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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Rundfilterelement, beispielsweise für einen Kraftstofffilter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
EP 1 981 608 B1 wird eine Filtereinrichtung zur Filtration von Öl beschrieben. Die Filtereinrichtung umfasst einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper, der von dem zu reinigenden Fluid radial von außen nach innen durchströmt wird, wobei das gereinigte Fluid aus dem Innenraum im Filtermediumkörper axial abgeleitet wird. An einer Stirnseite weist das Filterelement eine Strömungsleiteinrichtung für das zuzuführende Fluid auf, die mit einer Endkappe verbunden ist, welche den hohlzylindrischen Filtermediumkörper stirnseitig verschließt. Die Strömungsleiteinrichtung umfasst geschwungen ausgebildete Leitschaufeln, die sich in einem der stirnseitigen Endscheibe vorgelagerten Bereich befinden und das axial herangeführte Fluid radial nach außen umlenken. Die Leitschaufeln befinden sich in einer stirnseitigen Vertiefung, welche von einer Außenwand mit eingebrachten Strömungsöffnungen umschlossen ist, über die das Fluid in Radialrichtung nach außen strömt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine hohe Effizienz bei der Filtration eines Fluids an einem Rundfilterelement zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Erfindung betrifft ein Rundfilterelement zur Filtration eines Fluids, bei dem es sich vorzugsweise um ein flüssiges Fluid wie Kraftstoff oder Öl handelt. Ggf. kommt auch eine Filtration gasförmiger Fluide in Betracht, beispielsweise Verbrennungsluft, die einer Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Das Rundfilterelement weist einen Filtermediumkörper auf, der als Hohlkörper ausgebildet ist und ringförmig umlaufend, beispielsweise als Hohlzylinder ausgeführt ist. Der Filtermediumkörper wird von dem zu reinigenden Fluid bezogen auf die Längsachse des Rundfilterelements und des Filtermediumkörpers in Radialrichtung durchströmt, wobei ein innenliegender Innenraum im Filtermediumkörper einen Strömungsraum für das Fluid bildet. Vorzugsweise wird der Filtermediumkörper radial von außen nach innen durchströmt, so dass der Innenraum den Reinraum bildet, aus dem das gereinigte Fluid axial abgeleitet wird. Dementsprechend bildet die Außenseite des Filtermediumkörpers die Anström- bzw. Rohseite und die Innenseite, welche den Innenraum auskleidet, die Abström- bzw. Reinseite.
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Dem Rundfilterelement ist eine Strömungsleiteinrichtung zugeordnet, die vorzugsweise fest mit dem Rundfilterelement verbunden ist. Die Strömungsleiteinrichtung ist vorteilhafterweise an oder benachbart zu einer Stirnseite des Rundfilterelements angeordnet und kann fest mit einer Endscheibe an einer Stirnseite des Filtermediumkörpers verbunden sein, welche den Filtermediumkörper axial strömungsdicht verschließt. Die Endscheibe kann, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, zugleich ein Bauteil der Strömungsleiteinrichtung bilden oder fest mit einem Bauteil der Strömungsleiteinrichtung verbunden sein.
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Die Strömungsleiteinrichtung weist mehrere Leitschaufeln auf, welche die Funktion haben, axial herangeführtes und auf die Strömungsleiteinrichtung axial auftreffendes Fluid radial umzulenken. Über die Leitschaufeln wird erreicht, dass das Fluid sich entlang der Anströmseite des Filtermediumkörpers gleichmäßig verteilt, wodurch die An- und Durchströmung des Filtermediumkörpers ebenfalls gleichmäßiger und damit auch effizienter erfolgt. Die gleichmäßige Verteilung bezieht sich sowohl auf die Achslängsrichtung als auch die Umfangsrichtung des Filtermediumkörpers.
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Die Strömungsleiteinrichtung umfasst außerdem einen Prallkörper, der bezogen auf die Radialrichtung zwischen den Leitschaufeln liegt und axial auf Abstand zu den Leitschaufeln angeordnet ist, insbesondere in Bezug auf die axiale Anströmrichtung des herangeführten Fluids den Leitschaufeln vorgelagert ist. Der Prallkörper liegt im axialen Strömungsweg des herangeführten Fluids, das auf den Prallkörper auftrifft und hierdurch eine Ablenkung radial nach außen erfährt, woraufhin das Fluid auf die Leitschaufein trifft und von diesen weiter nach außen geführt wird. Der Prallkörper verbessert die Umlenkung des axial herangeführten, ungereinigten Fluids in die Radialrichtung. Anschließend kann dem Fluid über die Form der Leitschaufeln noch ein definierter Drall aufgeprägt werden. Der Prallkörper ist, bezogen auf die Längsachse des Rundfilterelements, vorzugsweise mittig angeordnet. In alternativer Ausführung ist der Prallkörper exzentrisch angeordnet.
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Der axiale Abstand bezieht sich auf den Abstand der Fläche am Prallkörper, auf die das Fluid auftrifft, zu einem Bauteil der Strömungsleiteinrichtung, das die Leitschaufeln trägt. Bei diesem Bauteil handelt es sich vorteilhafterweise um eine Trägerplatte des Strömungsleitkörpers, die vorzugsweise eben ausgebildet und beispielsweise als Trägerscheibe ausgeführt ist. Die Leitschaufeln befinden sich an einer Seitenfläche der Trägerplatte und sind insbesondere einteilig mit der Trägerplatte ausgebildet. Die Seitenfläche der Trägerplatte und die Auftrefffläche am Prallkörper liegen axial beabstandet zueinander, wodurch gewährleistet ist, dass ein ausreichend großer axialer Raum für das Umlenken des auf den Prallkörper auftreffenden Fluids in Richtung der Leitschaufeln gegeben ist.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung bildet die Trägerplatte des Strömungsleitkörpers zugleich eine Endscheibe zur axialen Abdichtung des Filtermediumkörpers an dessen Stirnseite oder ist fest mit der Endscheibe verbunden. Die Trägerplatte übernimmt somit eine doppelte Funktion: Zum einen bildet die Trägerplatte die Endscheibe, zum anderen sind auf der Trägerplatte die Leitschaufeln angeordnet.
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Vorteilhafterweise ist auch der Prallkörper an der Trägerplatte gehalten, was beispielsweise über Stege realisiert ist, die mit dem Prallkörper verbunden sind, insbesondere einteilig mit dem Prallkörper ausgebildet sind und sich in Achsrichtung vom Prallkörper zur Trägerplatte erstrecken, so dass der Prallkörper axial auf Abstand zu der Trägerplatte liegt.
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Vorteilhafterweise liegen der Prallkörper und die Leitschaufeln auf der gleichen Seite der Trägerplatte.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist in die Trägerplatte eine vorzugsweise zentrische, ggf. exzentrisch angeordnete Ausnehmung eingebracht, durch die das herangeführte Fluid axial hindurchgeleitet wird. Der Prallkörper ist vorgelagert zur Ausnehmung angeordnet, so dass das Fluid nach dem Durchströmen der Ausnehmung auf den Prallkörper trifft. Es kann zweckmäßig sein, dass der Prallkörper den gleichen Durchmesser wie die Ausnehmung aufweist.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Prallkörper als eine ebene Prallplatte ausgebildet. Diese konstruktiv einfache Ausgestaltung des Prallkörpers stellt sicher, dass das axial auftreffende Fluid zumindest annähernd oder genau um 90° nach außen abgelenkt wird. In alternativer Ausführung ist der Prallkörper nicht-eben ausgeführt, beispielsweise als konkav oder konvex gekrümmte Prallplatte.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Leitschaufeln spiralförmig gewunden. Hierdurch wird dem nach außen geleiteten Fluid ein Drall aufgeprägt, der die gleichmäßige Verteilung des Fluids in Umfangsrichtung und in Achsrichtung um die Außenseite des Filtermediumkörpers unterstützt. Die Leitschaufeln in der spiralförmigen Ausbildung erstrecken sich zwar im Wesentlichen radial von innen nach außen, sie weichen aber aufgrund der Spiralform von einer geradlinigen Radialrichtung ab.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der axiale Abstand zwischen dem Prallkörper und den Leitschaufeln so bemessen, dass die maximale Höhe der Leitschaufeln von dem axialen Abstand nicht überstiegen wird. Die Höhe der Leitschaufeln steigt vorteilhafterweise radial von innen nach außen an, so dass die Leitschaufeln an ihrer außenliegenden Stirnseite ihre maximale Höhe besitzen. Diese maximale Höhe begrenzt zugleich den axialen Abstand zwischen dem Prallkörper und den Leitschaufeln bzw. bei einer Anordnung der Leitschaufeln auf der Trägerplatte den Abstand zwischen dem Prallkörper und der zugewandten Seite der Trägerplatte.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein zusätzlicher Strömungskanal durch den Innenraum im Filtermediumkörper geführt, wobei durch den Strömungskanal das ungereinigte Fluid geleitet wird, das anschließend auf den Prallkörper auftrifft. Der Prallkörper liegt mit axialem Abstand zu einer Stirnseite des Strömungskanals. Der Strömungskanal ist ein separates Bauteil, das in den Innenraum im Filtermediumkörper eingesetzt ist, wodurch eine Medientrennung innerhalb und außerhalb des Strömungskanals im Innenraum gewährleistet ist. Bei radialer Durchströmung des Filtermediumkörpers von außen nach innen nimmt der Innenraum im Filtermediumkörper das gereinigte Fluid auf, das anschließend axial abgeleitet werden kann. Der Strömungskanal im Innenraum führt das ungereinigte Rohfluid heran und leitet dieses zu dem Prallkörper. Der Außendurchmesser des Strömungskanals ist geringer als der Durchmesser des Innenraums im Filtermediumkörper, so dass ein Ringraum zwischen dem Strömungskanal und der den Innenraum auskleidenden Innenseite des Filtermediumkörpers für die Strömung insbesondere des gereinigten Fluids gegeben ist.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Strömungsleiteinrichtung aus Kunststoff gefertigt. Es kann außerdem vorteilhaft sein, auf der Strömungsleiteinrichtung oder einem Teil der Strömungsleiteinrichtung, beispielsweise auf dem Prallkörper, den Leitschaufeln und/oder dem die Leitschaufeln tragenden Bauteil, eine hydrophile Beschichtung aufzubringen, um die Kondensation von Wassertröpfchen in dem Fluid zu unterstützen.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf eine Filtereinrichtung mit einem Rundfilterelement, wobei benachbart zu einer Stirnseite des Filtermediumkörpers des Rundfilterelements eine Strömungsleiteinrichtung angeordnet ist, die in der vorbeschriebenen Weise ausgebildet ist. Die Strömungsleiteinrichtung umfasst entsprechend Leitschaufeln sowie einen vorzugsweise mittig, ggf. exzentrisch angeordneten und zwischen den Leitschaufeln liegenden Prallkörper, der axial auf Abstand zu den Leitschaufeln liegt. In bevorzugter Ausführung ist die Strömungsleiteinrichtung wie vorbeschrieben Bestandteil des Rundfilterelements, so dass eine feste Verbindung zwischen dem Filtermediumkörper des Rundfilterelements und der Strömungsleiteinrichtung gegeben ist, insbesondere über eine Endscheibe am Filtermediumkörper, die Teil der Strömungsleiteinrichtung sein kann.
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In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass die Strömungsleiteinrichtung unabhängig von dem Rundfilterelement ausgebildet ist. In dieser Ausführung ist die Strömungsleiteinrichtung von dem Filtergehäuse gehalten und getragen, in das das Rundfilterelement eingesetzt wird. Die Strömungsleiteinrichtung kann als eine separat von dem Filtergehäuse ausgeführte Baueinheit ausgebildet sein, die in das Filtergehäuse eingesetzt wird und sich am Filtergehäuse abstützt. Es kommen auch Ausführungen in Betracht, bei denen die Strömungsleiteinrichtung einteilig mit dem Filtergehäuse ausgebildet ist.
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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 einen Längsschnitt durch eine Filtereinrichtung mit einem Rundfilterelement, an dessen Stirnseite eine Strömungsleiteinrichtung mit Leitschaufeln und einem Prallkörper angeordnet ist,
- 2 die Strömungsleiteinrichtung in perspektivischer Ansicht,
- 3 das Rundfilterelement in einer ersten perspektivischen Ansicht, mit einer Darstellung der Strömungsleiteinrichtung,
- 4 eine weitere perspektivische Ansicht des Rundfilterelementes.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Filtereinrichtung 1 zur Flüssigkeitsfiltration dargestellt, beispielsweise für einen Kraftstofffilter. Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein Filtergehäuse 2 und ein im Filtergehäuse 2 aufgenommenes hohlzylindrisches Rundfilterelement 3, an dem die Filtration eines Fluids stattfindet. Das Rundfilterelement 3 umfasst einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper 4, an dessen beiden axial gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils eine Endscheibe 5, 6 zur strömungsdichten Abdichtung des Filtermediumkörpers 4 angeordnet ist. Die Längsachse des Rundfilterelementes 3 bzw. des Filtermediumkörpers 4 ist mit Bezugszeichen 7 gekennzeichnet. Die Zufuhr des ungereinigten Fluids axial entlang der Längsachse 7 und die Ableitung des gereinigten Fluids erfolgt über eine An- und Abströmeinheit 8, die Bestandteil des Rundfilterelementes 3 und insbesondere fest mit der Endscheibe 5 verbunden ist. Die Endscheibe 5 kann ggf. einteilig mit der An- und Abströmeinheit 8 ausgebildet sein. Auf der der An- und Abströmeinheit 8 axial gegenüberliegenden Stirnseite des Filtermediumkörpers 4 ist eine Strömungsleiteinrichtung 9 angeordnet, die ebenfalls Bestandteil des Rundfilterelementes 3 ist. Die untenliegende Endscheibe 6 ist einteilig mit einem Bauteil der Strömungsleiteinrichtung 9 ausgebildet.
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Der hohlzylindrische Filtermediumkörper 4 umschließt einen innenliegenden Innenraum 10. Der Filtermediumkörper 4 wird radial von außen nach innen von dem zu reinigenden Fluid durchströmt, so dass die radiale Außenseite des Filtermediumkörpers 4 die Anström- bzw. Rohseite und die Innenseite des Filtermediumkörpers 4 die Abström- bzw. Reinseite bildet, welche den Innenraum 10 auskleidet. Der Innenraum 10 nimmt das gereinigte Fluid auf, das aus dem Innenraum 10 axial abgeleitet wird.
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Durch den Innenraum 10 ist ein Strömungskanal 11 geführt, der einteilig mit der unteren Endscheibe 6 ausgebildet und als ein durch den Innenraum 10 axial geführtes Strömungsrohr ausgebildet ist. Mit den Strömungspfeilen 12 ist die Durchströmung des Rundfilterelementes 3 mit dem Fluid dargestellt. Das Fluid wird axial über die obere Stirnseite des Strömungskanals 11 eingeleitet, wobei der Strömungskanal 11 durch die Ab- und Abströmeinheit 8 an dieser Stirnseite axial hindurchragt. Das ungereinigte Fluid wird im Strömungskanal 11 axial durch den Innenraum 10 bis zur untenliegenden Strömungsleiteinrichtung 9 geführt, an der die Strömung des Fluids von axialer Richtung in eine radial nach außen führende Richtung umgelenkt wird. Die Strömungsleiteinrichtung 9 unterstützt eine gleichmäßige Verteilung des zu reinigenden Fluids im Aufnahmeraum zwischen der Innenwand des Filtergehäuses 2 und der Außenseite des Filtermediumkörpers 4. Nach der Durchströmung des Filtermediumkörpers 4 wird das gereinigte Fluid aus dem Innenraum 10 über die An- und Abströmeinheit 8 abgeleitet und der weiteren Verwendung zugeführt.
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Die An- und Abströmeinheit 8, durch die der Strömungskanal 11 hindurchgeführt ist, umfasst einen Außenring 13 und einen Innenring 14, wobei an der Außenseite des Außenrings 13 ein Dichtring 15 angeordnet ist, der in eine umlaufende Nut an der Außenseite des Außenrings 13 eingesetzt ist und über den eine strömungsdichte Verbindung zum Filtergehäuse 2 hergestellt wird. Der Innenring 14 stützt den Strömungskanal 11 ab, außerdem sind in den Innenring 14 Strömungsfenster 16 (1, 4) eingebracht, über die das gereinigte Fluid, wie in 1 mit dem Strömungspfeil 12 dargestellt, in Radialrichtung abströmen kann. Die Zufuhr des ungereinigten Fluids und die Ableitung des gereinigten Fluids erfolgt an der gleichen Stirnseite des Rundfilterelementes 3 über die An- und Abströmeinheit 8.
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Die in den Figuren dargestellte Strömungsleiteinrichtung 9 umfasst eine ebene Trägerplatte 6, die mit der unteren Endscheibe am Filtermediumkörper 4 identisch ist, Leitschaufeln 17 und einen Prallkörper 18 in Form einer Prallplatte, der einer zentrischen Ausnehmung 20 in der Trägerplatte 6 axial vorgelagert ist. Die zentrische Ausnehmung 20 in der Trägerplatte bzw. Endscheibe 6 bildet zugleich die Mündungsöffnung für den Strömungskanal 11. Die Leitschaufeln 17 sowie der Prallkörper 18 liegen auf der dem Filtermediumkörper 4 abgewandten Seitenfläche der Trägerplatte 6. Der Prallkörper 18 ist als eine ebene, scheibenförmige Prallplatte ausgebildet und über Stege 19, die in Achsrichtung verlaufen, mit der Trägerplatte 21 verbunden. Der Prallkörper 18 kann ggf. auch nicht-eben ausgebildet sein.
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Die Trägerplatte 21 ist auf die Endscheibe 6 aufgesetzt und fest mit dieser verbunden. Endscheibe 6 und Trägerplatte 21 können ggf. einteilig ausgebildet sein.
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Der scheibenförmige Prallkörper 18 weist den gleichen Durchmesser wie die zentrische Ausnehmung 20 in der Trägerplatte 21 und wie der Innendurchmesser des Strömungskanals 11 auf. Über die Stege 19 ist der Prallkörper 18 auf Abstand zur Seitenfläche der Trägerplatte 21 gehalten. Der axiale Abstand zwischen der Seitenfläche der Trägerplatte 21 und dem Prallkörper 18 ist so bemessen, dass das Fluid, welches durch den Strömungskanal 11 strömt und über die zentrische Ausnehmung 20 axial auf den Prallkörper 18 trifft, ausreichend Platz zur radialen Ausbreitung entlang der Leitschaufeln 17 hat. Der axiale Abstand ist hierbei insbesondere nicht größer als die maximale Höhe der Leitschaufeln 17 an der Seitenfläche der Trägerplatte 21, wobei die Höhe der Leitschaufeln 17 radial von innen nach außen entlang der Trägerplatte 21 kontinuierlich zunimmt. Die Leitschaufeln 17 erstrecken sich bis zum Außenrand der Trägerplatte 21 und weisen am Außenrand ihre maximale Höhe auf. Die Leitschaufeln 17 sind gekrümmt ausgebildet, sie weisen Spiralform auf und sind zusätzlich in sich gekrümmt, wodurch sich eine dreidimensionale Strömungskontur an den Seitenflächen der Leitschaufeln 17 ergibt. Die Leitschaufeln erstrecken sich in Radialrichtung zwischen der zentrischen Ausnehmung 20 und dem Außenrand der Trägerplatte 21, wobei aufgrund der Spiralform keine exakte radiale Ausrichtung der Leitschaufeln 17 gegeben ist. Die Spiralform verleiht der Strömung des Fluids einen Drall, wodurch die gleichmäßige Ausbreitung des Fluids in Achsrichtung und in Umfangsrichtung entlang der Außenseite des Filtermediumkörpers 4 unterstützt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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