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Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen Abschnitten eines quer zu seiner Längsachse geteilten Blattes des Rotors einer Windenergieanlage, wobei das Rotorblatt ein hohles Flügelprofil mit einer unterdruckseitigen Wandschale und einer überdruckseitigen Wandschale sowie einen in dem Hohlraum zwischen den Wandschalen in Blattlängsrichtung verlaufenden Holm aufweist, der mit den Wandschalen über den Wandschalen zugewandte Gurtteile des Holms verbunden ist.
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Mit zunehmender Rotorblattlänge ergeben sich durch Querteilung transport- und fertigungstechnische Vorteile. Aus Rotorblattabschnitten bestehende Rotorblätter sind z.B. aus
EP 1 761 702 B1 ,
US 9,506,452 B2 ,
EP 2 740 583 B1 und
EP 2 264 310 B1 bekannt.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neue Verbindung zwischen Abschnitten eines Rotorblatts der eingangs genannten Art geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gurtteile der Holme der Rotorblattabschnitte in einem Verbindungsbereich unter Bildung einander gegenüberliegender Stoßflächen aufgeweitet sind, dass in wenigstens einer der Stoßflächen Ausnehmungen für die Aufnahme von der gegenüberliegenden Stoßfläche vorstehender Verbindungselemente öffnen und dass die Verbindungselemente in den Aufnahmeausnehmungen stoffschlüssig verankert sind.
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Während die Wandschalen weitgehend Füllmaterial ohne Tragfunktion enthalten, ist für die Festigkeit des Rotorblattes in erster Linie der Holm maßgebend. Erfindungsgemäß werden seine in dem Verbindungsbereich aufgeweiteten Gurtteile derart in die Verbindung einbezogen, dass sie als Träger für eine Vielzahl von Verbindungselementen dienen, durch welche Stoßenden der Rotorblattabschnitte zusammengehalten werden. Das erfindungsgemäße Rotorblatt ist so in gleicher Weise wie ein durchgehendes Rotorblatt durch Zug und Schub belastbar.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungselemente einstückig mit dem die andere Stoßfläche bildenden Gurtteil verbunden. Alternativ handelt es sich bei den Verbindungselemente um separate Teile, die sich in paarweise zueinander ausgerichtete, in beiden Stoßflächen öffnende Aufnahmeausnehmungen hinein erstrecken.
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Zweckmäßig sind die Verbindungselemente in letzterer Ausführungsform als Stiftverbindungselemente mit vorzugsweise kreisrundem Querschnitt ausgebildet, die in die Aufnahmeausnehmungen bildende Bohrungen mit entsprechendem Querschnitt eingreifen können.
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Zweckmäßig weisen einstückig mit einem der Gurtteile verbundene Verbindungselemente einen flachen Querschnitt auf und greifen in Aufnahmeausnehmungen ein, die als schmale Taschen ausgebildet sind.
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Die einstückig mit einem der Gurtteile verbundenen Verbindungselemente können z.B. durch Laminatlagen gebildet sein, die aus dem damit verbundenen Gurtteil herausragen.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Verbindungselemente in den Aufnahmeausnehmungen neben der stoffschlüssigen Verankerung zusätzlich formschlüssig verankert sein, wobei die Aufnahmeausnehmungen hinterschnitten sind und das Verbindungselement zur Einführung in die Aufnahmeausnehmung z.B. verformt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der aufgeweiteten Gurtteile durch ein vorgefertigtes, komplett mit dem übrigen Holm verklebtes Bauteil gebildet.
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Die Dicke der Wandschalen ist im Bereich der Verbindung mit dem Gurtteil zweckmäßig verringert, so dass in Bezug auf deren Dicke der Gurtteil in diesem Bereich abschnittsweise die Funktion der Wandschale mit übernimmt. Im Extremfall kann die Dicke der Wandschale in diesem Bereich gegen null gehen.
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Zweckmäßig sind obengenannte Bohrungen wandschalennah in den aufgeweiteten Gurtteilen jeweils in einer zur Querschnittskontur der betreffenden Wandschale parallel verlaufenden Linie angeordnet.
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Die Stützflächen für die Wandschalen bildenden Gurtteile können in der Breite und/oder Dicke aufgeweitet sein, wobei die Bohrungen z.B. nicht nur in einer, sondern mehreren zu der betreffenden Wandschalenaußenkontur parallelen Reihen angeordnet sind.
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In einer Ausführungsform sind die Gurtteile des Holms durch einen Laminataufbau aufgeweitet, der im Verbund mit einem Endstück des übrigen Gurtteils steht, vorzugsweise einem sich durch Schäftung verjüngenden Endstück. Der die Aufweitung bildende Lamintaufbau ist dann umgekehrt geschäftet.
Die Dicke eines Endbereichs der Aufweitung kann bei nochmals umgekehrter Schäftung zur Stoßfläche hin geringfügig abnehmen.
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Der Holm weist zweckmäßig ein Doppel-T-Profil oder/und ein Kastenprofil auf. Die Gurtteile werden dann durch die T-Schenkel des Doppel-T-Profils oder einander gegenüberliegende Schenkel des Kastenprofils gebildet.
In dem Verbindungsbereich können die aufgeweiteten, zu den Wandschalen parallelen Gurtteile durch gegenüber dem übrigen Holm Verbindungsteile abgestützt sein, die zusätzliche Schubkräfte aufnehmen.
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Die einander gegenüberliegenden Stoßflächen können aneinander anliegen und ggf. unter Abdichtung des Rotorblattinnenraums miteinander verklebt sein. Vorzugsweise ist zwischen den Stoßflächen jedoch ein geringer Abstand gebildet, so dass an der Verbindungsstelle die aufgeweiteten Gurtteile und insbesondere die Stirnenden der Wandschalen nicht aufeinander einwirken können. Der Spalt an der Verbindungsstelle lässt sich durch eine dünne, das Rotorblatt umschlingende Abdeckung schließen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Stiftverbindungselement eine Verdickung auf, wobei insbesondere die in dem Verbindungsbereich einander gegenüberliegenden Stoßflächen im Bereich dieser Verdickung angeordnet sind. Die Verdickung sorgt für erhöhte Zug- und Schubfestigkeit bei geringer Masse der Stiftverbindungselemente.
Vorzugsweise ist die Verdickung der Stiftverbindungselemente unter Meidung von Stufenabsätzen an den Enden jeweils konisch geformt.
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Die Verdickung kann durch zumindest eine auf einen Stiftgrundkörper aufgesetzte und insbesondere durch Klebung befestigte Hülse gebildet sein. Stiftgrundkörper und Hülsenmaterial stehen als Fertigprodukte zur Verfügung. Entsprechend gering ist der Aufwand für die Herstellung solcher Stiftverbindungselemente.
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In einer weiteren Ausführungsform münden in den Sackbohrungen jeweils zur Blattinnen- oder -außenseite hin öffnende Kanäle zum Einpressen von Klebermasse sowie solche Kanäle zur Kontrolle der Befüllung eines Spalts zwischen dem Stiftverbindungselement und der Bohrungswand. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kontrollkanälen um in die Stoßflächen eingebrachte Nuten.
Alternativ lassen sich in die in den Stoßflächen öffnenden Aufnahmeausnehmungen dosiert zur Verklebung ausreichende Klebermengen einfüllen.
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Von dem Stiftverbindungselement können radial Abstandhalter zur Zentrierung des Stiftelements innerhalb der Bohrung vorstehen.
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Die Verbindungselemente und Aufnahmeausnehmungen können innerhalb einer Verbindung in Form, Abmessungen und Material unterschiedlich sein.
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Das Verbindungselement, der Versteifungsgurt einschließlich der Aufweitungen oder/und die Wandschalen bestehen vorzugsweise aus Faserverbundmaterial. Insbesondere handelt es sich bei den aufgeweiteten Gurtteilen und ggf. den Wandschalen jeweils um eine Faserverbundstruktur.
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Die Rotorblattabschnitte betreffen vorzugsweise einen das freie Ende des Rotorblatts aufweisenden Abschnitt und einen die Blattwurzel des Rotorblatts aufweisenden Abschnitt. Zumindest einer der oben beschriebenen Abschnitte könnte aber auch an beiden Enden mit einem weiteren Rotorblattabschnitt verbunden sein.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Rotorblattabschnitte am Verbindungsende jeweils eine den Innenraum des Rotorblattabschnitts schützende Abdeckung aufweisen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 ausschnittsweise ein Rotorblatt aus erfindungsgemäß verbundenen Rotorblattabsch nitten,
- 2 ein Verbindungsende eines der in 1 gezeigten Rotorblattabschnitte in Draufsicht,
- 3 einen Querschnitt gemäß Schnittebene I-I des Rotorblatts von 1,
- 4 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbindung durch ein Stiftverbindungselement in einem Ausschnitt,
- 5 ein in der Verbindung von 4 verwendetes Stiftverbindungselement,
- 6 und 7 Details eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Verbindung,
- 8 und 9 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß aufgeweiteten Gurtteil eines Rotorblattabschnitts in verschiedenen Ansichten, und
- 10 bis 12 weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Verbindungen.
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Ein in 1 ausschnittsweise gezeigtes Rotorblatt 1 des Rotors einer im Übrigen nicht dargestellten Windenergieanlage ist quergeteilt und weist in dem Beispiel zwei Rotorblattabschnitte 2 und 3 auf, von denen einer die Blattwurzel und der andere das freie Blattende umfasst (Blattwurzel und -ende nicht sichtbar). Bei 4 ist ein Verbindungsbereich zwischen den Rotorblattabschnitten 2,3 gebildet.
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Die Rotorblattabschnitte 2,3 weisen ein hohles, in 3 im Querschnitt gezeigtes Flügelprofil mit einer Wandschale 5 auf der Unterdruckseite und einer Wandschale 6 auf der Überdruckseite auf. 1 zeigt die jeweiligen Unterdruckseiten in Draufsicht.
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Zwischen den Wandschalen 5,6 erstreckt sich ein den Hohlraum des Flügelprofils durchquerender und in Blattlängsrichtung verlaufender Holm 7. Der in 3 im Querschnitt gezeigte Holm 7 weist ein Doppel-T-Profil mit zu den Wandschalen 5,6 parallelen Gurtteilen 8,9 auf. Die Gurtteile 8,9 greifen jeweils in Ausnehmungen in den Wandschalen 5,6 ein und sind vollflächig mit den Wandschalen 5,6 verklebt. Den Vertikalschenkel des Doppel-T-Profils bilden in dem Beispiel zwei Stege 10.
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In dem Verbindungsbereich 4 sind die Gurtteile 8,9 zum Verbindungsende der Rotorblattabschnitte 2,3 hin aufgeweitet und ggf. abschnittsweise aufgedickt. Am jeweiligen Verbindungsende bilden die aufgeweiteten, mit den Wandschalen 5,6 verbundenen Gurtteile 8,9 jeweils eine Stoßfläche 11 bzw. 12.
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In den in der Verbindung einander spiegelbildlich gegenüberliegenden Stoßflächen 11,12 der Rotorblattabschnitte 2,3 öffnen Bohrungen 13, die entsprechend einer entlang der Kontur der Wandschalen 5,6 verlaufenden Linie angeordnet sind, wie 2 erkennen lässt. An der Verbindungsstelle zwischen den Rotorblattabschnitten 2,3 liegen die betreffenden Bohrungen 13 des Rotorblattabschnitts 2 den entsprechenden Bohrungen 13 des Rotorblattabschnitts 3 axial zu diesen ausgerichtet gegenüber.
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In die zueinander ausgerichteten Bohrungen 13 greift jeweils ein Stiftverbindungselement 14 ein, in dem gezeigten Beispiel jeweils etwa mit der Hälfte seiner Länge. Die Stiftverbindungselemente 14 sind in den Bohrungen 13 stoffschlüssig fixiert.
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Neben den in den Verbindungsbereich 4 hinein vorzugsweise geradlinig weitergeführten Stegen 10 des Holms 7 könnten abweichend von 2 zwischen den aufgeweiteten Gurtteilen 8,9 zusätzliche, Schubkräfte aufnehmende Verbindungen hergestellt sein, wie Strichlinien 24 in 2 andeuten.
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In dem beschriebenen Beispiel bestehen sowohl die Stiftverbindungselemente 14 als auch alle gezeigten Teile der Rotorblattabschnitte 2,3 vorzugsweise aus Faserverbundmaterial, einschließlich Kohlefaserverbundmaterial, wobei insbesondere der Holm 7 samt Aufweitungen als Faserverbundstruktur ausgebildet ist.
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Die in 1 schematisch dargestellten Stiftverbindungselemente 14 können eine Verdickung gemäß 4 und 5 aufweisen. Die in dem Beispiel in der Längsmitte des Stiftverbindungselements 14 angeordnete Verdickung 15 ist in dem Beispiel symmetrisch zur Stoßstelle zwischen den miteinander verbundenen Rotorblattabschnitten 2,3 angeordnet. Gemäß 4 ist das Stiftverbindungselement 14 in den einander spiegelbildlich gegenüberliegenden Bohrungen 13 durch eine ausgehärtete Kleberschicht 16 fixiert. Eine Kleberschicht 17 ist in dem Beispiel ferner zwischen den Stoßflächen 11,12, in welchen die spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Bohrungen 13 für die Aufnahme der Stiftverbindungselemente 14 öffnen, gebildet.
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Die Verdickung 15 des in 4 gezeigten Stiftverbindungselements 14 ist in dem Beispiel durch eine auf einen Stiftgrundkörper 18 aufgeschobene und durch Verklebung fixierte Hülse 19 gebildet. An ihren Enden weist die Hülse 19 jeweils eine konische Verjüngung 20 auf. Die Querschnittsfläche des Stiftverbindungselements 14 ist durchgehend kreisrund.
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Die entsprechend der Verdickung 15 aufgeweitete Bohrung 13 lässt sich vorteilhaft in einem einzigen Arbeitsgang mit Hilfe eines entsprechend geformten Bohrwerkzeugs herstellen.
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Gemäß 6 kann in die das Stiftverbindungselement 14 aufnehmende Bohrung 13 ein zur Außenseite des Rotorblattabschnitts 2,3 führender Kanal 22 münden, durch den hindurch Klebermasse in einen Spalt zwischen dem Stiftverbindungselement 14 und der Wand der Bohrung 13 einpressbar ist. Zweckmäßig mündet der Kanal 22 am geschlossenen Ende der Bohrung 13. Am offenen Ende kann in die Bohrung 13 mindestens ein zur Außenseite des Rotorblattabschnitts 2 bzw. 3 führender Kontrollkanal münden. Zweckmäßig ist als Kontrollkanal eine in die Stoßfläche 11 bzw. 12 eingebrachte Nut 23 gebildet. Es versteht sich, dass der Kanal 22 bzw. die Nut 23 auch zur Rotorblattinnenseite öffnen kann.
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Gemäß 7 können z.B. vier solcher Nuten 23 an über den Umfang der Bohrung 13 verteilten Stellen in die Bohrung 13 einmünden. Aus den Nutenkanälen 23 nach außen tretende Klebermasse 16 zeigt an, dass der Klebespalt zwischen dem Stiftverbindungselement 14 und der Bohrungswand vollständig mit Kleber ausgefüllt ist.
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An dem Stiftverbindungselement 14 können z.B. von einem Trägerring radial abstehende Abstandhalter angebracht sein, die das Stiftverbindungselement 14 innerhalb der Bohrung 13 zentrieren und für eine rundum ausreichende Spaltdicke für die Aufnahme von Kleber sorgen.
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8 und 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel für einen Aufweitungsbereich 21 des Gurtteils 8 bzw. 9. In dem Aufweitungsbereich 21 geht der übrige, eine gleichbleibende Querschnittsfläche aufweisende Bereich des Gurtteils in einen Endabschnitt 25 mit abnehmender Dicke über. Die Abnahme der Dicke wird durch fortschreitende Verringerung der Anzahl von Laminatlagen, sog. Schäftung, erreicht.
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Der geschäftete Endabschnitt 25 steht im Verbund mit einem umgekehrt geschäfteten Laminataufbau 26, durch den der Gurtteil 8 bzw. 9 sowohl in der Dicke als auch in der Breite bis zu einem die Stoßfläche 11 bzw. 12 aufweisenden Endbereich 27 zunimmt. Neben dem Endabschnitt 25 zwischen Lagen des Laminataufbaus 26 befinden sich Platzhalterfüllungen 29, z.B. aus Schaum oder Balsa.
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Der Endbereich 27 weist wiederum eine Schäftung wie der Endabschnitt 25 auf, d.h. seine Dicke nimmt zur Stoßfläche 11 bzw. 12 hin geringfügig ab.
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In dem gezeigten Beispiel wachsen die Breite des Gurtteils 8 bzw. 9 von 0,7 m auf 1 m und die Dicke von 23 mm auf 100 mm an.
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Der Aufweitungsbereich 21 könnte auch komplett vorgefertigt und mit dem Holm als Ganzes verklebt werden.
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Es wird nun auf die 10 bis 12 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in den vorangehenden Figuren bezeichnet und den betreffenden Bezugszahlen der Buchstabe a bzw. b beigefügt ist.
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Ein in den 10 und 11 gezeigtes Ausführungsbeispiel verwendet anstelle von Stiftverbindungselementen zapfenartige Verbindungselemente 14a, die einstückig mit aufgeweiteten Gurtteilen 8a und 9a eines Holms 7a verbunden sind.
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Wie sich 11 entnehmen lässt, sind die zapfenartigen Verbindungselemente 14a im Querschnitt flach ausgebildet und greifen in schlitzförmige Aufnahmeausnehmungen 13a in entsprechend aufgeweiteten Gurtteilen eines Holms 7a' des Rotorblattabschnitts 2a ein. Die Verbindungselemente 14a sind in den Aufnahmeausnehmungen 13a durch zuvor dem eingebrachte und ausgehärtete Klebermasse verankert.
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Die zapfenartigen, im Querschnitt flachen Verbindungselemente 14a bestehen aus Laminatlagenabschnitten, die aus dem aufgeweiteten, selbst durch Laminatlagen gebildeten Gurtteil herausstehen. Die schlitzförmigen Aufnahmeausnehmungen 13a sind z.B. durch Kerne gebildet, die nach dem Laminieren der betreffenden Gurtteile entfernt worden sind.
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Bei einem in 12 ausschnittsweise dargestellten Ausführungsbeispiel sind schlitzförmige Aufnahmeausnehmungen 13b hinterschnitten und es greifen zwecks Einführung in die Aufnahmeausnehmungen verformbare zapfenartige Verbindungselemente 14b in die Aufnahmeausnehmungen ein. Die Verformbarkeit der Verbindungselemente 14b ergibt sich durch einen keilförmigen Einschnitt 30 mit einer Aufweitung am geschlossenen Ende. Durch den Einschnitt 30 sind zusammendrückbare Schenkel gebildet, die sich nach Einführung des Verbindungselements 14b in die Aufnahmeausnehmung 13b wieder aufspreizen. Wie 12 erkennen lässt, ist der keilförmige Ausschnitt mit ausgehärteter Klebermasse 16b ausgefüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1761702 B1 [0002]
- US 9506452 B2 [0002]
- EP 2740583 B1 [0002]
- EP 2264310 B1 [0002]
