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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Öffnungs- und Schließmechanismus, der bspw. bei Schwenk- oder Schiebetüren, aber auch bei jeglichen anderen beweglichen, trennenden Einrichtungen eingesetzt werden kann. Der erfindungsgemäße Öffnungs- und Schließmechanismus wird vorzugsweise für eine trennende Schutzeinrichtung in einer Sicherheitsumhausung eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Sicherheitsumhausung mit einem erfindungsgemäßen Öffnungs- und Schließmechanismus.
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Der erfindungsgemäße Öffnungs- und Schließmechanismus kann bspw. in einer Sicherheitsumhausung zum Absichern einer gefährlichen Maschine eingesetzt werden, wie sie aus der
deutschen Patentanmeldung 10 2017 115 603.8 bekannt ist. Die daraus bekannte Sicherheitsumhausung weist zwei Türelemente auf, welche mit Hilfe eines Motors automatisch bewegt werden können. Die beiden Türelemente führen dabei eine kombinierte Linear- und Schwenkbewegung aus und bewegen sich zueinander in gegenläufiger Richtung. Die motorisch bewegten Türelemente verschließen einen Zugangsbereich einer Sicherheitszelle, in der sich bspw. eine gefährliche Maschine, wie etwa eine Presse, eine Dreh-, Fräs- und/oder Bohrmaschine, befindet.
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Bei derlei Anwendungen ist nicht nur darauf zu achten, dass keinerlei Gefahr für einen Menschen von der Maschine ausgeht. Ebenso ist darauf zu achten, dass die Sicherheitsumhausung selbst keine Gefahren für einen Menschen birgt, der die Maschine bedient. Beispielsweise muss darauf geachtet werden, dass während der Öffnungs- und Schließbewegung die Gefahr, dass der Maschinenbediener seine Finger zwischen den Türelementen einklemmt, so gut es geht minimiert wird.
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Bei der aus der
deutschen Patentanmeldung 10 2017 115 603.8 bekannten Sicherheitsumhausung tauchen die Türelemente während der Öffnungs- und Schließbewegung vollständig in den Innenbereich der Sicherheitsumhausung ein. Dabei entstehen potentielle Gefahrenstellen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, dass beim Eingriff von Personen, Gliedmaßen zwischen feststehender Gehäuseverkleidung und einem der beiden beweglichen Türelemente eingeklemmt werden. Auch beim Schließvorgang könnten Gliedmaßen in der geschlossenen Stellung der beiden Türelemente zwischen diesen einklemmt werden.
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Um das genannte Gefahrenpotential bei derartigen Öffnungs- und Schließmechanismen weitestgehend zu minimieren, lassen sich eine Vielzahl von Schutzmaßnahmen implementieren.
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Eine erste Schutzmaßnahme kann bspw. durch die Auswahl einer geeigneten Motor-Getriebekombination realisiert werden. Beispielsweise lassen sich die Drehzahl und das Drehmoment in geeigneter Weise aufeinander abstimmen. Durch diese Maßnahme lässt sich die Öffnungs- und Schließkraft im regulären Normalbetrieb begrenzen.
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Weiterhin ist es möglich, eine geeignete Spannungsversorgung zur Versorgung des Motors zu wählen. Hierbei lässt sich bspw. die Nennleistung der Spannungsversorgung genau der Nennleistung des Motors anpassen. Beim Überschreiten des Nennstroms schaltet die Spannungsversorgung dann automatisch ab.
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Als weitere Schutzmaßnahme kann eine Leitungssicherung zwischen der Spannungsversorgung und dem Motor eingebaut werden, die bei Überschreitung des Motornennstromes den Motor von der Spannungsversorgung trennt. Der Motor wird somit stromlos und kraftfrei.
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Eine weitere Sicherheitsfunktion kann Software-basiert sein. Beispielsweise kann ein Schwellwert für den Strom sowohl für den Öffnungs- als auch für den Schließprozess definiert werden. Durch diese Parameter wird somit die Auslösekraft, welche bspw. bei einem ungewollten Eingriff entsteht, definiert. Wird die Auslösekraft erreicht, bleiben die Türelemente stehen. Die Software kann dabei bspw. so konzipiert sein, dass kurz vor den Endlagen der Türelemente (offen und geschlossen) die Geschwindigkeit deutlich reduziert wird. Somit wird die kinetische Energie und damit auch das Gefahrenpotential deutlich reduziert.
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Wenngleich die oben genannten Sicherheitsmaßnahmen für solche Öffnungs- und Schließmechanismen durchaus wirksam sind, ist es bspw. für die Zulassung solcher Sicherheitsumhausungen (z.B. durch den TÜV) notwendig oder zumindest von Vorteil, weitere Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, durch die eine noch höhere Gefahrenminimierung erreicht werden kann.
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Aus den folgenden Druckschriften sind ferner diverser Öffnungs- uns Schließmechanismen für Türen und Tore bekannt, bei denen die Tür- bzw. Torelemente jedoch durch relative komplex ausgestaltete Regelungsvorrichtung aktiv pneumatisch angesteuert bzw. aktiv angetrieben werden:
DE 28 46 222 A1 ,
DE 10 2011 001 884 B3 ,
DE 20 2011 105 305 U1 ,
DE 203 18 899 U1 und
DE 10 2008 045 564 A1 . Die pneumatischen Regelungsvorrichtung und Antriebe der darin gezeigten Öffnungs- uns Schließmechanismen sind jedoch relativ aufwändig und damit teuer. Für den Einsatz in Öffnungs- und Schließmechanismen einer Sicherheitsumhausung sind diese daher nur bedingt einsetzbar.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Öffnungs- und Schließmechanismus bereitzustellen, der in Bezug auf die darin verwendeten Sicherheitsmechanismen weiter verbessert ist. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe die hohe kinetische Energie, welche das/die Türelement(e) des Öffnungs- und Schließmechanismus haben kann/können, insbesondere bei einem Ausfall anderer Sicherheitsmechanismen, wirksam zu reduzieren, ohne das dies einer kostenaufwändigen Konstruktion bedarf..
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Öffnungs- und Schließmechanismus gelöst, mit einem beweglichen Türelement, einem motorischen Antrieb, der dazu eingerichtet ist, das Türelement während einer Öffnungs- und Schließbewegung gemäß eines vordefinierten Geschwindigkeitsprofils zu bewegen, und einer Dämpfungseinheit, die einen Dämpfungszylinder und einen darin axial beweglich gelagerten Dämpfungskolben aufweist, wobei der Dämpfungszylinder oder der Dämpfungskolben mit dem motorischen Antrieb mechanisch gekoppelt ist, so dass sich der Dämpfungszylinder und der Dämpfungskolben während der Öffnungs- und Schließbewegung des Türelementes relativ zueinander bewegen, wobei der Dämpfungszylinder einen ersten Dämpfungsraum, der von einer ersten Seite des Dämpfungskolbens begrenzt wird, und einen zweiten Dämpfungsraum, der von einer zweiten Seite des Dämpfungskolbens, welche der ersten Seite gegenüberliegt, begrenzt wird, aufweist. Der Dämpfungszylinder weist ferner eine erste Öffnung, durch die ein Dämpfungsmedium aus dem ersten Dämpfungsraum entweichen und in diesen einströmen kann, sowie eine zweite Öffnung, durch die das Dämpfungsmedium aus dem zweiten Dämpfungsraum entweichen und in diesen einströmen kann, auf. Die Dämpfungseinheit dient als Sicherheitsmechanismus, der das Türelement bei einem unerwünschten Überschreiten einer Maximalgeschwindigkeit des vordefinierten Geschwindigkeitsprofils abbremst, ohne dabei aktiv angesteuert zu werden. Die Dämpfungseinheit weist hierzu zumindest ein Drosselelement auf, das ebenfalls nicht aktiv angesteuert wird und dessen Drosselquerschnitt derart definiert oder voreingestellt ist, dass es bei dem unerwünschten Überschreiten der Maximalgeschwindigkeit des Türelements das durch die erste Öffnung entweichende Dämpfungsmedium oder das durch die zweite Öffnung entweichende Dämpfungsmedium drosselt, um das Türelement abzubremsen.
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Der erfindungsgemäße Öffnungs- und Schließmechanismus verwendet also eine Dämpfungseinheit mit einer Zylinder-Kolben-Einrichtung, welche vorzugsweise als pneumatische Zylinder-Kolben-Einrichtung ausgestaltet ist. Hierbei ist entweder der Zylinder oder der Kolben mit dem motorischen Antrieb des Türelements gekoppelt und das jeweils andere Bauteil fix, bspw. an einem Rahmen oder einer Zarge des Türelements montiert, so dass sich während der Öffnungs- und Schließbewegung des Türelements der Dämpfungszylinder relativ zu dem Dämpfungskolben bewegt.
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Ein Ausströmen des Dämpfungsmediums aus den beiden Zylinderkammern des Dämpfungszylinders nach außen wird durch zumindest ein Drosselelement gedrosselt.
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Die durch das zumindest eine Drosselelement verursachte Drosselung ist dabei derart eingestellt, dass während einer regulären Öffnungs- und Schließbewegung von der Dämpfungseinheit lediglich eine geringe Dämpfungskraft erzeugt wird, so dass es während einer regulären Öffnungs- und Schließbewegung nur eines geringfügig erhöhten Energieaufwands seitens des Antriebsmotors bedarf, um gegen die Dämpfungseinheit zu arbeiten.
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Die Dämpfungseinheit wird lediglich als Sicherheitsmechanismus eingesetzt, der dann zum Tragen kommt, wenn sich das Türelement, bspw. aufgrund eines Ausfalls anderer Sicherheitsmechanismen, mit überhöhter Geschwindigkeit bewegt. In einem solchen Fall wird die Dämpfungskraft, welche von der Dämpfungseinheit ausgeht, deutlich höher, so dass das Türelement wirksam abgebremst werden kann. Typischerweise verhalten sich Drosselelemente derart, dass die von diesen erzeugte Gegenkraft größer wird, je größer die Geschwindigkeitsänderung des Türelements bzw. der Bewegung des Dämpfungskolbens relativ zu dem Dämpfungszylinder ist. Bei einer hohen Geschwindigkeitsänderung des Türelements, bezogen auf die eingestellte Türgeschwindigkeit, lässt sich mit Hilfe der Dämpfungseinheit die kinetische Energie des Türelements somit erheblich reduzieren.
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Die Dämpfungseinheit wird also sozusagen als passives Bauteil betrieben und übernimmt im Falle einer pneumatischen Dämpfungseinheit während des Regelbetriebs eine Funktion, welche einer Luftpumpe ähnelt. Im Regelbetrieb wird lediglich während der Öffnungs- und Schließbewegung des Türelementes der Dämpfungskolben relativ zu dem Dämpfungszylinder bewegt. Hierbei entstehen nur sehr geringe Kräfte. Die Geschwindigkeit des Türelementes wird im Regelbetrieb nicht oder zumindest nicht merklich abgebremst. Da die Dichtungen solcher Dämpfungseinheiten typischerweise für sehr hohe Laufleistungen ausgelegt sind, kann davon ausgegangen werden, dass diese Laufleistungen ebenso bei dem hier vorliegenden passiven Betrieb während des Regelbetriebs erreicht werden.
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Weder die Dämpfungseinheit noch das zumindest eine Drosselelement werden elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch aktiv angesteuert. Ein komplexes Regelsystem zur Steuerung der Dämpfungseinheit ist daher nicht vorhanden. Die Dämpfungseinheit wird zudem auch nicht als aktiver Antrieb zum Antreiben des Türelementes verwendet.
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Der wesentliche Vorteil des Einsatzes dieser passiven Dämpfungseinheit in dem erfindungsgemäßen Öffnungs- und Schließmechanismus besteht in der relativ einfach ausgestalteten Art eines mechanischen Schutzmechanismus, durch den im Zweifelsfall überhöhte Geschwindigkeiten des Türelements während der Öffnungs- und Schließbewegung wirksam vermieden werden können. Die Dämpfungseinheit agiert dabei als selbsteinstellendes System, bei dem die auf den Dämpfungskolben ausgeübte Gegenkraft, welche das Türelement bremst, automatisch höher wird, je höher die Geschwindigkeit des Türelementes ist. Da sie nicht aktiv angesteuert wird, kann sie relativ einfach und kostengünstig ausgestaltet sein. Verkabelung oder sonstige Leitungsanschlüsse müssen nicht vorgesehen werden. Da es sich bei der Dämpfungseinheit um ein rein mechanisches System aus Dämpfungszylinder, Dämpfungskolben und dem zumindest einen Drosselelement handelt, ist es kaum fehleranfällig und sehr einfach wartbar.
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Zudem weist das System eine hohe Manipulationssicherheit auf, da die mechanischen Grundeigenschaften der Dämpfungseinheit, welche nur schwer zu manipulieren sind, vorliegend sehr vorteilhaft zur Erhöhung der Sicherheit ausgenutzt werden.
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Im Übrigen handelt es sich um ein kostengünstiges System, da bspw. ein handelsüblicher Pneumatikzylinder als Dämpfungseinheit eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Öffnung im Bereich eines ersten Endes des Dämpfungszylinders und die zweite Öffnung im Bereich eines zweiten Endes des Dämpfungszylinders, welches dem ersten Ende gegenüberliegt, angeordnet.
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Somit steht der volle Hub des Dämpfungskolbens während der Öffnungs- und Schließbewegung zur Verfügung. Dies führt dazu, dass der beschriebene Sicherheitsmechanismus über den gesamtem Öffnungs- und Schließweg des Türelementes zum Tragen kommen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das zumindest eine Drosselelement eine Leitungsverengung mit einem dem Drosselquerschnitt entsprechenden, konstant verengtem Leitungsquerschnitt auf. Alternativ dazu weist das zumindest eine Drosselelement ein Drosselventil auf, dessen Drosselquerschnitt manuell einstellbar ist.
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Eine Leitungsverengung kann auf vielfältige Art und Weise hergestellt sein. Zum Beispiel kann es sich durch einen mechanisch verengten Abschnitt einer Leitung handeln. Ebenso ist es denkbar, ein extra Bauteil, beispielsweise eine Blende, in eine Leitung einzubauen.
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Der Vorteil eines Drosselventils mit manuell einstellbarem Drosselquerschnitt ist, dass sich dadurch manuell die Dämpfungskraft der Dämpfungseinrichtung an die gewünschten Verhältnisse anpassen lässt. Zudem sind derartige Drosselventile sehr kostengünstig, da es sich um rein mechanische Bauteile handelt. Nachteilig ist jedoch, dass diese sich leicht manipulieren lassen. Die Stellung des mechanischen Einstellmechanismus des Drosselelements kann hierzu bspw. werkseitig mit Sicherungslack fixiert werden, um unerwünschte Manipulationen direkt sichtbar zu machen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das zumindest eine Drosselelement ein mit der ersten Öffnung fluidisch verbundenes erstes Drosselelement und ein mit der zweiten Öffnung fluidisch verbundenes zweites Drosselelement aufweisen.
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Somit wird sowohl das Entweichen des Dämpfungsmediums aus dem ersten Dämpfungsraum wie auch das Entweichen des Dämpfungsmediums aus dem zweiten Dämpfungsraum durch jeweils ein Drosselelement gedrosselt. Die Dämpfungseinheit bremst daher sowohl bei der Öffnungsbewegung als auch bei der Schließbewegung das Türelement bei einem unerwünschten Überschreiten der voreingestellten Maximalgeschwindigkeit wirksam ab.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das zumindest eine Drosselelement zumindest ein Drosselrückschlagventil auf. Besonders bevorzugt weist das zumindest eine Drosselrückschlagventil ein mit der der ersten Öffnung fluidisch verbundenes erstes Drosselrückschlagventil, das dazu eingerichtet ist, das Dämpfungsmedium gedrosselt aus dem ersten Dämpfungsraum entweichen und ungedrosselt in den ersten Dämpfungsraum einströmen zu lassen, sowie ein mit der der zweiten Öffnung fluidisch verbundenes zweites Drosselrückschlagventil, das dazu eingerichtet ist, das Dämpfungsmedium gedrosselt aus dem zweiten Dämpfungsraum entweichen und ungedrosselt in den zweiten Dämpfungsraum einströmen zu lassen, auf.
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Die Drosselrückschlagventile sind derart angeordnet, dass das Dämpfungsmedium (z.B. Luft) jeweils gedrosselt aus dem ersten bzw. zweiten Dämpfungsraum entweichen und ungedrosselt in den ersten bzw. zweiten Dämpfungsraum einströmen kann.
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Wird der Dämpfungskolben relativ zu dem Dämpfungszylinder bspw. bei der Öffnungsbewegung entlang der Längsachse der Dämpfungseinheit in einer ersten Richtung bewegt, wird das Dämpfungsmedium durch das erste Drosselrückschlagventil in den ersten Dämpfungsraum ungedrosselt angesaugt, wobei ein anderer Teil des Dämpfungsmediums gleichzeitig über das zweite Drosselrückschlagventil aus dem zweiten Dämpfungsraum gedrosselt entweicht. Werden Dämpfungskolben und Dämpfungszylinder in einer entgegengesetzten zweiten Richtung relativ zueinander bewegt, wird das Dämpfungsmedium über das zweite Drosselrückschlagventil in den zweiten Dämpfungsraum ungedrosselt angesaugt, wobei gleichzeitig ein anderer Teil des Dämpfungsmediums über das erste Drosselrückschlagventil aus dem ersten Dämpfungsraum gedrosselt entweicht.
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Somit entweicht das Dämpfungsmedium sowohl bei der Öffnungsbewegung als auch bei der Schließbewegung kontrolliert bzw. gedrosselt aus einem der beiden Dämpfungsräume der Dämpfungseinheit, so dass sowohl die Öffnungs- als auch die Schließbewegung bei Überschreiten der voreingestellten Maximalgeschwindigkeit kontrolliert gedämpft wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Öffnung mit der zweiten Öffnung außerhalb des Dämpfungszylinders derart miteinander fluidisch verbunden ist, dass das während der Schließbewegung des Türelements aus dem ersten Dämpfungsraum durch die erste Öffnung entweichende Dämpfungsmedium das zumindest ein Drosselelement durchströmt und durch die zweite Öffnung in den zweiten Dämpfungsraum einströmt, und dass das während der Öffnungsbewegung des Türelements aus dem zweiten Dämpfungsraum durch die zweite Öffnung entweichende Dämpfungsmedium das zumindest ein Drosselelement durchströmt und durch die erste Öffnung in den ersten Dämpfungsraum einströmt.
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Der aus einem der beiden Dämpfungsräume ausströmende Fluidanteil strömt also in den jeweils anderen der beiden Dämpfungsräume wieder ein. Somit erhält man ein geschlossenes System.
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Vorzugsweise erfolgt diese Verbindung über einen Schlauch oder ein Rohr, welcher/welches die erste Öffnung und die zweite Öffnung außerhalb des Dämpfungszylinders miteinander verbindet.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass sich die Schlauch- oder Rohrverbindung vorteilhaft auf die Geräuschentwicklung auswirkt. Die aus dem ersten bzw. zweiten Dämpfungsraum während der Öffnungs- und Schließbewegung austretende Luft erzeugt ansonsten nämlich ein hörbares „Zischen“. Durch die Schlauch- bzw. Rohrverbindung wird dieses Geräusch völlig eliminiert.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass hierdurch, wie bereits erwähnt, ein geschlossenes System entsteht. Die Luft bzw. das Dämpfungsmedium wird somit immer zwischen dem ersten Dämpfungsraum und dem zweiten Dämpfungsraum hin und her gepumpt. Verschmutzte Umgebungsluft oder sonstiger Schmutz kann daher nicht von außen in die Zylinderkammern (den ersten und zweiten Dämpfungsraum) des Dämpfungszylinders eintreten.
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Zudem besteht auch eine hohe Manipulationssicherheit, da ein Ablösen des Verbindungsschlauches oder Verbindungsrohres von dem ersten und/oder zweiten Drosselrückschlagventil keinen Einfluss auf die Funktionssicherheit der Dämpfungseinheit hat.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das zumindest eine Drosselelement nur ein einziges Drosselelement auf. Hierbei handelt es sich um die kostengünstigste Variante, die nach wie vor den Zweck eines passiven Sicherheitsmechanismus erfüllt. Das lediglich eine Drosselelement kann mit der ersten Öffnung, der zweiten Öffnung, oder aber, im Falle einer fluidischen Verbindung dieser, mit beiden Öffnungen fluidisch verbunden sein. Auch dann erfüllt der beschriebene Sicherheitsmechanismus sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen der Tür seinen Zweck.
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Grundsätzlich kann auch der oben genannte Verbindungsschlauch bzw. das oben genannte Verbindungsrohr selbst als Drosselelement im Sinne der vorliegenden Erfindung wirken. Erlaubt dessen Leitungsquerschnitt nämlich nur einen Volumenstrom, der während des Regelbetriebs aus den Zylinderkammern der Dämpfungseinheit aus- bzw. einströmt, so wird das Türelement auch in einem solchen Fall bei Überschreiten der voreingestellten Maximalgeschwindigkeit automatisch abgebremst.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat der Dämpfungszylinder entlang seiner Längsachse einen konstanten Querschnitt.
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Während des Regelbetriebs des erfindungsgemäßen Öffnungs- und Schließmechanismus erfährt der Dämpfungskolben somit beim Öffnung und Schließen des Türelementes keine sich verändernde Gegenkraft. Der durch die Dämpfungseinheit etablierte Sicherheitsmechanismus steht somit zu jedem Zeitpunkt in gleicher Weise zur Verfügung. Zudem wirkt sich dies positiv auf die Laufleistung der Dämpfungseinheit wie auch des motorischen Antriebs aus.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der motorische Antrieb einen Antriebsmotor und ein Kraftübertragungselement auf, das von dem Antriebsmotor entlang einer ersten Längsachse angetrieben wird, wobei der Dämpfungszylinder oder der Dämpfungskolben mit dem Kraftübertragungselement mechanisch gekoppelt ist, und wobei eine zweite Längsachse, entlang derer sich der Dämpfungszylinder und der Dämpfungskolben erstrecken, parallel zu der ersten Längsachse ausgerichtet ist.
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Die Dämpfungseinheit wird also mit ihrer Längsachse (zweite Längsachse) vorzugsweise parallel zu der Antriebsrichtung des mit dem Antriebsmotor verbundenen Kraftübertragungselementes angeordnet. Das Kraftübertragungselement dient der Kraftübertragung von dem Antriebsmotor auf das Türelement. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Längsachse in geschlossenem Zustand des Türelementes parallel zu dem Türelement ausgerichtet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Kraftübertragungselement einen Zahnriemen auf.
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Der Zahnriemen ist bevorzugt als umlaufender Zahnriemen ausgebildet. Er ermöglicht eine effiziente und gleichzeitig weitestgehend geräuschlose Kraftübertragung von dem Antriebsmotor auf das Türelement. Zudem weist der Zahnriemen typischerweise eine gewisse Elastizität auf, was die Flexibilität des Gesamtsystems erhöht.
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In der zuletzt genannten Ausgestaltung ist der Dämpfungskolben oder eine mit dem Dämpfungskolben verbundene Kolbenstange vorzugsweis mit einem Riemenschloss, das zwei Enden des Zahnriemens miteinander verbindet, gekoppelt.
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Auf diese Weise entsteht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen der Dämpfungseinheit und dem motorischen Antrieb des Türelementes. Diese Art der Verbindung ermöglicht auch eine relativ einfache Art der Montage.
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Vorzugsweise ist das Türelement schwenkbar gelagert. Wie eingangs bereits erwähnt, kann es sich um ein Türelement handeln, wie es in der
deutschen Patentanmeldung 10 2017 115 603.8 beschrieben ist. Das Türelement führt dabei eine kombinierte Linear- und Schwenkbewegung aus. Das erfindungsgemäße Prinzip bzw. der erfindungsgemäße Öffnungs- und Schließmechanismus kann jedoch ebenso bei anderen Arten von Türelementen und trennenden Schutzeinrichtungen eingesetzt werden, unabhängig davon, ob die Öffnungs- und Schließbewegung des Türelements eine Linear- und/oder Schwenkbewegung beinhaltet.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht von vorne auf eine Sicherheitsumhausung mit einem Öffnungs- und Schließmechanismus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Ausschnitt aus 1, welcher den Öffnungs- und Schließmechanismus im Detail zeigt;
- 3 eine perspektivische Detailansicht des in 1 und 2 gezeigten Öffnungs- und Schließmechanismus;
- 4 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer in dem Öffnungs- und Schließmechanismus verwendeten Dämpfungseinheit;
- 5 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der in dem Öffnungs- und Schließmechanismus verwendeten Dämpfungseinheit; und
- 6 eine Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels der in dem Öffnungs- und Schließmechanismus verwendeten Dämpfungseinheit.
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1 zeigt eine Draufsicht von vorne auf eine Sicherheitsumhausung mit einem Öffnungs- und Schließmechanismus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sicherheitsumhausung ist darin in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100 gekennzeichnet. Der darin verwendete Öffnungs- und Schließmechanismus ist mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
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Es versteht sich, dass 1 nur einen Teil der Sicherheitsumhausung 100 zeigt, nämlich den Teil, welcher sich öffnen und schließen lässt. Die Sicherheitsumhausung 100 kann bspw. als trennende Schutzeinrichtung zum Absichern einer gefährlichen Maschine, bspw. einer Presse, einer Dreh- oder Fräsmaschine, verwendet werden.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sicherheitsumhausung 100 einen Öffnungs- und Schließmechanismus 10 auf, der zwei bewegliche Türelemente 12, 14 umfasst, die sich mit Hilfe eines motorischen Antriebs 16 automatisch öffnen und schließen lassen. Der motorische Antrieb 16 umfasst einen Antriebsmotor, welcher in den Figuren nicht näher ersichtlich ist. Dieser kann bspw. hinter dem in den Figuren gezeigten Verkleidungselement 18 angeordnet sein. Bei dem Antriebsmotor handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor, der eine Motorwelle rotatorisch antreibt.
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Die beiden Türelemente 12, 14 sind mit einem Kraftübertragungselement 20 (siehe 2 und 3) gekoppelt, welches in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel als umlaufender Zahnriemen ausgestaltet ist. Das Kraftübertragungselement bzw. der Zahnriemen 20 wird über eine Zahnscheibe, welche auf der Motorwelle angebracht ist, angetrieben. Das Türelement 12 ist mit Hilfe eines ersten Riemenschlosses 22 mit einem unteren Riementrum 20b des Zahnriemens 20 gekoppelt. Das Türelement 14 ist mit Hilfe eines zweiten Riemenschlosses 24 mit einem oberen Riementrum 20a des Zahnriemens 20 gekoppelt. Die beiden Riemenschlösser 22, 24 verbinden jeweils zwei Enden des Zahnriemens 20 miteinander. Ebenso verbinden sie den Zahnriemen 20 mit jeweils einem der beiden Türelemente 12, 14. Auf diese Weise führen die beiden Türelemente 12, 14 während eines Öffnungs- und Schließvorganges zueinander jeweils eine gegenläufige Bewegung aus. Der motorische Antrieb 16 bewegt die Türelemente 12, 14 gemäß eines vordefinierten Geschwindigkeitsprofils mit konstanter oder sich zeitlich verändernder Geschwindigkeit.
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Der Öffnungs- und Schließmechanismus 10 umfasst des Weiteren eine Dämpfungseinheit 26. Die Dämpfungseinheit 26 ist vorzugsweise parallel zu dem umlaufenden Zahnriemen 20 angeordnet. Anders ausgedrückt, ist eine erste Längsachse 30 (in 2 mit einem Doppelpfeil dargestellt), entlang derer der Zahnriemen 20 hin und her bewegt wird, parallel zu einer zweiten Längsachse 32 (in 2 gestrichelt dargestellt), die die Längsachse der Dämpfungseinheit 26 bildet, ausgerichtet.
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Die Dämpfungseinheit 26 weist einen Dämpfungszylinder 34 sowie einen darin längsbeweglichen Dämpfungskolben 36 auf. Schematische Prinzipskizzen verschiedener Ausführungsbeispiele der Dämpfungseinheit 26 sind in 4-6 im Detail dargestellt.
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In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Dämpfungszylinder 34 an einem Rahmen 28 der Sicherheitsumhausung ortsfest montiert. Der Dämpfungskolben 36 bewegt sich während der Öffnungs- und Schließbewegung zusammen mit den Türelementen 12, 14. Der Dämpfungskolben 36 ist über eine mit diesem verbundene Kolbenstange 38 mit dem Riemenschloss 24 gekoppelt. Werden die Türelemente 12, 14 mit Hilfe des motorischen Antriebs 16 über den Zahnriemen 20 bewegt, so wird diese Linearbewegung auf die Kolbenstange 38 übertragen, wodurch sich der Dämpfungskolben 36 entlang der zweiten Längsachse 32 innerhalb des Dämpfungszylinders 34 bewegt.
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Der Dämpfungszylinder 34 weist einen ersten Dämpfungsraum 40, der von einer Vorderseite 42 des Dämpfungskolbens 36 begrenzt wird, sowie einen zweiten Dämpfungsraum 44, der von einer gegenüberliegenden Rückseite 46 des Dämpfungskolbens 36 begrenzt wird, auf (siehe 4-6).
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Der erste Dämpfungsraum 40 weist eine erste Öffnung 48 auf, die im Bereich eines ersten Endes 50 des Dämpfungszylinders 34 angeordnet ist. Der zweite Dämpfungsraum 44 weist eine zweite Öffnung 52 auf, die im Bereich eines zweiten Endes des Dämpfungszylinders 34, welches dem ersten Ende 50 gegenüberliegt, angeordnet ist.
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In dem in 4 gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel ist die erste Öffnung 48 mit einem ersten Drosselelement 56 und die zweite Öffnung 52 mit einem zweiten Drosselelement 58 verbunden. Die beiden Drosselelemente 56, 58 weisen einen konstanten Querschnitt auf, der an den Volumenstrom angepasst ist, der bei der maximale Geschwindigkeit, die die Türelemente 12, 14 während ihres Regelbetriebs erreichen, auftritt.
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Wird die Kolbenstange 38 in einer ersten Richtung (in 4 nach links) bewegt, wird die Luft aus dem zweiten Dämpfungsraum 44 über die zweite Öffnung 52 herausgedrückt. Dieser Luftstrom wird durch das zweite Drosselelement 58 gedrosselt. Während dieser Bewegung wird bei dem gegenüberliegenden ersten Dämpfungsraum 40 Luft über die erste Öffnung 48 angesaugt. Dieser angesaugte Luftstrom wird durch das erste Drosselelement 56 gedrosselt.
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Bei einer umgekehrten Bewegung der Kolbenstange 38 entlang einer entgegengesetzten zweiten Richtung (in 4 nach rechts) wird entsprechend Luft über das zweite Drosselelement 58 und die zweite Öffnung 52 in den zweiten Dämpfungsraum 44 gedrosselt angesaugt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Dämpfungskolbens 36 wird Luft aus dem ersten Dämpfungsraum 40 über die erste Öffnung 48 und das erste Drosselelement 56 aus dem Dämpfungszylinder 34 bzw. dem ersten Dämpfungsraum 40 herausgedrückt.
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Die jeweiligen Drosselleitungsquerschnitte der Drosselelemente56, 58 sind in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel konstant. Alternativ dazu können jedoch auch Drosselelemente verwendet werden, deren Drosselquerschnitte manuell einstellbar sind. Derartige Drosselelemente lassen sich vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Einstellmechanismus, bspw. einer Einstellschraube, verändern. Auf diese Weise können die Drosselelemente 56, 58 so eingestellt werden, dass bei einer vorgesehenen Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Türelemente 12, 14 die Abluft aus dem jeweiligen Dämpfungsraum 40, 44 des Dämpfungszylinders 34 kontrolliert entweichen kann. Der Drosselleitungsquerschnitt der beiden Drosselelemente56, 58 wird dabei vorzugsweise derart eingestellt, dass bei einer im Regelbetrieb des Öffnungs- und Schließmechanismus 10 eingestellten Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit kein allzu großer Widerstand durch die Drosselelemente56, 58 erzeugt wird, gegen den der motorische Antrieb 16 arbeiten muss. Die Türelemente 12, 14 werden während des Regelbetriebs somit nicht oder zumindest nicht merklich abgebremst. Die Stellung der Einstellschrauben der Drosselrückschlagventile 56, 58 kann hierzu bspw. werkseitig mit Sicherungslack fixiert werden, um unerwünschte Manipulationen direkt sichtbar zu machen.
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Überschreitet nun die Geschwindigkeit der Türelemente 12, 14 unerwünscht die voreingestellte Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit, bspw. bedingt durch einen Ausfall der Elektronik- und/oder Softwarekomponenten, so kann die von dem Dämpfungskolben 36 verdrängte Luft nicht mit der erhöhten Geschwindigkeit aus dem jeweiligen Dämpfungsraum 40, 44 herausgeführt werden. Es baut sich in dem jeweiligen Dämpfungsraum 40, 44 ein Druck auf. Dieser Druck übt auf die Kolbenfläche des Dämpfungskolbens 36 eine Kraft aus, welche der Antriebskraft des motorischen Antriebs 16 entgegenwirkt. Je größer die Geschwindigkeitsänderungen der Türelemente 12, 14 bezogen auf die voreingestellte Türgeschwindigkeit ist, desto größer wird diese Gegenkraft. Die Türelemente, 12, 14 werden durch die Dämpfungseinheit 26 in einem solchen Fall daher abgebremst. Hierdurch kann die kinetische Energie erheblich reduziert werden, wodurch sich Gefahren aufgrund eines zu schnell bewegten Türelements 12, 14 vermeiden lassen. Ein aktives Ansteuern der Dämpfungseinheit 26, beispielsweise mittels Druckluft, ist hierzu nicht notwendig.
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Die Dämpfungseinheit 26 dient also als Sicherheitsmechanismus, der eine überhöhte Geschwindigkeit der Türelemente 12, 14 verhindern soll. Die Dämpfungseinheit 26 wird als passives Bauteil betrieben und übernimmt die Funktion einer Art Luftpumpe. Im Regelbetrieb wird lediglich die Kolbenstange 38 samt Dämpfungskolben 36 innerhalb des Dämpfungszylinders 34 bewegt. Hierbei entstehen nur geringe Kräfte. Da die Dichtungen solcher Pneumatikzylinder für sehr hohe Laufleistungen ausgelegt sind, ist bei einem solchen passives Betrieb der Dämpfungseinheit 26 von einer ebenso hohen Laufleistung auszugehen.
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Es versteht sich, dass das bezüglich 4 erwähnte Prinzip gleichsam auch funktioniert, wenn nur eine der beiden Öffnungen 48, 52 mit einem Drosselelement 56, 58 verbunden ist. Auch dann wirkt die Dämpfungseinheit 26 in obigem Sinne als Sicherheitsmechanismus für die Öffnungs- und Schließbewegung der Türelemente 12, 14.
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Da bei jedem Bewegungsvorgang der Türelemente 12, 14 Luft in einen der beiden Dämpfungsräume 40, 44 des Dämpfungszylinders 34 angesaugt wird, besteht die Gefahr, dass es zu einer Verschmutzung der beiden Dämpfungsräume 40, 44 des Dämpfungszylinders 34 kommt. Dies könnte zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Drosselrückschlagventile 56, 58 führen. Damit wäre die Funktionssicherheit des durch die Dämpfungseinheit 26 bewirkten Sicherheitsmechanismus nicht mehr gewährleistet.
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Um dies zu vermeiden, wird bei dem in 5 gezeigten, zweiten Ausführungsbeispiel eine Schlauch- oder Rohrverbindung 60 eingesetzt, die die erste Öffnung 48 mit der zweiten Öffnung 52 verbindet. Bei dem in 5 gezeigten, zweiten Ausführungsbeispiel wird nur ein einziges Drosselelement 56 eingesetzt, das in dem Strömungskanal der Schlauch- bzw. Rohrverbindung 60 angeordnet ist. Bei dem Drosselelement 56 handelt es sich in diesem Beispiel um ein Drosselventil, dessen Drosselquerschnitt manuell einstellbar ist. Das Drosselelement 56 kann jedoch auch als Engstelle in der Schlauch- bzw. Rohrverbindung 60 ausgestaltet sein. Entweder ist eine solche Engstelle in die Schlauch- bzw. Rohrverbindung 60 direkt eingearbeitet oder es handelt sich dabei um ein extra Bauteil, beispielsweise eine Lochblende mit verengtem Querschnitt.
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Durch die Verbindung 60 ist die Dämpfungseinheit 26 als geschlossenes System realisiert. Die aus einem Dämpfungsraum 40 bzw. 44 ausströmende Luft gelangt über die das Drosselelement 56 direkt in den anderen Dämpfungsraum 40 bzw. 44 und umgekehrt. Die Luft wird somit immer zwischen den beiden Dämpfungsräumen 40, 44 bzw. Zylinderkammern des Dämpfungszylinders 34 hin und her gepumpt.
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Neben der Vermeidung einer Verschmutzung des Dämpfungszylinders 34 hat dies auch den Vorteil, dass eine störende Geräuschentwicklung dadurch vermieden werden kann. Die aus den Öffnungen 48, 52 ausströmende Luft erzeugt ansonsten nämlich ein hörbares Zischen, welches durch die Schlauch- oder Rohrverbindung 60 vermieden werden kann.
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Das in 6 gezeigte, dritte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in 4 gezeigten, ersten Ausführungsbeispiel. Anstelle von einfachen Drosselelementen 56, 58 werden hier jedoch zwei Drosselrückschlagventil 56', 58' verwendet.
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Die erste Öffnung 48 ist mit einem ersten Drosselrückschlagventil 56' gekoppelt. Die zweite Öffnung 52 ist mit einem zweiten Drosselrückschlagventil 58' gekoppelt. Die beiden Drosselrückschlagventile 56', 58' sind jeweils derart angeordnet, dass Luft über die jeweilige Öffnung 48, 52 aus dem Dämpfungszylinder 34 gedrosselt entweichen kann und umgekehrt ungedrosselt in den Dämpfungszylinder 34 einströmen kann. Die Funktion der hier als Sicherheitsmechanismus eingesetzten, passiven, nicht aktiv angesteuerten Dämpfungseinheit 26 entspricht ansonsten der zuvor erläuterten Funktion.
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Es sei darauf hingewiesen, dass anstelle einer Kopplung des Dämpfungskolbens 36 bzw. der Kolbenstange 38 mit dem motorischen Antrieb 16 genauso gut auch der Dämpfungszylinder 34 mit dem motorischen Antrieb 16 gekoppelt sein könnte. In einem solchen Fall ließe sich der Dämpfungszylinder 34 bspw. zusammen mit dem Zahnriemen 20 hin und her bewegen. Der Dämpfungskolben 36 könnte dann samt Kolbenstange 38 fix an dem Rahmen 28 der Sicherheitsumhausung 100 montiert werden. Es ergäbe sich somit eine umgekehrte Anordnung im Vergleich zu der in den 1-3 gezeigten Anordnung. Das erfindungsgemäße Prinzip müsste ansonsten nicht verändert werden.
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Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Dämpfungseinheit 26, anstelle einer pneumatischen Dämpfungseinheit, als hydraulische Dämpfungseinheit auszugestalten. Unabhängig davon ließe sich die Kolbenstange 38 auf beiden Seiten des Dämpfungskolbens 36 (der Vorderseite 42 und der Rückseite 46) fortsetzen und beidseitig aus dem Dämpfungszylinder 34 herausführen. Dies hätte den Vorteil, dass dann beide Dämpfungsräume 40, 44 äquivalent zueinander in Bezug auf Form und Größe ausgeführt wären.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017115603 [0002, 0004, 0050]
- DE 2846222 A1 [0011]
- DE 102011001884 B3 [0011]
- DE 202011105305 U1 [0011]
- DE 20318899 U1 [0011]
- DE 102008045564 A1 [0011]
