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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren einer Schmelze, insbesondere einer Schmelze aus Fett, Wachs oder ähnlich schmelzbarem Stoff, welcher in der Lebensmittel-, Chemie- oder Pharma-Industrie verwendet wird.
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Derartige Vorrichtungen werden häufig auch als Hotmelt-Systeme bezeichnet. Sie dienen dazu, eine Schmelze an eine Prozessanlage zur Verarbeitung und/oder Herstellung von Lebensmitteln oder Pharmazeutika zu fördern und die geförderte Schmelze möglichst genau zu dosieren, indem die Förderrate gesteuert oder geregelt wird.
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Ein Beispiel für eine solche Prozessanlage, an die eine Schmelze mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gefördert und dosiert abgegeben wird, ist eine Anlage zum Granulieren oder Coaten (Beschichten) von fließfähigen Schüttgütern wie Pulver, Granulate, Kristalle, Pellets, Saatgüter, Gewürze, etc., wie diese bspw. aus der
EP 1 395 358 A1 , der
EP 2 720 785 A1 , der
EP 2 164 620 A2 und der
EP 2 864 031 A1 bekannt ist.
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In der oben genannten Art von Prozessanlagen zum Behandeln von partikelförmigem Gut durch Granulieren oder Coaten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Zusatzaggregat eingesetzt werden, um das zu behandelnde, partikelförmige Gut bspw. mit einer Fett- oder Wachsschicht zu versehen. Das geschmolzene Fett oder Wachs wird in diesem Fall durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gefördert und dosiert an die Prozessanlage zum Behandeln des partikelförmigen Guts abgegeben und darin in geschmolzener Form dem zu behandelnden Gut zugefügt.
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Es sei jedoch angemerkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren einer Schmelze für jegliche Arten von Schmelzen geeignet ist, welche typischerweise in der Lebensmittel- und/oder Pharma-Industrie verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht auf den zuvor beschriebenen Anwendungsfall beschränkt.
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Vorrichtungen zur Herstellung, Verarbeitung und Dosierung von Schmelzen sind bereits seit langem bekannt und werden in der Nahrungsmittel- und Pharma-Industrie in vielfältiger Weise eingesetzt. Die verwendeten Vorrichtungen/Systeme weisen üblicherweise die folgenden Komponenten auf: Ein Schmelzbehälter zum Erwärmen bzw. Herstellen der Schmelze, eine Pumpe zur Förderung der Schmelze aus dem Schmelzbehälter, ein Rohrleitungs- oder Schlauchsystem, welches den Schmelzbehälter mit der Pumpe und der Auslassöffnung der Vorrichtung verbindet sowie eines oder mehrere Stell- und Regelventile. Die Dosierung wird üblicherweise anhand der Pumpe und/oder Stell- und Regelventile gesteuert bzw. geregelt. Optional kann eine Durchflussmesstechnik zum Einsatz kommen.
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Üblicherweise werden die oben genannten Komponenten als Einzelkomponenten modular kombiniert und dann zur Herstellung der Vorrichtung zusammen montiert. Als Verbindungselemente zwischen den einzelnen Komponenten kommen im Allgemeinen Rohr- oder Schlauchleitungen mit Flansch- oder Klemmverbindungen zum Einsatz.
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Eine große Herausforderung in derartigen Vorrichtungen bzw. Anlagen besteht darin, die Schmelze während des Förderprozesses auf Temperatur zu halten, um ein Erstarren der Schmelze innerhalb der Vorrichtung bzw. Anlage zu verhindern. Die oben beschriebenen Rohrleitungen sind daher meist doppelwandig ausgeführt, um mit einem Wärmeträgermedium beheizt werden zu können.
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Die Verhinderung eines Temperaturabfalls gestaltet sich jedoch insbesondere an den Flanschen und Übergängen zwischen den einzelnen Komponenten als schwierig. Zudem haben sich an den bisher bekannten Lösungen folgende Nachteile gezeigt: Meist sind die produktberührenden Bereiche innerhalb der Vorrichtung nur sehr schwierig zugänglich. Produktreste lassen sich daher nicht immer sicher entfernen. Nur wenige der bekannten Vorrichtungen erfüllen daher die Hygieneanforderungen, welche im Bereich der Lebensmittel- und Pharma-Industrie üblich sind. Die Reinigung des Systems gestaltet sich meist nicht nur als schwierig, sondern lässt sich auch kaum überprüfen. Durch die vielen Übergänge, Rohr- oder Schlauchleitungen und Komponenten existieren viele Toträume und Dichtstellen, in denen sich Schmelze ansammeln, erkalten und dann erstarren kann. Durch die meist notwendigen, sehr aufwändigen Isolationskomponenten erweisen sich Reparaturen der Vorrichtung häufig als schwierig, da dies eine Demontage der Isolationskomponenten und meist auch der gesamten Vorrichtung bzw. Anlage erfordert. Durch die Vielzahl notwendiger Isolationskomponenten steigt auch der Platzverbrauch der Vorrichtung stark an.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Dosieren einer Schmelze bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile überwindet. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe, die Systemkomplexität zu verringern und gleichzeitig die Funktionalität sowie die Reinigungsfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 umfasst vorzugsweise die folgenden Komponenten: Ein Aufnahmebehälter zur Aufnahme der Schmelze; ein Heizblock zum Beheizen des Aufnahmebehälters, wobei der Heizblock eine mit dem Aufnahmebehälter verbundene Einlassöffnung sowie eine Auslassöffnung aufweist; eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Heizblocks; ein Kanal, welcher den Heizblock in seinem Inneren durchquert und die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung verbindet; ein erstes Ventil, welches mit dem Kanal verbunden ist; eine Pumpe, die dazu eingerichtet ist, die Schmelze aus dem Aufnahmebehälter durch den Kanal zu der Auslassöffnung zu pumpen. Zusätzlich zu dem Kanal, welcher vorzugsweise vollständig in den Heizblock integriert ist, sind auch das erste Ventil und die Pumpe zumindest teilweise in den Heizblock integriert.
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Durch die Integration von Kanal, erstem Ventil und Pumpe in den Heizblock, lässt sich eine Vielzahl der eingangs genannten Probleme aus dem Stand der Technik überwinden. Zum einen ergibt sich dadurch ein sehr effizientes Heizsystem, welches nicht nur die in dem Aufnahmebehälter befindliche Schmelze aufheizt, sondern gleichzeitig auch die übrigen Komponenten der Vorrichtung auf Temperatur hält, um ein Erstarren der Schmelze im Inneren der Vorrichtung zu verhindern. Zum anderen lässt sich dadurch die Anzahl der Bauteile reduzieren, da ein Großteil des sonst notwendigen Isolationsmaterials überflüssig ist und Flansche, Übergänge oder sonstige Verbindungen, welche auf Temperatur zu halten wären, entfallen können.
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Durch die Aufnahme fast aller oder sogar aller Komponenten in einen gemeinsamen Heizblock lässt sich auch die Reinigungsfähigkeit der gesamten Vorrichtung deutlich vereinfachen. Zudem kann der Platzbedarf, den eine solche Vorrichtung für sich beansprucht, deutlich reduziert werden, da sowohl die Leitungssysteme als auch die einzelnen Komponenten allesamt in den gemeinsamen Heizblock integriert sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 15 umfasst vorzugsweise die folgenden Komponenten: Ein Aufnahmebehälter zur Aufnahme der Schmelze, wobei der Aufnahmebehälter druckdicht verschließbar ist, um dessen Inneren mit einem Überdruck beaufschlagen zu können; ein Heizblock zum Beheizen des Aufnahmebehälters, wobei der Heizblock eine mit dem Inneren des Aufnahmebehälters verbundene Einlassöffnung sowie eine Auslassöffnung aufweist; eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Heizblocks; ein Kanal, welcher den Heizblock in seinem Inneren durchquert und die Einlassöffnung mit der Auslassöffnung verbindet; und ein erstes Ventil, welches mit dem Kanal verbunden ist. Das erste Ventil und der Kanal zumindest teilweise in den Heizblock integriert sind.
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Diese zweite, alternative Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgt grundsätzlich dem gleichen erfinderischen Prinzip wie die oben erwähnte erste, alternative Ausführung, wonach ein Großteil oder sogar alle systemrelevanten Komponenten der Vorrichtung in ein und denselben Heizblock integriert sind. Der Unterschied zu der ersten Ausführung besteht lediglich darin, dass gemäß der zweiten Ausführung auf eine Pumpe verzichtet wird und stattdessen ein Überdruckbehälter als Aufnahmebehälter zum Einsatz kommt. Die Förderrate der zu dosierenden Schmelze wird also nicht über das erste Ventil und eine Pumpe, sondern über das erste Ventil und den im Aufnahmebehälter herrschenden Überdruck geregelt.
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Die oben genannte Aufgabe ist daher gemäß beider alternativen Ausführungen vollständig gelöst.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist auch der Aufnahmebehälter und/oder die Heizeinrichtung zumindest teilweise in den Heizblock integriert.
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Der Aufnahmebehälter kann grundsätzlich auch abnehmbar von dem Heizblock ausgestaltet sein, was dessen Handling vereinfacht. Eine Integration des Aufnahmebehälters in den Heizblock trägt zu den oben genannten Vorteilen, wie der Reduzierung des Platzbedarfs, der Effizienz des Heizsystems und der einfacheren Reinigbarkeit, zusätzlich bei.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Heizblock einen massiven Materialblock aus thermisch leitendem Material auf. Alternativ dazu weist der Heizblock ein mit einem Heizträgermedium gefülltes Gehäuse auf.
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Der massive Materialblock kann bspw. aus Edelstahl hergestellt sein, da Edelstahl eine ausreichend gute thermische Leitfähigkeit aufweist und sich gleichzeitig einfach reinigen lässt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass durchaus auch andere Materialien zum Einsatz kommen können, welche diese Eigenschaften aufweisen.
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Alternativ dazu kann ein Gehäuse aus Stahl eingesetzt werden, welches vollständig oder zumindest größtenteils mit einem Heizträgermedium, bspw. einem Thermalöl gefüllt ist.
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In beiden Fällen sind die beschriebenen Komponenten der Vorrichtung (Kanal, erstes Ventil und Pumpe) in den Materialblock oder das Gehäuse integriert, d.h. mit diesem integral verbunden und/oder innerhalb dessen angeordnet, so dass sich das Aufheizen des Heizblocks mit Hilfe der Heizeinrichtung thermisch auch auf diese Komponenten überträgt. Ebenso ist es gemäß beider Varianten vorgesehen, dass auch der Aufnahmebehälter in den Heizblock zumindest teilweise integriert ist oder aber zumindest unmittelbar mit dem Heizblock verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Ventil ein Ventilgehäuse auf, wobei zumindest ein Teil des Ventilgehäuses integral mit dem Heizblock verbunden ist und aus dem gleichen Material wie der Heizblock ist. Vorzugsweise weist das erste Ventil einen Ventilgrundkörper auf, der integral mit dem Heizblock verbunden ist und aus dem gleichen Material wie der Heizblock ist. Vorzugsweise sind Ventilgrundkörper und Heizblock aus einem einzigen, gemeinsamen Stück gefräst.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Ventil als Membranventil ausgestaltet. In diesem Fall ist vorzugsweise der Ventilsitz des Membranventils, innerhalb dessen die Membran des Membranventils bewegt wird, integral mit dem Heizblock verbunden und aus dem gleichen Material wie der Heizblock. Die Ausgestaltung aus dem exakt gleichen Material ist nicht zwingend notwendig. Bevorzugt ist jedoch die integrale Verbindung des Ventilgehäuses, des Ventilgrundkörpers bzw. des Ventilsitzes mit dem Heizblock. Hierdurch ist die Erwärmung des ersten Ventils sichergestellt und das Erkalten bzw. Erstarren der Schmelze innerhalb des ersten Ventils wirksam verhindert.
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Die in den Heizblock integrierte Pumpe ist vorzugsweise als Kolbenpumpe, Taumelkolbenpumpe, Schlauchpumpe oder Zahnradpumpe ausgestaltet. Vorzugsweise wird die Förderrate der Schmelze, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung abgibt, mit Hilfe der Pumpe und/oder des ersten Ventils gesteuert bzw. geregelt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die die Pumpe als Kolbenpumpe ausgestaltet und weist einen Kolben sowie einen Zylinder, welcher in den Heizblock integriert ist und innerhalb dessen der Kolben bewegbar ist, auf.
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Eine solche Kolbenpumpe hat mehrere Vorteile. Zum einen lässt sich der Kolben über einen linearen Positionierantrieb bewegen, so dass sich die Dosierrate der abzugebenden Schmelze relativ einfach über die Geschwindigkeit des Kolbens steuern lässt. Im Gegensatz zu anderen Arten von Pumpen arbeitet eine solche Kolbenpumpe annähernd pulsationsfrei. Während des Vorwärtshubs des Kolbens mit Hilfe eines Linearantrieb kann somit eine sehr gleichmäßige Förderrate erzielt werden. Zum anderen können Kolbenpumpen relativ einfach gereinigt werden, da zur Reinigung lediglich der Kolben aus dem Zylinder hinausgezogen werden muss. Allerdings wird bei der Ausgestaltung mit einer Kolbenpumpe üblicherweise zusätzlich zu dem ersten Ventil noch ein weiteres Ventil notwendig, so dass ein Ventil vor der Pumpe und ein Ventil nach der Pumpe angeordnet ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung, in der die Pumpe als Schlauchpumpe ausgestaltet ist, genügt hingegen meist nur ein einziges Ventil, um die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung zu gewährleisten. Andererseits treten bei derartigen Schlauchpumpen üblicherweise Pulsationen auf, so dass eine hunnderprozentig gleichmäßige Förderrate meist nur schwierig zu gewährleisten ist. Leichtere Pulsationen als bei einer Schlauchpumpe treten dagegen bei einer Zahnradpumpe auf, welche für den vorliegenden Einsatzzweck ebenfalls verwendbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Kanal einen ersten Kanalteil auf, welcher die Einlassöffnung des Heizblocks mit der Pumpe verbindet,. Des Weiteren weist der Kanal einen zweiten Kanalteil auf, welcher die Pumpe mit der Auslassöffnung des Heizblocks verbindet. Beide Kanalteile können jeweils mehrere Kanalabschnitte aufweisen, die direkt in den Heizblock integriert sind. Die Pumpe ist in diesem Fall also zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung innerhalb des Heizblocks angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Vorrichtung ein zweites Ventil auf, welches zumindest teilweise in den Heizblock integriert ist, wobei der erste Kanalteil einen ersten Kanalabschnitt, welcher die Einlassöffnung mit dem ersten Ventil verbindet, sowie einen zweiten Kanalabschnitt, welcher das erste Ventil mit der Pumpe verbindet, aufweist, und wobei der zweite Kanalteil einen dritten Kanalabschnitt, welcher die Pumpe mit dem zweiten Ventil verbindet, sowie einen vierten Kanalabschnitt, welcher das zweite Ventil mit der Auslassöffnung verbindet, aufweist.
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In diesem Fall ist also sowohl vor als auch nach der Pumpe ein Steuer- bzw. Regelventil angeordnet. Dies ermöglicht einen noch sichereren und einfacher steuerbaren Dosierprozess. Beide Ventile werden vorzugsweise abhängig voneinander, z.B. pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch, gesteuert.
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Wenn die Pumpe als Kolbenpumpe ausgestaltet ist, so mündet der zweite und der dritte Kanalabschnitt in der zuletzt genannten Ausgestaltung vorzugsweise direkt in den Zylinder der Kolbenpumpe.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Heizblock einen ersten Teilblock sowie einen damit lösbar verbundenen zweiten Teilblock auf, wobei der Kanal zumindest teilweise in den ersten Teilblock integriert ist und das erste Ventil zumindest teilweise in den zweiten Teilblock integriert ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein Teilblock von dem anderen Teilblock abgenommen werden kann, um dann das erste Ventil sowie auch das Innere des Kanals bzw. der einzelnen Kanalteile genauer inspizieren und auch besser reinigen zu können. Vorzugsweise weist der Kanal mehrere, gerade Kanalabschnitte auf, welche quer zueinander angeordnet sind. In Kombination mit dem zuvor beschriebenen abnehmbaren Teilblock vereinfacht eine solche ungekrümmte Ausgestaltung der einzelnen Kanalabschnitte die Inspektion und Reinigung noch weiter.
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In der zuvor genannten Ausgestaltung ist der eine Teilblock mit dem anderen Teilblock vorzugsweise über ein Scharnier verbunden, so dass sich eine der beiden Teilblöcke von dem jeweils anderen abklappen lässt. Grundsätzlich kommen jedoch auch andere Arten der lösbaren Verbindung in Betracht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Druckluftkanal auf, welcher in den Heizblock integriert ist und mit dem zuvor beschriebenen Kanal, innerhalb dessen die Schmelze transportiert wird, im Inneren des Heizblocks verbunden ist.
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Ein solcher mit dem Kanal für die Schmelze verbundenen Druckluftkanal lässt sich insbesondere für die folgenden zwei Zwecke einsetzen: zum einen lässt sich dadurch der Förderweg zu der Prozessanlage (z.B. Anlage zum Granulieren und Coaten von partikelförmigem Gut) vorwärmen. Ein Teil des Druckluftkanals fungiert daher in der Art eines Wärmetauschers, um die darin geführte Druckluft im Heizblock zu erwärmen. Zum anderen kann der Druckluftkanal zur Entleerung der Vorrichtung wie auch zur Reinigung, insbesondere zur Trocknung des Kanals, innerhalb dessen die Schmelze geführt wird, nach der Reinigung mittels einer Flüssigkeit, verwenden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung ein drittes Ventil auf, wobei der Druckluftkanal einen Teilabschnitt aufweist, der das dritte Ventil mit dem Kanal, innerhalb dessen die Schmelze geführt wird, verbindet. Für dieses dritte Ventil lässt sich die Druckluftzuführung steuern. Im Zusammenspiel mit den beiden anderen Ventilen kann je nach gewünschter Aufgabe, z.B. Entleerung oder Reinigung des Systems, die Druckluft geleitet werden. Auch dieses dritte Ventil ist vorzugsweise in den Heizblock zumindest teilweise integriert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Isolierung oder alternativ einen Berührungsschutz auf, welche(r) den Heizblock und/oder den Aufnahmebehälter zumindest teilweise umgibt.
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Diese Isolierung bzw. der Berührungsschutz dient insbesondere zur Vermeidung von Verletzungen des Anwenders der Vorrichtung. Zusätzlich wird durch die Isolierung die Energieeffizienz des Systems verbessert.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. An dieser Stelle sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Ansprüchen definierten Ausgestaltungen und Merkmale sich nicht nur auf die im Anspruch 1 definierte, erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sondern in entsprechender Weise auch auf die im Anspruch 15 definierte, zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine schematische Schnittansicht des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels in einer zweiten Stellung;
- 4 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 6 eine schematische Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
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Die 1 bis 6 zeigen insgesamt fünf verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung ist darin jeweils in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
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Die Vorrichtung 10 weist einen Aufnahmebehälter 12 zur Aufnahme des zu dosierenden Produkts auf. Das Produkt kann entweder als vorgefertigte Schmelze oder aber als Feststoff in den Behälter 12 eingefüllt und darin geschmolzen werden. Im zweiten Fall kann der Aufschmelzvorgang durch eine Rühreinrichtung 14, welche von einem Motor 16 angetrieben wird, beschleunigt werden.
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Geheizt wird der Aufnahmebehälter 12 über einen Heizblock 18, welcher direkt mit dem Aufnahmebehälter 12 verbunden ist. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Aufnahmebehälter 12 integral mit dem Heizblock 18 verbunden und zumindest teilweise in diesen eingelassen. Alternativ dazu kann auch eine lösbare Verbindung zwischen Aufnahmebehälter 12 und Heizblock 18 vorgesehen sein.
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Der Heizblock 18 wird mit Hilfe einer Heizeinrichtung 20 geheizt. Diese Heizeinrichtung 20 kann bspw. als Elektroheizstab ausgestaltet sein. Der Aufnahmebehälter 12 wird also nicht direkt von der Heizeinrichtung 20 beheizt, sondern indirekt über den Heizblock 18, welcher durch die Heizeinrichtung 20 beheizt wird.
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Der Heizblock 18 ist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als massiver Materialblock ausgestaltet, welcher aus einem thermisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall, besonders bevorzugt aus Edelstahl hergestellt ist. Die Heizeinrichtung 20 ist vorzugsweise in den Heizblock 18 eingebaut oder zumindest in dessen Inneren lösbar eingeführt. Um die Temperatur des Heizblocks 18 möglichst genau regeln zu können, kann zusätzlich ein Thermometer 22 vorgesehen sein. Auch dieser Thermometer 22 ist vorzugsweise in den Heizblock 18 direkt integriert.
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Für den vorliegenden Anwendungsfall der Dosierung einer Schmelze wird der Heizblock 18 vorzugsweise auf ca. 10-30 K über den Schmelzpunkt des zu verarbeitenden Produkts erhitzt. Je nach Produkt bedeutet dies eine Erwärmung des Heizblocks 18, welche zumeist im Bereich von 80-150 °C liegt.
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Mit dem Heizblock 18 werden durch ein und dieselbe Heizeinrichtung 20 auch die übrigen Komponenten der Vorrichtung 10 erhitzt, welche vorzugsweise allesamt in den Heizblock 18 integriert oder zumindest direkt mit diesem verbunden sind. Aufgrund dieser Integration der übrigen Komponenten der Vorrichtung 10 in den beheizten Heizblock 18 kann ein Erkalten und/oder Erstarren der Schmelze auf ihrem Förderweg durch die Vorrichtung 10 wirksam verhindert werden.
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Zu den genannten Komponenten, welche in den Heizblock 18 integriert sind, gehören ein Kanal 24, welcher den Heizblock 18 in seinem Inneren durchquert. Dieser Kanal 24 verbindet eine Einlassöffnung 26 des Heizblocks 18, an der das geschmolzene Produkt aus dem Aufnahmebehälter 12 in den Heizblock 18 eintritt, mit einer Auslassöffnung 28, an der das geschmolzene Produkt aus dem Heizblock 18 austritt und bspw. an eine Prozessanlage übergeben wird, in der das geschmolzene Produkt weiter verarbeitet wird.
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Ebenso integral verbunden mit dem Heizblock 18 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Ventile 30, 32, 34. Die Gehäuse der Ventile 30, 32, 34 sind vorzugsweise integral mit dem Heizblock 18 verbunden und ebenfalls vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt wie der Heizblock 18. Auf diese Weise werden auch die drei Ventile zusammen mit dem Heizblock 18 automatisch erwärmt. Wenngleich im vorliegenden Fall drei dieser Ventile 30, 32, 34 von Vorteil sind, sei an dieser Stelle angemerkt, dass zur Funktionsfähigkeit der Vorrichtung 10 auch ein einziges Ventil ausreichend wäre.
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Die Ventile 30, 32, 34 sind vorzugsweise als pneumatisch aktivierbare Membranventile ausgestaltet. Jedes der drei Ventile weist eine flexible Membran 36 auf, welche an einem Stößel 38 geführt bewegbar ist. Die Membran 36 ist vorzugsweise aus Kunststoff, zum Beispiel aus einem Elastomer. Sie ist innerhalb eines vorderen Teils des Ventilgehäuses, welcher als Ventilsitz 40 bezeichnet wird, beweglich. In der in 1 dargestellten Situation befindet sich das erste und das dritte Ventil 30, 34 jeweils in der geschlossenen Stellung. Dagegen befindet sich das zweite Ventil 32 in seiner offenen Stellung. Jedes Ventil 30, 32, 34 wird, wie bereits erwähnt, in dem vorliegenden Fall pneumatisch gesteuert. Hierzu wird über eine Einlassöffnung 42 Druckluft in einen hinteren Teilraum des Ventils eingeführt, wodurch ein am Stößel 38 befestigter Kolben 44 bewegt wird. Durch die Bewegung des Kolbens 44 wird auch der Stößel 38 und damit auch die Membran 36 bewegt. Eine am Kolben 44 angreifende Rückstellfeder 46 sorgt dafür, dass bei Ausfall der Druckluft, das Ventil 30, 32, 34 sicherheitshalber in seine geschlossene Stellung gebracht wird.
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Eine weitere Komponente, welche zumindest teilweise in den Heizblock 18 integriert ist, ist eine Pumpe 48. Die Pumpe 48 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Kolbenpumpe ausgestaltet. Sie weist einen Zylinder 50 auf, welcher in den Heizblock 18 eingeformt oder in sonstiger Weise integriert ist. In diesem Zylinder 50 ist ein Kolben 52 beweglich gelagert, welcher durch einen Linearantrieb 54 angetrieben wird. Der Kolben 52 lässt sich vorzugsweise auf Knopfdruck vollständig aus dem Zylinder 50 hinaus bewegen, wie dies bspw. in 3 gezeigt. Dieser öffnet die Möglichkeit, das Innere des Zylinders 50 inspizieren und ggf. reinigen zu können.
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Der Zylinder 50 ist vorzugsweise zur Horizontalen geneigt, angeordnet. Im Zylinder 50 befindliches Material kann, bspw. während des Reinigungsprozesses, daher relativ einfach aus diesem abfließen. Diesbezüglich sind eine Vielzahl von Neigungswinkeln möglich. Beispielsweise kann der Zylinder 50 zur Platzersparnis auch senkrecht angeordnet sein.
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Wie sich ebenso aus 1 entnehmen lässt, ist auch der Boden 56 des Aufnahmebehälters 12 relativ zur Horizontalen geneigt. Die Neigung verläuft in Richtung zur Einlassöffnung 26 des Heizblocks 18. Zur Entleerung des Aufnahmebehälter 12 kann zusätzlich ein Ablassstopfen 58 vorgesehen sein, welcher bei Bedarf entfernt wird, um den Aufnahmebehälter 12 direkt, also nicht durch den Kanal 24, zu entleeren.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 48 zwischen dem ersten Ventil 30 und dem zweiten Ventil 32 angeordnet.
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Der Kanal 24 weist einen ersten Kanalteil auf, welcher die Einlassöffnung 26 mit der Pumpe 48, genauer gesagt mit dem Zylinder 50 der Pumpe 48, verbindet. Des Weiteren weist der Kanal 24 im unteren Bereich der in 1 gezeigten Darstellung einen zweiten Kanalteil auf, welcher den Zylinder 50 der Pumpe 48 mit der Auslassöffnung 28 verbindet. Der erste Kanalteil weist einen ersten Kanalabschnitt 60, welcher die Einlassöffnung 26 mit dem ersten Ventil 30 verbindet, sowie einen zweiten Kanalabschnitt 62, welcher das erste Ventil 30 mit dem Zylinder 50 der Pumpe 48 verbindet, auf. Der zweite Kanalteil weist einen dritten Kanalabschnitt 64, welcher den Zylinder 50 der Pumpe 48 mit dem zweiten Ventil 32 verbindet, sowie einen vierten Kanalabschnitt 66, welcher das zweite Ventil 32 mit der Auslassöffnung 28 verbindet, auf. Alle vier Kanalabschnitte 60, 62, 64, 66 sind vorzugsweise als gerade, also ungekrümmte Kanäle ausgestaltet. Dies vereinfacht deren Inspektion wie auch deren Reinigung.
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Der Kanal 24 und seine Kanalabschnitte 60, 62, 64, 66 können beispielsweise als Bohrungen, Rohre oder Schläuche ausgestaltet sein.
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Die Förderung und Dosierung des als Schmelze vorliegenden Produkts erfolgt gemäß des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels bspw. wie folgt: In einem ersten Schritt fährt der Kolben 52 aus dem Grund des Zylinders 50 heraus, was in den dargestellten Figuren einer Bewegung des Kolbens 52 nach schräg rechts oben entspricht. Während dieser Rückwärtsbewegung des Kolbens 52 ist das erste Ventil 30 in seiner geöffneten Stellung, so dass Schmelze aus dem Aufnahmebehälter 12 über den ersten Kanalabschnitt 60, das erste Ventil 30 und den zweiten Kanalabschnitt 62 in den Zylinder 50 der Pumpe 48 hineinfließen kann. Gleichzeitig sollte das zweite Ventil 32 in dieser Situation geschlossen sein. Eine entsprechende Ventilstellung ist bspw. aus 2 ersichtlich. Im darauffolgenden Schritt wird der Kolben 52 der Pumpe 48 in entgegengesetzte Richtung bewegt, was in den Figuren einer Bewegung nach links unten entspricht. Während diese Vorwärtsbewegung des Kolbens 52 ist nun das erste Ventil 30 geschlossen und das zweite Ventil 32 geöffnet (siehe 1). Die Schmelze wird somit aus dem Zylinder 50 über den dritten Kanalabschnitt 64, das zweite Ventil 32 und den vierten Kanalabschnitt 66 zu der Auslassöffnung 28 gefördert.
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Die Dosierrate lässt sich über die Geschwindigkeit des Kolbens 52 währen der Vorwärtsbewegung regeln. Durch den Einsatz eines Linearantriebs 54 lässt sich eine zeitlich konstante Dosierrate realisieren.
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Sobald der Kolben 52 vollständig in den Grund des Zylinders 50 eingefahren ist und der Zylinder 50 damit entleert ist, werden die Ventil 30, 32 wieder umgesteuert und in die in 2 gezeigte Stellung gebracht, wobei der Kolben 52 wieder aus dem Zylinder 50 herausfährt und dabei mit Schmelze gefüllt wird. Der oben beschriebene Vorgang findet also alternierend statt, bis das gewünschte Volumen an Schmelze an die Prozessanlage gefördert wurde.
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Ein weiteres in 1 ersichtliches Merkmal der Vorrichtung 10 ist ein Druckluftkanal 68, welcher ebenfalls in den Heizblock 18 integriert ist. Dieser Druckluftkanal 68 ist über das dritte Ventil 34 mit dem Kanal 24 verbunden, in dem die Schmelze geführt wird. Genauer gesagt weist der Druckluftkanal 68 einen ersten Teilabschnitt 70, welcher eine Einlassöffnung 72 mit dem dritten Ventil 34 verbindet, sowie einen zweiten Teilabschnitt 74, welcher das dritte Ventil 34 mit dem Kanal 24 verbindet, auf.
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Der Druckluftkanal 68 lässt sich einerseits zur Vorwärmung des Förderwegs zur Prozessanlage, welche an die Vorrichtung 10 angeschlossen ist, einsetzen. Andererseits lässt sich der Druckluftkanal 68 auch zur Entleerung und Reinigung der Vorrichtung 10 einsetzen.
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In seinem ersten Teilabschnitt 70 weist der Druckluftkanal 68 mehrere Windungen auf. Dies dient zur Verbesserung des Wärmetauscherprozesses zwischen dem Heizblock 18 und der im Druckluftkanal 68 befindlichen Luft. Durch die Windungen wird einerseits die Strecke, welche die Luft durch den Druckluftkanal 68 nehmen muss, verlängert. Andererseits werden durch die Windungen Turbulenzen erzeugt, was eine uniformere Erhitzung der Luft ermöglicht.
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Je nach Stellung der Ventile 30, 32, 34 können also mit Hilfe der Druckluft im Zusammenspiel mit der Pumpe 48 alle Kanalabschnitte 60, 62, 64, 66 wie auch der Zylinder 50 durchgeblasen und damit geleert und gereinigt werden.
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Die in den 2-5 gezeigten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 unterscheiden sich jeweils in einzelnen Merkmalen. Das Grundprinzip der Integration möglichst aller Komponenten in den Heizblock 18 bleibt jedoch jeweils erhalten. Es wird daher im Folgenden lediglich auf die jeweils abgeänderten Merkmale der Vorrichtung 10 eingegangen.
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Bei dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 ist der Heizblock 18 in zwei Teilblöcke 76, 78 aufgeteilt. In den ersten Teilblock 76 ist der Kanal 24 mit seinen Kanalabschnitten 60, 62, 64, 66 wie auch der Druckluftkanal 68, die Pumpe 48, die Heizeinrichtung 20 integriert. Die Ventile 30 und 32 sind hingegen in einen zweiten Teilblock 78 integriert, welcher von dem ersten Teilblock 76 abnehmbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Teilblöcke 76, 78 über ein Scharnier 80 miteinander verbunden, so dass sich der zweite Teilblock 78 von dem ersten Teilblock 76 wegklappen lässt. Dieser eröffnet insbesondere die Möglichkeit die einzelnen, geraden Kanalabschnitte 60, 62, 64, 66 mit geringem Aufwand zu inspizieren und ggf. zu reinigen.
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Vorzugsweise sind beide Teilblöcke 76, 78 aus dem gleichen, massiven Material ausgestaltet, so dass sich in zusammengebautem Zustand eine möglichst lückenlose Wärmeübertragung zwischen dem ersten Teilblock 76 und dem zweiten Teilblock 78 ergibt.
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3 zeigt den Zustand, in dem der zweite Teilblock 78 von dem ersten Teilblock 76 weggeklappt ist. Auch der Ablassstopfen 58 ist in 3 vom Heizblock 18 abgenommen. Der Kolben 52 ist vollständig aus dem Zylinder 50 hinausgefahren. 3 zeigt also eine Stellung der Vorrichtung 10, welche bspw. während der Reinigung eingenommen wird.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den in 1-3 gezeigten Ausführungsbeispielen wird hier eine Schlauchpumpe 48' anstelle der Kolbenpumpe 48 eingesetzt. Außer einer etwas anderen Anordnung der Kanalabschnitte 60, 62, 64, 66 und 74 ist an der Vorrichtung 10 allerdings nichts verändert. Auch die Schlauchpumpe 48' ist vorzugsweise vollständig in den Heizblock 18 integriert, damit auch diese über den Heizblock 18 erwärmt wird. Der Pumpschlauch der Schlauchpumpe 48' kann in einzelne Adapterpunkte 82 eingesteckt werden, so dass diese sich leicht entnehmen und ggf. austauschen lässt. In ähnlicher Weise ließen sich auch andere Arten von Pumpen in die Vorrichtung 10 bzw. den Heizblock 18 integrieren.
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Das in 5 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 verwendet, ähnlich wie die ersten drei Ausführungsbeispiele, wiederum eine Kolbenpumpe 48. Der wesentliche Unterschied zu den in 1-4 gezeigten Ausführungsbeispielen besteht jedoch darin, dass der Heizblock 18' nicht aus einem massiven Materialblock gefertigt ist, sondern ein Gehäuse 84 aufweist, welches mit einem Heizträgermedium 86 gefüllt ist. Als Heizträgermedium eignet sich bspw. Thermalöl. Zum Befüllen bzw. Entleeren des Gehäuses 84 weist dieses vorzugsweise ein Befüllventil 88 sowie ein Ablassventil 90 auf. Zudem ist bei dem in 5 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 eine Isolierung 92 vorgesehen, welche den Heizblock 18' und den Aufnahmebehälter 12 zumindest teilweise umgibt. Dies dient insbesondere zur Vermeidung von Verletzungen für den Anwender der Vorrichtung 10.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Heizblock 18' einen im Vergleich zu den ersten Ausführungsbeispielen größeren Teil des Aufnahmebehälters 12 umgibt, um diesen effizienter aufheizen zu können. Unabhängig davon, ob der Heizblock 18 bzw. 18' als Gehäuse, welches mit Heizträgermedium gefüllt ist, oder als massiver Materialblock ausgestaltet ist, wäre dies grundsätzlich auch gemäß den in 1-4 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen möglich. Ebenso können auch andere Arten von Pumpen in der in 5 gezeigten, vierten Ausführungsform zum Einsatz kommen.
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Bei dem in 6 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird anstelle einer Pumpe ein Überdruckbehälter als Aufnahmebehälter 12' verwendet. Der übrige Aufbau der Vorrichtung und das erfinderische Prinzip bleiben ansonsten jedoch gleich wie oben beschrieben.
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Die Förderrate der zu dosierenden Schmelze wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel über den im Aufnahmebehälter 12' herrschenden Überdruck sowie über das erste Ventil 30, welches als Regelventil fungiert, gesteuert. Das erste Ventil 30 fungiert vorzugsweise als Proportional-Regelventil. Aufgrund des Fehlens einer Pumpe können die Kanalabschnitte 62, 64 entfallen.
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Der Aufnahmebehälter 12' ist gemäß dieses Ausführungsbeispiels vorzugsweise zweiteilig aufgebaut. Er weist ein Behältertopf 94 und einen Deckel 95 auf. Der Deckel 95 ist vorzugsweise lösbar mit dem Behältertopf 94 über einen mit einer Dichtung 96 versehenen Flansch 97 verbunden. Diese Verbindung sollte möglichst druckdicht ausgestaltet sein. Im Behältertopf 94 oder im Deckel 95 ist vorzugsweise eine Druckeinlassöffnung 98 vorgesehen, an die eine Druckquelle angeschlossen werden kann. Diese Druckquelle kann auch Teil der Vorrichtung 10 sein. Über die Druckeinlassöffnung 98 kann der Aufnahmebehälter 12' grundsätzlich auch mit dem zu dosierenden Medium (Schmelze) befüllt werden. Vorzugsweise geschieht die Befüllung jedoch durch Abnahme des Deckels 95. Die Befüllung des Aufnahmebehälters 12' kann daher, anders als bei den in 1-5 gezeigten Ausführungsbeispielen, nicht während des Betriebs der Vorrichtung 10 erfolgen.
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Abschließend sei erwähnt, dass viele der oben genannten Abwandlungen, welche im Zusammenhang mit den in den 1-5 gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert wurden, sich auch mit dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kombinieren lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1395358 A1 [0003]
- EP 2720785 A1 [0003]
- EP 2164620 A2 [0003]
- EP 2864031 A1 [0003]
