DE102017103695A1 - Drive device with superposition gear - Google Patents
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Abstract
Antriebsvorrichtung umfassend ein Überlagerungsgetriebe (18) mit einem Planetengetriebe (6) und einem Gehäuse (8), eine Hauptantriebsmaschine (1), die mit einer Eingangswelle (4) des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, zwei Nebenantriebe (3.1,3.2), die über je eine Triebverbindung (9.1,10.1,20.1,9.2,10.2,20.2) mit dem Planetengetriebe (6) verbunden sind, eine Ausgangswelle (11) des Überlagerungsgetriebes, welche mit einer Arbeitsmaschine (2) verbunden werden kann, wobei das Planetengetriebe (6) ein Hohlrad (6.1), ein Sonnenrad (6.2), einen Planetenträger (7) und mehrere Planetenrädern (6.3) aufweist, wobei der erste und der zweite Nebenantrieb (3.1,3.2) auf unterschiedlicher Höhe in z-Richtung angeordnet sind und wobei eine Abtriebswelle (5) des Planetengetriebes (6) vorhanden ist, welche über eine Stirnradstufe (12) mit der Ausgangswelle (11) derart verbunden ist, dass ein Achsversatz zwischen Eingangswelle (4) und Ausgangswelle (11) vorhanden ist.Drive device comprising a superposition gear (18) with a planetary gear (6) and a housing (8), a main drive machine (1) which is connected to an input shaft (4) of the superposition gearing, two auxiliary drives (3.1,3.2), each having a Drive connection (9.1,10.1,20.1,9.2,10.2,20.2) are connected to the planetary gear (6), an output shaft (11) of the superposition gear, which can be connected to a working machine (2), wherein the planetary gear (6) is a ring gear (6.1), a sun gear (6.2), a planet carrier (7) and a plurality of planetary gears (6.3), wherein the first and the second auxiliary drive (3.1,3.2) are arranged at different heights in the z direction and wherein an output shaft (5 ) of the planetary gear (6) is present, which is connected via a spur gear (12) with the output shaft (11) such that an axial offset between the input shaft (4) and output shaft (11) is present.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung umfassend ein Überlagerungsgetriebe mit einem Planetengetriebe und einem Gehäuse, eine Hauptantriebsmaschine, die mit einer Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, zwei Nebenantriebe, die über je eine Triebverbindung mit dem Planetengetriebe verbunden sind, eine Ausgangswelle des Überlagerungsgetriebes, welche mit einer Arbeitsmaschine verbunden werden kann, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad, ein Sonnenrad, einen Planetenträger und mehrere Planetenrädern aufweist.The invention relates to a drive device comprising a superposition gear with a planetary gear and a housing, a main drive machine which is connected to an input shaft of the superposition gearing, two auxiliary drives, which are each connected via a drive connection with the planetary gear, an output shaft of the superposition gearing, which with a work machine can be connected, wherein the planetary gear has a ring gear, a sun gear, a planetary carrier and a plurality of planetary gears.
Bei einem Überlagerungsgetriebe werden allgemein mindestens zwei Wellen des Planetengetriebes durch voneinander unabhängige Antriebe so angetrieben, dass die Drehzahlen an einer weiteren Welle, der Ausgangswelle, addiert oder subtrahiert werden. Ist einer der Antriebe regelbar, dann kann so eine stufenlose Drehzahlregelung für die Ausgangswelle erreicht werden. Im vorliegenden Fall werden zwei Wellen angetrieben, wobei eine Welle von der Hauptantriebsmaschine angetrieben wird und die zweite Welle von den zwei drehzahl-regelbaren Nebenantrieben angetrieben wird. An der dritten Welle der Ausgangswelle ist eine Arbeitsmaschine angeschlossen.In a superposition gear generally at least two shafts of the planetary gear are driven by mutually independent drives so that the speeds at a further shaft, the output shaft, are added or subtracted. If one of the drives can be regulated, then a stepless speed control for the output shaft can be achieved. In the present case, two shafts are driven, with one shaft being driven by the main drive machine and the second shaft being driven by the two speed-controllable auxiliary drives. On the third wave of the output shaft, a working machine is connected.
Aus dem Stand der Technik sind Antriebsvorrichtungen mit einem Überlagerungsgetriebe bekannt, bei dem eine Hauptantriebsmaschine über die Eingangswelle das Hohlrad eines Planetengetriebes und ein regelbarer Nebenantrieb über eine Getriebestufe den Planetenträger antreibt, während die Arbeitsmaschine über die Ausgangswelle mit der Sonne verbunden ist. Durch eine solche Antriebsvorrichtung kann die Drehzahl an der Ausgangswelle in einem recht großen Drehzahlbereich stufenlos eingestellt werden und das bei konstant laufender Hauptantriebsmaschine.From the prior art drive devices with a superposition gear are known in which a main drive machine via the input shaft, the ring gear of a planetary gear and a controllable auxiliary drive via a gear stage drives the planet carrier, while the machine is connected via the output shaft to the sun. By such a drive device, the speed can be adjusted continuously to the output shaft in a fairly wide speed range and the constant-running main drive machine.
Des Weiteren ist es möglich, die Hauptantriebsmaschine lastfrei anzuschleppen, indem der Nebenantrieb beim Hochlaufen jeweils die Drehzahl der Hauptantriebsmaschine einprägt. Erst wenn die Hauptantriebsmaschine in der Nähe der Nenndrehzahl ist und damit ein hohes Drehmoment aufbringen kann, wird die Last langsam beschleunigt, indem die Kompensation der Drehzahl durch den Nebenantrieb reduziert wird.Furthermore, it is possible to tow the main drive machine load-free, by the auxiliary drive during startup each imprinting the speed of the main drive machine. Only when the main drive machine is near the rated speed and can thus apply a high torque, the load is slowly accelerated by the compensation of the speed is reduced by the PTO.
Eine konkrete Ausführung mit zwei Nebenantrieben ist beispielsweise in der Schrift
Genutzt werden solche Antriebsvorrichtungen insbesondere zum Antreiben von Pumpen, Verdichtern oder Kompressoren mit großer Leistung, wie sie zum Beispiel in der Öl- und Gasindustrie oder in thermischen Kraftwerken verwendet werden.Such drive devices are used in particular for driving pumps, compressors or compressors with high performance, as used for example in the oil and gas industry or in thermal power plants.
Diese Antriebsvorrichtungen haben allerdings den Nachteil dass sie relativ viel Bauraum benötigen. Bei Neuanlagen ist das auch nicht so schlimm, da dieser Bauraum in der Anlage eingeplant werden kann. Problematisch wird es hingegen besonders bei der Modernisierung von bestehenden Anlagen, in denen zum Beispiel eine Getrieberegelkupplung für die Drehzahlregelung ersetzt werden soll. Hier ist der zur Verfügung stehende Bauraum vorgegeben und reicht in vielen Fällen nicht aus, um eine solche Antriebsvorrichtung unterzubringen.However, these drive devices have the disadvantage that they require a relatively large amount of space. This is not so bad for new systems, since this space can be planned in the system. On the other hand, it is particularly problematic in the modernization of existing systems in which, for example, a transmission control clutch for the speed control is to be replaced. Here is the available space specified and in many cases is not sufficient to accommodate such a drive device.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine verbesserte Lösung zu finden, so dass die genannte Antriebsvorrichtung bauraumsparender ausgeführt werden kann. Insbesondere für die Nachrüstung in bestehenden Anlagen soll eine wirkungsgradverbessernde Drehzahlregelung mit optimaler Ausnutzung und Flexibilität in Bezug auf den Bauraum geschaffen werden.The object of the invention is now to find an improved solution, so that said drive device can be designed to save space. In particular, for the retrofitting in existing systems an efficiency-improving speed control with optimal utilization and flexibility in terms of space to be created.
Die Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung, die die Vorrichtung noch zusätzlich verbessern, finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung wird dabei so ausgeführt, dass an die Abtriebswelle des Planetengetriebes eine Stirnradstufe angeschlossen ist, über die das Überlagerungsgetriebe mit der Ausgangswelle derart verbunden ist, dass ein Achsversatz zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle vorhanden ist. Durch den Achsversatz wird es möglich, dass einer der Nebenantriebe niedriger und damit der erste und der zweite Nebenantrieb auf unterschiedlicher Höhe in z-Richtung angeordnet sind. Obwohl eine zusätzliche Getriebestufe vorgesehen ist, hat sich herausgestellt, dass man mit deutlich geringerem Bauraum auskommen kann und dass sich eine deutlich höhere Flexibilität für die Anpassung an bestehende geometrische Randbedingungen ergibt.The object is achieved by a drive device according to
Zusätzlich ist es von Vorteil für die Schwerpunktlage der Vorrichtung, wenn einer der Nebenantriebe tiefer angeordnet ist. Und des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung viel mehr Flexibilität bei der Lage der Eingangs- und Ausgangswelle, da nun auch Getrieberegelkupplungen mit Achsversatz ohne aufwändige Umbauten in der Peripherie ersetzt werden können. Auch weitere geometrische Randbedingungen bei solchen sogenannten Retrofit-Anwendungen können leichter eingehalten werden.In addition, it is advantageous for the center of gravity of the device when one of the auxiliary drives is arranged lower. And furthermore, the device according to the invention offers much more flexibility in the position of the input and output shafts, since now also transmission control clutches with axial offset can be replaced without complex modifications in the periphery. Other geometric boundary conditions in such so-called retrofit applications can be more easily met.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Hauptantriebsmaschine nur drehzahlkonstant betreibbar ist und die Nebenantriebe drehzahlgeregelt betreibbar sind. Besonders bei großen Antriebsleistungen ermöglicht das eine kostengünstigere Umsetzung. Ein Großteil der Antriebsleistung kann von der konstant betriebenen Hauptantriebsmaschine aufgebracht werden. Diese benötigt keinen Frequenzumformer, was Investitionskosten spart. Bevorzugt wird die Hauptantriebsmaschine als Mittelspannungsmotor ausgeführt, also mit einer Spannung von mehr als 1 kV. Die Drehzahlregelung erfolgt über die Nebenantriebe, die eine geringere Leistung benötigen und die bevorzugt als Niederspannungsmotoren mit einer Spannung von weniger als 1 kV ausgeführt sind. Somit fallen die dafür benötigten Frequenzumformer kleiner und kostengünstiger aus. In particular, it is preferred if the main drive machine can only be operated with constant speed and the auxiliary drives can be operated with speed control. Especially with large drive power, this allows a more cost-effective implementation. Much of the drive power can be applied by the constantly operating main drive machine. This does not require a frequency converter, which saves investment costs. Preferably, the main drive machine is designed as a medium-voltage motor, ie with a voltage of more than 1 kV. The speed control takes place via the auxiliary drives, which require less power and which are preferably designed as low-voltage motors with a voltage of less than 1 kV. Thus, the required frequency converters are smaller and less expensive.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Eingangswelle mit dem Hohlrad, die Abtriebswelle mit dem Sonnenrad und die Nebenantriebe über je eine Triebverbindung mit konstanter Übersetzung mit dem Planetenträger zu verbinden. Eine so ausgeführte Vorrichtung ist insbesondere gut geeignet für hohe Drehzahlen am Abtrieb, wie sie beispielsweise bei schnelllaufenden Kompressoren oder bei großen Ventilatoren gefordert sind.Furthermore, it is advantageous to connect the input shaft with the ring gear, the output shaft with the sun gear and the auxiliary drives via a respective drive connection with constant translation with the planet carrier. Such a running device is particularly well suited for high speeds at the output, as required for example in high-speed compressors or large fans.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die zwei Nebenantriebe jeweils über ein Nebenantriebsrad und jeweils über eine Zwischenwelle mit gestuften Zwischenrädern an das Planetengetriebe angekoppelt sind. Das ermöglicht eine besonders flexible Bauraumgestaltung, die unterschiedlichsten geometrischen Randbedingungen genügen kann. Das ist bei bestehenden Anlagen ein wichtiges Kriterium.In particular, it is advantageous if the two auxiliary drives are each coupled via a Nebenantriebsrad and in each case via an intermediate shaft with stepped intermediate wheels to the planetary gear. This allows a particularly flexible space design that can meet a variety of geometric constraints. This is an important criterion for existing plants.
Weitere Bauraumeinsparung ist in der Länge der Antriebsvorrichtung möglich, wenn die zwei Nebenantriebe so angeordnet werden, dass sie in der Draufsicht aus z-Richtung überwiegend oder vollständig innerhalb der Gehäuseumrisslinie liegen. Mit dieser Huckepack-Ausführung kann in sehr engen Anlagen dennoch modernisiert werden, da diese Variante besonders kompakt ist.Further space savings is possible in the length of the drive device when the two auxiliary drives are arranged so that they lie in the plan view from the z-direction predominantly or completely within the housing outline. This piggyback design can nevertheless be modernized in very narrow systems, since this variant is particularly compact.
Bevorzugt liegen die zwei Nebenantriebe auf der Seite der Hauptantriebsmaschine. Der Vorteil liegt darin, dass auf der Abtriebsseite im Bereich der Arbeitsmaschine keinerlei weiterer Platz für die Antriebsvorrichtung benötigt wird.Preferably, the two auxiliary drives are located on the side of the main drive machine. The advantage is that on the output side in the area of the machine no further space for the drive device is needed.
Alternativ können die zwei Nebenantriebe auf der Seite der Ausgangswelle, also der Arbeitsmaschine angeordnet sein, wenn beispielsweise auf der Seite der Hauptantriebsmaschine kein geeigneter Bauraum zur Verfügung steht.Alternatively, the two auxiliary drives may be arranged on the side of the output shaft, ie the working machine, if, for example, no suitable installation space is available on the side of the main drive machine.
Um die Montage und Wartung zu vereinfachen, ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse durch eine Teilfuge trennbar ausgeführt ist und einen Gehäusedeckel und ein Gehäuseunterteil aufweist. Weiterhin können die zwei Nebenantriebe direkt am Gehäusedeckel angeordnet sein, wobei das Überlagerungsgetriebe und die Teilfuge derart ausgeführt sind, dass der Gehäusedeckel mit den zwei Nebenantrieben demontiert werden kann, während das Gehäuseunterteil mit Hauptantriebsmaschine, Planetengetriebe und Abtriebswelle eingebaut bleiben kann. Das vereinfacht die Montage und Demontage noch zusätzlich.To simplify installation and maintenance, it is advantageous if the housing is designed to be separable by a parting line and has a housing cover and a housing lower part. Furthermore, the two auxiliary drives can be arranged directly on the housing cover, wherein the superposition gear and the parting line are designed such that the housing cover can be dismantled with the two auxiliary drives, while the lower housing part with main drive machine, planetary gear and output shaft can remain installed. This simplifies assembly and disassembly even more.
Um bei ausgefallener Hauptantriebsmaschine einen Notbetrieb oder ein kontrolliertes Herunterfahren zu ermöglichen, kann für jeden Nebenantrieb noch eine weitere Triebverbindung vorgesehen werden, die den jeweiligen Nebenantrieb mit der Eingangswelle der Antriebsvorrichtung verbindet. Wobei in diesen zusätzlichen Triebverbindungen jeweils eine Schaltkupplung vorgesehen ist, die die Triebverbindung trennen oder einkuppeln kann. Und wobei diese zusätzlichen Triebverbindungen eine konstante Übersetzung aufweisen. Dadurch kann ein Großteil der Energie für das Herunterbremsen durch Umbeschleunigung in den Nebenantrieben verzehrt werden. Eine unzulässige Überdrehzahl des Planetenträgers wird damit verhindert. Dadurch dass zwei Schaltkupplungen vorhanden sind, können diese kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden, ohne dass für sie im Einsatzfall ein Risiko der Überlastung besteht.In order to enable an emergency operation or a controlled shutdown in the case of a failed main drive machine, a further drive connection can be provided for each auxiliary drive and connects the respective auxiliary drive to the input shaft of the drive device. Wherein in each case a clutch is provided in these additional drive connections, which can disconnect or couple the drive connection. And wherein these additional drive connections have a constant translation. As a result, much of the energy for braking down can be consumed by re-acceleration in the power take-offs. An inadmissible overspeed of the planet carrier is thus prevented. The fact that two clutches are present, they can be designed smaller and cheaper, without them in the case of use, there is a risk of overloading.
Des Weiteren kann die so ausgeführte Vorrichtung für kleine Abtriebsdrehzahlen alleine mit den Nebenantrieben angefahren oder betrieben werden.Furthermore, the device designed for small output speeds can be started or operated alone with the auxiliary drives.
Besonders bevorzugt erfolgt die jeweilige zusätzliche Triebverbindung von einem Nebenantriebsrad über eine Zwischenwelle mit zwei Zwischenrädern oder einem gestuften Zwischenrad auf ein Stirnrad auf der Zwischenwelle und über dieses auf ein Stirnrad auf der Eingangswelle. Die Schaltkupplung ist in dieser Version bevorzugt auf der Zwischenwelle angeordnet und kann das Stirnrad auf der Zwischenwelle auskuppeln oder einkuppeln.Particularly preferably, the respective additional drive connection is made by a Nebenantriebsrad via an intermediate shaft with two intermediate wheels or a stepped intermediate gear on a spur gear on the intermediate shaft and via this on a spur gear on the input shaft. The clutch is preferably arranged in this version on the intermediate shaft and can disengage or engage the spur gear on the intermediate shaft.
In einer anderen bevorzugten Ausführung kann die jeweilige zusätzliche Triebverbindung über ein Nebenrad, welches auf einer Nebenantriebswelle angeordnet ist, und über ein unabhängig gelagertes Stirnrad auf ein Stirnrad auf der Eingangswelle wirken. Die Schaltkupplung ist hierbei auf der Nebenantriebswelle angeordnet und kuppelt das Nebenrad aus oder ein.In another preferred embodiment, the respective additional drive connection via a secondary wheel, which is arranged on a secondary drive shaft, and act via an independently mounted spur gear on a spur gear on the input shaft. The clutch is in this case arranged on the PTO shaft and disengages the auxiliary wheel or a.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
-
1 erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in Draufsicht -
2 erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in Frontansicht -
3 weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in Draufsicht -
4-5 noch weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtungen mit Anordnung der Nebenantriebe auf Seite der Ausgangswelle -
6-7 noch weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtungen mit jeweils weiterer Triebverbindung zwischen Nebenantrieb und Eingangswelle
-
1 Drive device according to the invention in plan view -
2 Drive device according to the invention in front view -
3 further drive device according to the invention in plan view -
4-5 Still further drive devices according to the invention with arrangement of the auxiliary drives on the output shaft side -
6-7 Still further drive devices according to the invention, each with further drive connection between the auxiliary drive and the input shaft
Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche beziehungsweise analoge Bauteile oder Komponenten.The figures are described in more detail below. Like reference numerals designate the same or analogous components or components.
In
Das in der Antriebsvorrichtung vorhandene Überlagerungsgetriebe
Die Eingangswelle
Zusätzlich sind zwei Nebenantriebe
Ein besonderer Vorteil ist dabei die Flexibilität in der räumlichen Anordnung, dadurch kann der Bauraum sehr gut ausgenutzt beziehungsweise die Anordnung kann an bestehende Bauraumformen gut angepasst werden. Da sehr kurze Wellen und relativ kleine Stirnräder verwendet werden, ist die Ausführung kostengünstig und hat ein geringeres Gewicht.A particular advantage is the flexibility in the spatial arrangement, thereby the space can be very well utilized or the arrangement can be well adapted to existing space shapes. Since very short shafts and relatively small spur gears are used, the design is inexpensive and has a lower weight.
In der gezeigten Ausführung sind die Nebenantriebe
In der Frontansicht in
Erfindungsgemäß ist der zweite Nebenantrieb
Gut zu erkennen sind wiederum die separaten Triebverbindungen über die Zahnräder
Die Frontansicht ist analog auch für die weiteren Ausführungsvarianten gültig.The front view is valid analogously for the other variants.
In
Die jeweilige Triebverbindung zwischen den Nebenantrieben
In den zusätzlichen Triebverbindungen sind jeweils eine Schaltkupplung
In
Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, dass die Schaltkupplungen 16.1,16.2 an einem freien Wellenende angeordnet sind. Dadurch kann eine Steuerölversorgung für die Schaltung über eine Axialbohrung an diesem freien Wellenende erfolgen. Durch die geschickte, in y-Richtung versetzte Anordnung ist die Antriebsvorrichtung trotz der zusätzlichen Funktionalitäten wiederum besonders kompakt.It is particularly advantageous in this embodiment that the clutches 16.1,16.2 are arranged on a free shaft end. This allows a control oil supply for the circuit via an axial bore at this free shaft end. The clever arrangement offset in the y-direction makes the drive device particularly compact despite the additional functionalities.
Bei der in
Über die verschiedenen Stirnradstufen kann das Übersetzungsverhältnis gut an die benötigten Drehzahlen angepasst werden.Via the various spur gear stages, the gear ratio can be well adapted to the required speeds.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- HauptantriebsmaschinePrime mover
- 22
- Arbeitsmaschineworking machine
- 3.1, 3.23.1, 3.2
- erster und zweiter Nebenantriebfirst and second PTO
- 44
- Eingangswelleinput shaft
- 55
- Abtriebswelleoutput shaft
- 66
- Planetengetriebeplanetary gear
- 6.16.1
- Hohlradring gear
- 6.26.2
- Sonnenradsun
- 6.36.3
- Planetenräderplanetary gears
- 77
- Planetenträgerplanet carrier
- 88th
- Gehäusecasing
- 8a8a
- Gehäuseumrisslinie in DraufsichtHousing outline in plan view
- 8.18.1
- Gehäusedeckelhousing cover
- 8.28.2
- GehäuseunterteilHousing bottom
- 8.38.3
- Teilungsfugedividing
- 9.1, 9.29.1, 9.2
- erstes und zweites Nebenantriebsradfirst and second Nebenantriebsrad
- 10.1, 10.210.1, 10.2
- erste und zweite Zwischenwelle mit Zwischenrädern (oder erstes und zweites gestuftes Zwischenrad)first and second intermediate shaft with intermediate wheels (or first and second stepped intermediate gear)
- 1111
- Ausgangswelleoutput shaft
- 1212
- Stirnradstufespur gear
- 13.1, 13.213.1, 13.2
- erste und zweite Nebenantriebswellefirst and second power take-off shaft
- 14.1, 14.214.1, 14.2
- erstes und zweites Nebenradfirst and second auxiliary wheel
- 15.1, 15.215.1, 15.2
- erstes und zweites Stirnradfirst and second spur gear
- 16.1, 16.216.1, 16.2
- erste und zweite Schaltkupplungfirst and second clutch
- 1717
- Stirnrad auf EingangswelleSpur gear on input shaft
- 1818
- Überlagerungsgetriebe Superposition gear
- 20.1, 20.220.1, 20.2
- erste und zweites Zwischenradfirst and second idler
- xx
- Breitewidth
- yy
- Längelength
- zz
- Höhenrichtungheight direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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2017
- 2017-02-23 DE DE102017103695.4A patent/DE102017103695A1/en not_active Withdrawn
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