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Die Erfindung betrifft Coriolis-Messaufnehmer eines Coriolis-Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Coriolis-Messgeräts strömenden Mediums sowie ein Coriolis-Messgerät mit einem solchen Messaufnehmer.
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Coriolis-Messgeräte zum Messen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch ein Messrohr des Messgeräts strömenden Mediums sind Stand der Technik. Wie in der
DE102015120087A1 beispielhaft gezeigt, kann ein Sensor zum Erfassen von Messrohrschwingungen bzw. ein Erreger zum Erzeugen von Messrohrschwingungen eine Planarspule und ein U-förmiges, magnetfelderzeugendes Element umfassen, welches die Planarspule umgreift.
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Nachteilhaft an einem solchen magnetfelderzeugenden Element ist das Vorliegen eines Magnetfelds, welches einen unscharfen Übergang zu einem Raumbereich ohne Magnetfeld aufweist. Dies hat bei Sensoren eine geringere Empfindlichkeit zur Folge.
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Alternativ können auch Magnete mit räumlich definiertem Magnetfeld verwendet werden, jedoch stellt eine einfache, robuste und genaue Lagerung der Magnete eine Herausforderung dar.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Coriolis-Messaufnehmer sowie ein Coriolis-Messgerät vorzuschlagen, bei welchen eine solche Lagerung von Magneten bewerkstelligt ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Coriolis-Messaufnehmer gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Coriolis-Messgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 13.
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Ein erfindungsgemäßer Coriolis-Messaufnehmer eines Coriolis-Messgeräts zum Erfassen eines Massedurchflusses oder einer Dichte eines durch mindestens ein Messrohr des Coriolis-Messgeräts strömenden Mediums umfasst:
- das mindestens eine Messrohr mit einem Einlauf und einem Auslauf, welches dazu eingerichtet ist, das Medium zwischen Einlauf und Auslauf zu führen;
- mindestens einen Erreger, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu Schwingungen anzuregen;
- mindestens zwei Sensoren, welche dazu eingerichtet sind, jeweils Schwingungen mindestens eines Messrohrs zu erfassen;
- einen Trägerkörper, welcher dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Messrohr zu halten,
- wobei mindestens ein Erreger und/oder mindestens ein Sensor jeweils eine Spulenvorrichtung mit jeweils mindestens einer Spule, sowie jeweils eine Magnetvorrichtung aufweisen, wobei die Magnetvorrichtung und die Spulenvorrichtung relativ zueinander bewegbar sind,
- wobei die Magnetvorrichtung eine Halterung und zumindest eine erste Magnetgruppe mit mindestens einem Magnet und zumindest eine zweite Magnetgruppe mit mindestens einem Magnet aufweist,
- wobei die Halterung eine U-Form mit einem ersten Ausleger und einem zweiten Ausleger und einer die Ausleger verbindenden Basis aufweist, wobei die Halterung die Spulenvorrichtung umgreift, so dass der erste Ausleger bzgl. eines Spulenquerschnitts auf einer ersten Seite der Spulenvorrichtung angeordnet ist, und wobei der zweite Ausleger auf einer zweiten Seite der Spulenvorrichtung angeordnet ist,
- wobei die erste Magnetgruppe auf einer Innenseite des ersten Auslegers gehalten ist, und wobei die zweite Magnetgruppe auf einer Innenseite des zweiten Auslegers gehalten ist,
- wobei die Magnetvorrichtung eine Befestigungsvorrichtung für jede Magnetgruppe aufweist, wobei die Befestigungsvorrichtungen dazu eingerichtet sind, jeweils eine Magnetgruppe an der Halterung gegen den zugehörigen Ausleger elastisch einzuspannen.
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Die Halterung bzw. die U-Form ist dabei bevorzugt magnetisch leitfähig und insbesondere ferromagnetisch. Beispielsweise kann als ferromagnetisches Material die Edelstahllegierung 1.4105 eingesetzt werden.
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In einer Ausgestaltung weist die Befestigungsvorrichtung eine Hülse oder eine Klammerung auf.
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Die Hülse bzw. Klammerung ist dabei bevorzugt aus einem nichtmagnetischen Stahl oder einem anderen höchstens geringfügig magnetischen Werkstoff gefertigt. Auf diese Weise wird das durch die Magnete bereitgestellte Magnetfeld höchstens geringfügig beeinflusst.
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In einer Ausgestaltung weist jede Magnetgruppe zwei Magnete auf,
wobei die Magnetfelder der beiden Magnete entgegengesetzt orientiert sind,
wobei Magnetfelder sich gegenüberstehende Magnete verschiedener Magnetgruppen gleichgerichtet sind.
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In einer Ausgestaltung weisen die Magnete jeweils eine Kontaktfläche auf, mittels welcher Kontaktfläche sie mit der Halterung kontaktiert sind,
wobei die Kontaktfläche eine erste geometrische Struktur aufweist, und wobei die Halterung im Bereich der jeweiligen Kontaktfläche eine zweite geometrische Struktur aufweist, welche zumindest abschnittsweise komplementär zur jeweiligen ersten geometrischen Struktur ist,
wobei die erste geometrische Struktur insbesondere uneben ist.
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In einer Ausgestaltung weist die erste geometrische Struktur zumindest abschnittsweise eine konkave oder konvexe Krümmung auf,
und/oder wobei die erste geometrische Struktur mindestens einen Vorsprung und/oder mindestens eine Vertiefung aufweist, wobei der Vorsprung und/oder die Vertiefung einen runden oder rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweist.
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In einer Ausgestaltung weist die mindestens eine Spule einen Zentralbereich und einen den Zentralbereich umfassenden Windungsbereich auf,
wobei in einem Ruhezustand des mindestens einen Messrohrs eine Grenze zwischen den Magneten einer Magnetgruppe projiziert auf die Querschnittsebene zumindest abschnittsweise im Zentralbereich befindlich ist.
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In einer Ausgestaltung ist die Spule eines Erregers dazu eingerichtet, die zugehörige Magnetvorrichtung mit einer Kraft zu beaufschlagen, und wobei die Magnetvorrichtung eines Sensors dazu eingerichtet ist, in der Spule der zugehörigen Spulenvorrichtung eine elektrische Spannung zu induzieren.
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In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer zwei Sammler auf, wobei ein erster Sammler auf einer stromaufwärtsgerichteten Seite des Messaufnehmers dazu eingerichtet ist, ein aus einer Rohrleitung in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und zum Einlauf des mindestens einen Messrohrs zu führen,
wobei ein zweiter Sammler dazu eingerichtet ist, das aus dem Auslauf des mindestens einen Messrohrs austretende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu führen.
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In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer zwei Prozessanschlüsse, insbesondere Flansche auf, welche dazu eingerichtet sind, den Messaufnehmer mit einer Rohrleitung zu verbinden.
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In einer Ausgestaltung ist die Magnetvorrichtung mechanisch mit dem zugehörigen Messrohr verbunden, und wobei die Spulenvorrichtung bzgl. des Einlaufs bzw. Auslaufs translatorisch sowie rotatorisch fixiert ist.
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In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer ein Messrohr auf,
wobei die Halterung / die Spulenvorrichtung des Sensors bzw. Erregers jeweils am Messrohr befestigt ist,
und wobei die Spulenvorrichtung / die Halterung des Sensors bzw. Erregers jeweils am Trägerkörper befestigt sind,
oder wobei der Messaufnehmer ein Messrohrpaar aufweist, wobei die Halterung / die Spulenvorrichtung des Sensors bzw. Erregers jeweils an einem ersten Messrohr befestigt sind, und die Spulenvorrichtung / die Halterung jeweils an einem zweiten Messrohr befestigt sind.
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In einer Ausgestaltung weist der Messaufnehmer zwei Messrohrpaare auf.
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Ein erfindungsgemäßes Coriolis-Messgerät umfasst einen Coriolis-Messaufnehmer nach einem der vorigen Ansprüche;
eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, die Spulen und gegebenenfalls zugehörige Temperaturmessvorrichtung elektrisch zu beaufschlagen, wobei die Beaufschlagung der Spule sowie der Temperaturmessvorrichtung mittels separater elektrischer Verbindungen oder mittels eines Multiplexings bewerkstelligt ist,
wobei die mindestens eine elektrische Verbindung eines Sensors bzw. Erregers mittels einer Kabelführung zur elektronischen Mess-/Betriebsschaltung geführt ist,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung weiter dazu eingerichtet ist, Durchflussmesswerte und/oder Dichtemesswerte zu ermitteln und bereitzustellen,
wobei das Messgerät insbesondere ein Elektronikgehäuse zum Behausen der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung aufweist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
- 1 zeigt ein Coriolis-Messgerät mit einem beispielhaften erfindungsgemäßen Coriolis-Messaufnehmer.
- 2 a) bis c) skizzieren eine beispielhafte erfindungsgemäße Halterung einer Magnetvorrichtung.
- 3 skizziert Kontaktflächen von Magneten.
- 4 skizziert schematisch eine Anordnung einer Magnetgruppe bzgl. einer Spule im Ruhezustand eines Messrohrs.
- 5 a) und b) zeigen beispielhafte räumliche Darstellungen von erfindungsgemäßen, in 2 a) bis c) skizzierten Halterungen.
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1 zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Coriolis-Messgerät 1 mit einem bespielhaften erfindungsgemäßen Coriolis-Messaufnehmer 10. Der Messaufnehmer umfasst einen Trägerkörper 20 und zwei Messrohren, welche jeweils einen Einlauf 11.1 und einen Auslauf 11.2 aufweisen. Der Messaufnehmer umfasst des Weiteren einen Erreger 12 zum Erregen von Messrohrschwingungen und zwei Sensoren 13 zum Erfassen von Messrohrschwingungen. Das Coriolis-Messgerät umfasst ein Elektronikgehäuse 80, in welchem eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 77 angeordnet ist, welche dazu eingerichtet ist, den Erreger sowie die Sensoren zu betreiben und Messwerte bezüglich eines durch die Messrohre strömenden Mediums bereitzustellen. Der Erreger sowie die Sensoren sind mittels elektrischer Verbindungen 24 mit der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 77 verbunden.
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Der Messaufnehmer kann wie hier dargestellt zwei Sammler 17 aufweist, wobei ein erster Sammler 17.1 auf einer stromaufwärtsgerichteten Seite des Messaufnehmers dazu eingerichtet ist, ein aus einer Rohrleitung in den Messaufnehmer einströmendes Medium aufzunehmen und zum Einlauf des mindestens einen Messrohrs zu führen, wobei ein zweiter Sammler 17.2 dazu eingerichtet ist, das aus dem Auslauf des mindestens einen Messrohrs austretende Medium aufzunehmen und in die Rohrleitung zu führen.
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Messaufnehmer weisen üblicherweise wie hier gezeigt zwei Prozessanschlüsse 18, insbesondere Flansche 18.1 auf, welche dazu eingerichtet sind, den Messaufnehmer mit einer Rohrleitung zu verbinden.
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Die hier gezeigte Ausgestaltung ist beispielhaft, so kann der Messaufnehmer beispielsweise auch nur ein Messrohr oder mehr als zwei Messrohre aufweisen.
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2 a) skizziert einen beispielhaften, darstellerischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetvorrichtung 15 mit einer Halterung 15.1, welche eine U-Form 15.3 aufweist. Die U-Form weist einen ersten Ausleger 15.31, einen zweiten Ausleger 15.32 und eine die beiden Ausleger verbindende Basis 15.33 auf. Die Magnetvorrichtung umfasst eine erste Magnetgruppe 15.21, welche an einer Innenseite des ersten Auslegers angeordnet ist, sowie eine zweite Magnetgruppe 15.22, welche an einer Innenseite des zweiten Auslegers angeordnet ist. Jede Magnetgruppe kann einen Magnet, oder wie hier dargestellt zwei Magnete umfassen. Falls die Magnetgruppen 15.21, 15.22jeweils zwei Magnete 15.211, 15.212, 15.221, 15.222 aufweisen, wie hier dargestellt, dann sind die Magnetfelder der beiden Magnete einer Gruppe jeweils entgegengesetzt orientiert, wobei Magnetfelder sich gegenüberstehende Magnete verschiedener Magnetgruppen gleichgerichtet sind. Auf diese Weise entsteht zwischen den Magneten einer Magnetgruppe eine scharfe Magnetfeldkante, womit Relativbewegungen zwischen Magnetvorrichtung und einer Spulenvorrichtung 14, (siehe 2 c) und 4) zu einer starken Induktion einer elektrischen Spannung in einer Spule der Spulenvorrichtung führen. Die Magnete weisen eine Kontaktfläche 16 auf, über welche sie mit der Halterung verbunden sind. Die Kontaktfläche weist eine erste geometrische Struktur 16.1 auf, und wobei die Halterung im Bereich der jeweiligen Kontaktfläche eine zweite geometrische Struktur 16.2 aufweist, welche zumindest abschnittsweise komplementär zur jeweiligen ersten geometrischen Struktur ist. Die erste geometrische Struktur kann wie hier dargestellt einen Vorsprung 16.13 aufweisen. Auf diese Weise lassen sich die Magnete definiert positionieren. Weitere beispielhafte Formen sind in 3 gezeigt. Die Magnetvorrichtung umfasst für jede Magnetgruppe eine Befestigungsvorrichtung 15.4, welche dazu eingerichtet ist, eine jeweilige Magnetgruppe elastisch gegen den zugehörigen Ausleger einzuspannen. Die Befestigungsvorrichtung kann wie in 2 a) dargestellt eine Hülse umfassen, welche einen Ausleger sowie die zugehörige Magnetgruppe zumindest abschnittsweise umgreift.
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2 b) zeigt einen beispielhaften Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetvorrichtung mit einer Hülse 15.41 als Befestigungsvorrichtung 15.4, sowie einen beispielhaften Querschnitt durch eine alternative erfindungsgemäße Magnetvorrichtung mit einer Klammerung 15.42 als Befestigungsvorrichtung 15.4, jeweils im Bereich des ersten Auslegers 15.31. Die Hülse 15.41 umgreift den ersten Ausleger schlüssig und kann am ersten Ausleger verklebt oder verlötet sein, um ein Verrutschen zu verhindern.
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Die Klammerung 15.41 weist zwei Greifarme auf, welche die Magnetgruppe in jeweils einem Randbereich greifen und elastisch gegen den Ausleger vorspannen. Die Klammerung kann wie hier dargestellt auf einer Außenseite des Auslegers eine gekrümmte Form aufweisen, wobei bei Anlegen der Klammerung ein Zug gegen die Krümmung ausgeübt wird. Somit wirkt eine Kraft auf die Magnetgruppe gegen den Ausleger.
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2 c) zeigt eine Seitenansicht auf eine Magnetvorrichtung umfassend die in 2 a) und b) gezeigte Halterung 15.1, in welche eine erste Magnetgruppe 15.21 und eine zweite Magnetgruppe 15.22 eingesetzt ist. Angedeutet ist die Positionierung einer Spulenvorrichtung 14 sowie eine Richtung einer durch eine Messrohrschwingung verursachten Relativbewegung parallel zum Verlauf der Ausleger 15.31, 15.32. Weiteres dazu findet sich in der Beschreibung zu 4.
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Anders als in 2 a) bis c) gezeigt, kann eine Magnetvorrichtung auch Magnetgruppen mit jeweils nur einem Magnet aufweisen.
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3 skizziert beispielhafte Kontaktflächen 16 von Magneten mit ersten geometrischen Strukturen 16.1, wobei die Kontaktfläche beispielsweise einen Vorsprung 16.13, oder eine Vertiefung 16.14, oder eine konvexe Krümmung 16.12 oder eine konkave Krümmung 16.11 aufweisen kann. Bei Einsetzen in eine entsprechende zweite geometrische Struktur der Halterung ist eine sichere Positionierung gegeben.
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4 skizziert eine relative Positionierung einer ersten Magnetgruppe mit zwei Magneten 15.21 / 15.22 bezüglich einer Spulenvorrichtung 14 mit einer Spule 14.1. Die Spule weist einen Zentralbereich 14.11 und einen den Zentralbereich umgebenden Windungsbereich auf. In einem Ruhezustand des mindestens einen Messrohrs befindet sich eine Grenze zwischen den Magneten einer Magnetgruppe projiziert auf die Querschnittsebene bevorzugt zumindest näherungsweise in einer Mitte des Zentralbereichs.
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Bevorzugt weist der Zentralbereich der Spule in Richtung der durch Messrohrschwingungen verursachten Relativbewegungen eine Ausdehnung auf, welche größer ist als für das Messrohr typische Schwingungsamplituden, und welche kleiner ist als ein Zweifaches einer typischen Schwingungsamplitude.
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Die Grenze zwischen den Magneten verläuft dabei bevorzugt senkrecht zur Richtung der Relativbewegung. Relativbewegungen zwischen Spule und Magnetvorrichtung bewirken dadurch eine starke Induktion elektrischer Spannungen in der Spule.
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Bei einem Einrohr-Coriolis-Messaufnehmer ist die Halterung 15.3 eines Sensors bzw. Erregers bevorzugt am Messrohr angeordnet, und die Spulenvorrichtung eines Sensors bzw. Erregers mittels einer Haltevorrichtung am Trägerkörper 20.
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Bei einem Zweirohr-Coriolis-Messaufnehmer ist bevorzugt die Halterung eines Sensors bzw. Erregers an einem ersten Messrohr und die Spulenvorrichtung eines Sensors bzw. Erregers an einem zweiten Messrohr befestigt.
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5 a) zeigt eine räumliche Darstellung auf eine erfindungsgemäße Magnetvorrichtung 15 mit Klammerungen 15.42 als Befestigungsvorrichtung 15.4, welche dazu eingerichtet sind, jeweils eine Magnetgruppe 15.21, 15.22 an der U-Form 15.3 der Halterung zu befestigen. Zentral in der U-Form ist eine Spulenvorrichtung 14 angeordnet, siehe auch 2 a) bis 2 c).
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5 b) zeigt eine räumliche Darstellung auf eine erfindungsgemäße Magnetvorrichtung 15 mit Hülsen 15.41 als Befestigungsvorrichtung 15.4, welche dazu eingerichtet sind, jeweils eine Magnetgruppe 15.21, 15.22 an der U-Form 15.3 der Halterung zu befestigen. Zentral in der U-Form ist eine Spulenvorrichtung 14 angeordnet, siehe auch 2 a) bis 2 c).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Coriolis-Messgerät
- 10
- Coriolis-Messaufnehmer
- 11
- Messrohr
- 11.1
- Einlauf
- 11.2
- Auslauf
- 12
- Erreger
- 13
- Sensoren
- 14
- Spulenvorrichtung
- 14.1
- Spule
- 14.11
- Zentralbereich
- 14.12
- Windungsbereich
- 15
- Magnetvorrichtung
- 15.1
- Halterung
- 15.21
- erste Magnetgruppe
- 15.211 / 15.212
- Magnet
- 15.22
- zweite Magnetgruppe
- 15.221 / 15.222
- Magnet
- 15.3
- U-Form
- 15.31
- erster Ausleger
- 15.32
- zweiter Ausleger
- 15.33
- verbindende Basis
- 15.4
- Befestigungsvorrichtung
- 15.41
- Hülse
- 15.42
- Klammerung
- 16
- Kontaktfläche
- 16.1
- erste geometrische Struktur
- 16.11
- konkave Krümmung
- 16.12
- konvexe Krümmung
- 16.13
- Vorsprung
- 16.14
- Vertiefung
- 16.2
- zweite geometrische Struktur
- 17
- Sammler
- 17.1
- erster Sammler
- 17.2
- zweiter Sammler
- 18
- Prozessanschluss
- 18.1
- Flansch
- 20
- Trägerkörper
- 24
- Verbindungsleitung
- 77
- elektronische Mess-/Betriebsschaltung
- 80
- Elektronikgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015120087 A1 [0002]
