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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, insbesondere ein Innenraumfilterelement für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Aus
EP2525889B1 ist ein Flachfilterelement bekannt, das über einen Faltenbalg sowie zwei Kantstreifen aus einem geschäumten thermoplastischen Material verfügt, die entlang der Querseiten des Balgs verlaufen und direkt mit diesem verbunden sind, wobei direkt als zusatzstofffrei zu verstehen ist; insbesondere ist vorgesehen, den Kantstreifen ohne Einsatz eines Klebers mit dem Balg zu verbinden.
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Ferner ist aus
DE10055732A1 ein Flachfilterelement bekannt, bei dem das Randelement (Seitenband) aus Schaum, z.B. Polyurethanschaum, oder aus Vlies, insbesondere aus PES, PA; Polyolefin-Fasern oder deren Mischungen ausgebildet sein kann. Die Fixierung des Randelements an dem Filtermedium kann über eine Klebverbindung, z.B. mittels eines Klebstoffs auf PES-, PA- oder PU-Basis, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Klebverbindung fluiddicht ausgebildet, so dass über das Randelement ein dichter Abschluss erhalten wird.
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Schließlich wird
JP9187610A2 genannt, aus der ein Filterelement mit einem Seitenband aus einem PVC-Schaum bekannt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement, insbesondere Innenraumfilterelement für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, das bei einer guten äußeren Abdichtung mit geringeren Leckagevolumenströmen eine gute reversible Verformbarkeit, insbesondere Biegbarkeit, aufweist, um auch in nur schlecht zugängliche Einbauöffnungen installiert werden zu können und dabei auf konventionellen Montagelinien fertigbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Filterelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße Filterelement, welches insbesondere als Innenraumfilterelement für ein Kraftfahrzeug geeignet ist, weist einen Filtermediumkörper mit zumindest einem Filterbalg auf, wobei der Filterbalg an zumindest einer Querseite mit einem Seitenband verklebt ist. Das Seitenband besteht aus einem geschlossenzelligen thermoplastischen Schaummaterial, das ein Elastizitätsmodul in einer zu der Querseite parallelen Richtung in einem Bereich von 2 MPa bis 5 MPa nach ISO 1926 aufweist.
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Unter Querseite wird vorliegend die Seitenfläche des Filterbalgs verstanden, welche quer zur Faltenrichtung des Filterbalgs ausgerichtet ist. Die Verklebung erfolgt hierbei mit den Stirnkanten des Filterbalgs insbesondere fluiddicht, so dass eine Trennung einer Rein- von einer Rohseite des Filterbalgs sichergestellt ist. Filterbalg ist gleichbedeutend mit einem Filtermediumkörper, der ein gefaltetes Filtermedium aufweist mit einer Mehrzahl von Falten, die bevorzugt regelmäßige Faltenquerschnitte haben können, aber auch teilweise unregelmäßige Faltenquerschnitte nicht ausschließt. Durch Einsatz eines geschlossenzelligen thermoplastischen Schaummaterials als Seitenband wird vorteilhafterweise eine deutlich verbesserte Abdichtung als mit gängigen Vliesseitenbändern erreicht. Dies ist einerseits bedingt durch die erhöhte Verpressbarkeit des Schaummaterials, andererseits ist hierfür die Geschlossenzelligkeit verantwortlich, die dazu beiträgt, dass das Schaummaterial quasi keine bzw. eine nur sehr geringe Luftdurchlässigkeit aufweist. Hierüber lassen sich vorteilhafterweise auch die stetig steigenden Leckageanforderungen im Cabin Air Bereich erfüllen und die geforderten Abscheideleistungen, beispielsweise bei Ausbildung als HEPA-Filter, erreichen.
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Ferner ergibt sich durch die Geschlossenzelligkeit eine stark verringerte Wasseraufnahme, was dazu beiträgt, dass das erfindungsgemäße Filterelement auch im Bereich des Seitenbands nach einer Wasserbeaufschlagung schneller trocknet, was auch potentielles Keimwachstum zu verhindern hilft; dies ist insbesondere ein wichtiges Kriterium für Einbauorte in Klimaanlagen/Lüftungssystemen, die aufgrund ihrer Konstruktion ein problematisches Wasserablaufverhalten haben.
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Überraschenderweise kann durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Bereich des Elastizitätsmoduls bei genannten vorteilhaften Eigenschaften gleichzeitig eine hervorragende Biegbarkeit des Filterelements erreicht werden, so dass das Filterelement völlig problemlos in schwer zugängliche Einbauräume installiert werden kann; solche schwer zugänglichen Einbauräume sind bei Kraftfahrzeugen aufgrund der stetig steigenden Packagedichte vermehrt zu beobachten; diese befinden sich beispielsweise im Bereich einer Spritzwanddurchführung und/oder hinter Verkleidungsteilen, wie der Armaturentafel, Handschuhfach o.ä.. Das Filterelement kann, in Abhängigkeit des eingesetzten Klebers, beispielsweise um einen Betrag von zumindest 60°, bevorzugt zumindest 80°, am meisten bevorzugt sogar über 90°, um eine Biegeachse parallel zur Faltenrichtung gebogen werden ohne beschädigt zu werden und federt danach elastisch zurück. Für vorgenannte Verformungen sind aufgrund des o.g. Bereichs des Elastizitätsmoduls des Seitenbandmaterials typische Handmontagekräfte ausreichend.
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Indem das Schaummaterial des Seitenbands mit dem Filterbalg erfindungsgemäß nicht zusatzstofffrei verbunden, sondern mit diesem verklebt ist, können bestehende Produktionsstätten, wie sie zur Produktion von herkömmlichen Filterelementen mit verklebten Vliesseitenbändern verwendet werden, quasi unverändert zur Produktion eingesetzt werden, was eine Fertigung des erfindungsgemäßen Filterelements unter vergleichsweise geringen Investitionskosten ermöglicht. Das Schaummaterial des Seitenbands kann bei der Fertigung als Endlosware, beispielsweise als Rollenmaterial, zugeführt und vor dem Verkleben entsprechend zugeschnitten werden.
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Auch gegenüber Abdichtungsvarianten mit in-situ angeschäumtem Dichtprofil, beispielsweise aus Polyurethan, weist das erfindungsgemäße Seitenband aus dem geschlossenzelligen thermoplastischen Schaummaterial wesentliche Kostenvorteile auf, da hierbei, anders als bei der in-situ Anschäumung, weitestgehend auf Handarbeit verzichtet werden kann und Aushärtungszeiten nicht abgewartet werden müssen.
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Ferner ergibt sich in Zusammenhang mit der Ausbildung des Seitenbands aus besagtem Schaummaterial die Möglichkeit, eine Laserbeschriftung des Filterelements (Marken, Typenbezeichnung, ggf. kundenspezifische Bezeichnungen) vorzunehmen, was zu einem hochwertigen Produkteindruck beiträgt. Selbstverständlich können auch andere Beschriftungsarten eingesetzt werden, beispielsweise Siebdruck/Flexodruck. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das geschlossenzellige thermoplastische Schaummaterial eine Färbung aufweist, die je nach in dem Filterbalg eingesetztem Filtermedium eine leichte optische Differenzierung beim Endkunde erlaubt; so können beispielsweise für unterschiedliche Ausführungen des Filtermediums, z.B. mit/ohne Gasadsorptionslage, mit/ohne biofunktionaler Schicht, mit/ohne HEPA-Funktionalität unterschiedlich eingefärbte Seitenbänder eingesetzt werden.
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Der Filterbalg des erfindungsgemäßen Filterelements kann beispielsweise rechteckig sein, so dass er zwei Quer- und zwei Längsseiten hat, d.h. als Flachfilterelement ausgebildet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Filterbalg beschnitten ist, so dass zumindest eine der Seiten eine verrundete Form aufweisen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Elastizitätsmodul des Schaummaterials des Seitenbands 3 MPa bis 4 MPa nach ISO 1926 beträgt, wobei sich überraschenderweise gezeigt hat, dass gerade dieser Wertebereich eine besonders einfache und komfortable Montage ermöglicht.
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Das Schaummaterial des Seitenbands kann insbesondere eine Polyolefinbasis aufweisen, bevorzugt kann es sich dabei um einen physikalisch vernetzten Polyolefinschaumstoff handeln. Schaumstoffe auf Polyolefinbasis haben den Vorteil, dass sie eine gute chemische Beständigkeit bei einem geringen Fogging aufweisen, was für eine Anwendung im Innenraumbereich eines Kraftfahrzeugs eine essentielle Anforderung ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Schaummaterial des Seitenbands eine Dicke in einem Bereich von 2 bis 6 mm, bevorzugt 3 bis 5 mm, aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Dickenbereich vorteilhaft die vorbeschriebene Biegsamkeit des Filterelements erreicht werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Seitenband einknickt, was, aufgrund einer in den Knickbereichen potentiell unvollständigen Rückstellung, zu Dichtigkeitsproblemen führen könnte.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Schaummaterial des Seitenbands in einer zu der Querseite parallelen Richtung eine Bruchdehnung von zumindest 100 %, bevorzugt von zumindest 180 % aufweist. Diese Eigenschaft ist ferner wichtig, um eine vorbeschriebene Biegsamkeit zu erreichen, ohne dass eine Beschädigung des Seitenbands im Sinne von Einreißen droht.
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Darüber hinaus kann das geschlossenzellige thermoplastische Schaummaterial des Seitenbands gemäß einer weiteren Ausführungsform alternativ oder zusätzlich folgende Eigenschaften aufweisen:
- - eine Zugfestigkeit in einer zu der Querseite parallelen Richtung von zumindest 350 kPa, bevorzugt zumindest 450 kPa, und/oder
- - eine Zugfestigkeit in einer zu der Querseite senkrechten Richtung von zumindest 250 kPa, bevorzugt zumindest 350 kPa, und/oder
- - eine Dichte in einem Bereich zwischen 25 kg/m3 und 45 kg/m3, bevorzugt zwischen 30 kg/m3 und 40 kg/m3,und/oder
- - einen Druckverformungsrest bei 25 % Stauchung gemäß ISO 1856-C 0,5 h nach Entlastung von maximal 22 %, bevorzugt maximal 18 %, und/oder
- - einen Druckverformungsrest bei 25 % Stauchung gemäß ISO 1856-C 24 h nach Entlastung von maximal 12 %, bevorzugt maximal 10 %.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass sich das Seitenband zumindest über eine Faltenhöhe des Filterbalgs erstreckt, bevorzugt zumindest einseitig über den Filterbalg hinausragt. Mit „zur Querseite senkrechten Richtung“ ist hierin eine Richtung gemeint, die normal zu der Querrichtung verläuft und in der Ebene des Seitenbands liegt.
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Darüber hinaus kann das Filterelement gemäß einer weiteren Ausführungsform an zumindest einer Längsseite ein Kopfband aufweisen, das zumindest mit einem Abschnitt einer Endfalte des Filterbalgs dichtend verbunden ist. Bei dem Kopfband handelt es sich in seiner einfachsten Ausführung um einen Materialstreifen, der wie o.g. mit dem Filterbalg verbunden ist und der neben Abdichtungsfunktion eine Versteifungsfunktion ausüben kann.
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Das Kopfband kann aus einem Vliesmaterial oder aus dem Schaummaterial des Seitenbands bestehen oder dieses aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Seitenband einen L-förmigen Querschnitt haben, wobei das Kopfband mit einem ersten Schenkel mit der Endfalte dichtend verbunden ist und ein zweiter Schenkel sich in einer Ebene des Filterbalgs erstreckt und insbesondere mit zumindest einer Faltenspitze verbunden ist. „Ebene des Filterbalgs“ bezeichnet hierin eine Ebene, in der die Faltenspitzen liegen. Durch eine vorgeschlagene L-Form des Kopfbands wird eine deutlich Versteifung des Filterelements gegen Knickungen quer zur Faltenlängsrichtung erreicht. Alternativ hierzu weist eine andere Kopfbandform einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt auf, wobei das Kopfband mit einem ersten Schenkel mit der Endfalte dichtend verbunden ist und ein zweiter Schenkel lose absteht. Der lose abstehende Schenkel kann in einer Montageposition vorteilhafterweise zur gehäuseseitigen Abdichtung herangezogen werden, wobei auch gewisse Fertigungstoleranzen, insbesondere, was eine Länge des Filterbalgs angeht, ausgeglichen werden können. Bei einer Ausrichtung einer offenen Seite des V-Querschnitts zu einer Rohseite hinweisend lässt sich ferner eine druckunterstützte Dichtung realisieren. Gemäß einer weiteren Alternative kann das Kopfband eine Querschnitt mit drei Abschnitten aufweisen, wobei ein erster Schenkel sich in einer Ebene des Filterbalgs erstreckt und insbesondere mit zumindest einer Faltenspitze verbunden ist und wobei eine Basis mit der Endfalte dichtend verbunden ist und ein zweiter Schenkel lose absteht. Diese Kopfbandform vereint gewissermaßen die Vorteile der beiden vorgenannten Kopfbandformen hinsichtlich Versteifungswirkung und gehäuseseitiger Abdichtung.
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Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf vorgenannte Kopfbandformen beschränkt; vielmehr ist diese auch mit anderen hierin nicht genannten Kopfbandformen kombinierbar.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Seitenband mittels eines Schmelzklebers mit dem Filterbalg verbunden ist, insbesondere mittels eines Schmelzklebers auf Polyolefinbasis, der beispielsweise eine Schmelztemperatur in einem Bereich von 140 bis 220 °C, insbesondere 150 bis 210 °C, aufweisen kann, so dass gängige, sowohl cellulosebasierte als auch synthetische Filtermedien damit verarbeitbar sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Filterbalg ein gefaltetes Filtermedium aufweist, bevorzugt ein mehrlagiges Filtermedium mit zumindest einer Partikelfiltrationslage und zumindest einer Gasadsorptionslage, die insbesondere zumindest eine Aktivkohle aufweist, die beispielweise in Form einer Schüttung vorliegen kann, die durch geeignete Klebstoffe immobilisiert sein kann. Es können auch mehrere verschiedene Aktivkohlen eingesetzt werden, auch imprägnierte Aktivkohlen, die jeweils ein individuelles Adsorptionsvermögen für unterschiedliche Gase haben können.
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Die zumindest eine Partikelfiltrationslage kann dabei ein vollsynthetisches Filtermedium umfassen, insbesondere ein Vlies.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements mit einfachem Kopfband;
- 2 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements mit L-förmigem Kopfband;
- 3 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements mit V-förmigem Kopfband;
- 4 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements mit lambdaförmigem Kopfband;
- 5 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Filterelements in gebogenem Zustand.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements 10 ist in 1 gezeigt. Es besteht aus einem gefalteten Filterbalg 1, an den Querseiten des Filterbalgs 1 jeweils einem Seitenband 2 und an den Längsseiten jeweils einem Kopfband 3. Die beiden Seitenbänder 2 bestehen jeweils aus einem geschlossenzelligen thermoplastischen Schaummatrial, das einen Elastizitätsmodul in einem Bereich von 2 MPa bis 5 MPa aufweist, bei bevorzugt einer Dicke von 3 bis 5 mm. Die Bruchdehnung des geschlossenzelligen thermoplastischen Schaummaterials beträgt in einer zu der Querseite parallelen Richtung Q eine Bruchdehnung von zumindest 100 %. Die beiden Seitenbänder 2 sind jeweils mit dem Filterbalg 1 verklebt, bevorzugt durch einen Schmelzkleber, wobei die Verklebung zumindest zwischen den jeweiligen Stirnkanten des Filtermediums des Filterbalgs und der diesen zugewandten Fläche des Seitenbands 2 erfolgt. Es ist ferner ersichtlich, dass die Seitenbänder 2 sich ein Stück weit, nämlich um die Höhe h, in Höhenrichtung über den Filterbalg 1 hinauserstrecken. Hierdurch kann im Wesentlichen unabhängig von Lagetoleranzen bei der Fertigung sichergestellt sein, dass das Seitenband 2 jeweils die Rein- und Rohseite vollständig voneinander trennt.
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Durch vorgenannte Materialkenngrößen des Seitenbandmaterials wird erreicht, dass das Filterelement 1 einerseits mit den üblichen Handkräften zur Montage verformt werden kann (beispielsweise um mehr als 90° gebogen), und andererseits eine hinreichend große Verformung des Schaummaterials der Seitenbänder 2 ermöglicht, um eine gute Abdichtung in einem Gehäuse zu ermöglichen, die der Abdichtleistung von Vliesseitenbändern deutlich überlegen ist.
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Die Kopfbänder 3 sind ihrerseits jeweils mit einer Endfalte 12 des Filterbalgs 1 dichend verbunden, beispielsweise ebenfalls verklebt. Die Kopfbänder 3 sind in der gezeigten Ausführungsform als einfache Kopfbänder 3 aus flachen Materialstreifen ausgebildet, beispielsweise aus einem Vlies oder auch dem Schaummaterial, aus dem die Seitenbänder 2 bestehen. Die Kopfbänder 3 verleihen dem Filterelement 10 eine erhöhte Biegesteifigkeit um eine Achse Q in Faltenquerrichtung, was einer unbeabsichtigten mechanischen Schädigung der Falten vorbeugt.
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Die in 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Ausbildung ihrer Kopfbänder 3. Gemäß 2 ist ein Kopfband 3 mit einem L-förmigen Querschnitt vorgesehen, dessen erster Schenkel 32 mit der Endfalte 12 verbunden ist und dessen zweiter Schenkel 33 sich in der Ebene des Filterbalgs 1 erstreckt und der insbesondere mit zumindest einer Faltenspitze 11 verbunden ist. Aufgrund des vergleichsweise höheren Flächenträgheitsmoments des Kopfbands 3 gemäß dieser Variante kann eine solche Kopfbandform eine erhöhte Biegesteifigkeit um die Achse Q bereitstellen. Des Weiteren zeigt 3 eine Kopfbandform mit einem V-förmigen Querschnitt, dessen erster Schenkel 32 mit der Endfalte 12 verbunden ist und dessen zweiter Schenkel 31 lose absteht, um in einer Montageposition dichtend an einem Filtergehäuse anzuliegen.
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Die in 4 gezeigte Kopfbandform verfügt sowohl über einen Schenkel 33, der sich in der Ebene des Filterbalgs 1 erstreckt und der insbesondere mit zumindest einer Faltenspitze 11 verbunden ist, als auch über einen Schenkel 31, der lose absteht, um in einer Montageposition dichtend an einem Filtergehäuse anzuliegen. Dies verbindet erhöhte Versteifung und Abdichteigenschaften.
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In 5 ist schließlich ein erfindungsgemäßes Filterelement 10 in einem verformten Zustand dargestellt, wie es beispielsweise für einen Einbau in einen schwer zugänglichen Einbauraum in einem Kraftfahrzeug nötig ist. Die Seitenbänder 2 bestehen aus dem hierin beschriebenen offenzelligen thermoplastischen Schaummaterial, wobei o.g. Material- und Geometriewerte, v.a. hinsichtlich der Dicke t, eine hinreichende Verformbarkeit durch typische Handkräfte ohne Knicken und bei vollständiger Rückstellung ermöglichen, während eine einem Seitenband aus Vliesmaterial deutlich überlegene Abdichtleistung realisiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2525889 B1 [0002]
- DE 10055732 A1 [0003]
- JP 9187610 A2 [0004]
