zu schnell (ein-)reißen.
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In einer Ausführungsform endet die Öffnung eines der beiden in den Behälter eingesetzten Beutel auf Höhe des Endes der Seitenwände des Behälters, während die Länge des zweiten Beutels so ausgeführt ist, dass ein hermetisches Verschließen (Verschweißen, Zusammenrollen bzw. -raffen) dieses zweiten Beutels möglich ist.
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Selbstverständlich können in einer anderen Ausführungsform beide Beutel über die Höhe des Endes Seitenwände hinausragen und gleich oder unterschiedlich lang sein und beide hermetisch verschlossen werden.
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Der kürzere der beiden Beutel wird nicht verschlossen, was weniger Aufwand bedeutet.
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In einer Ausführungsform wird zum Verschließen eines Beutels die Beutelöffnung eingerollt und fixiert, beispielsweise mit einem Klebeband.
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Ein derart verschlossener Beutel kann durch den Kunden ohne Werkzeug und auch ohne Kontaminationsgefahr für das Polysilicium geöffnet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Beutel verschweißt.
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Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und in den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind.
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Kurzbeschreibung der Figur
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1 zeigt den achteckigen Querschnitt eines Behälters.
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2 zeigt schematisch einen Behälter mit darin angeordnetem Polysilicium enthaltend Stabrundlinge (Vollzylinder).
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3 zeigt schematisch einen Behälter mit darin angeordnetem Polysilicium enthaltend Halbzylinder-Stabstücke.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bruchstück
- 2
- Stabrundling
- 3
- Behälter
- 4
- Halbzylinder-Stabstück
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Auf die in 1 dargestellten Abmessungen a, b, c, d und e wird in den nachfolgenden Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen.
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Der Behälter umfasst jeweils zwei parallele Seitenwände der Längen b und d und vier schräge Seitenwände der Länge e. Die Länge e lässt sich aus den Abmessungen a und c berechnen.
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Tabelle 1 zeigt die Abmessungen der Querschnitte von vier beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in der Übersicht.
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Daraus gehen die Verhältnisse der Abmessungen der Seitenwände zueinander hervor.
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Bei der Ausführungsform nach Beispiel 1 umfasst der Behälter zwei lange Seitenwände der Abmessung d, die doppelt so lang ist wie zu diesen Seitenwänden senkrechten Seitenwände der Abmessung b.
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Es gilt also d = 2·b. Tabelle 1
| | a | b | c | d | e |
| Beispiel 1 | 0,5 | 1 | 0,5 | 2 | 0,71 |
| Beispiel 2 | 0,5 | 1 | 0,75 | 1,5 | 0,90 |
| Beispiel 3 | 0,25 | 1,5 | 0,25 | 2,5 | 0,35 |
| Beispiel 4 | 0,75 | 0,5 | 0,75 | 1,5 | 1,06 |
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Die vier schrägen Seitenwände der Abmessung e, die die o.g. genannten Seitenwände verbinden, sind kürzer als die Abmessung b.
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Es gilt e = 0,71·b.
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Analog dazu können der Tabelle 1 die Seitenlängenverhältnisse der Beispiele 2–4 entnommen werden.
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Die Länge d kann bis zu dem Dreifachen der Länge b betragen.
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Allgemein haben die Behälter jeweils zwei Seiten mit d = 1,5–2,5 und b = 0,5–1,5 und vier Seiten mit e = 0,35–1,06.
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Die Behälter sind idealerweise an die Größen von Standard Chemie-Paletten angepasst.
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Das Seitenverhältnis l1/l2 einer Palette kann wie folgt angegeben werden: l1/l2 = (2a + b)/(2c + d)
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Für die Beispiele 1–4 ergibt sich jeweils ein Seitenverhältnis l1/l2 = 2/3. Dies entspricht dem Seitenverhältnis einer CP5-Palette.
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Selbstverständlich können auch quadratische Paletten wie die Chemie-Palette CP3 (Querschnitt 1140 × 1140 mm) zum Einsatz kommen. In diesem Fall beträgt das Seitenverhältnis l1/l2 = 1. Dann sind die in Tabelle 1 angegebenen Seitenlängen entsprechend anzupassen: beispielsweise könnte die Abmessung d um jeweils 1 reduziert werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl Bruchstücke 1 als auch Stabrundlinge 2 im Behälter 3 angeordnet sind.
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Die Stabrundlinge 2 sind am Boden und den Seitenwänden des Behälters 3 angeordnet.
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Die Bruchstücke 1 kommen mit Boden und Seitenwänden des Behälters 3 nicht in Berührung.
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2 zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl Bruchstücke 1 als auch Halbzylinder-Stabstücke 4 im Behälter 3 angeordnet sind.
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Die Halbzylinder-Stabstücke 4 sind am Boden und den Seitenwänden des Behälters 3 angeordnet.
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Die Bruchstücke 1 kommen mit Boden und Seitenwänden des Behälters 3 nicht in Berührung.
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Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1645333 A1 [0002]
- US 7013620 B2 [0004]
- US 2010/0154357 A1 [0005]
- US 2013269295 A1 [0006, 0006, 0009, 0009]
- WO 2015/007490 A1 [0008, 0010, 0010]
