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Die Erfindung betrifft eine Forstseilwinde, wie sie auf Forstmaschinen, insbesondere Forsttraktoren und anderen Rückemaschinen eingesetzt wird, um gefällte Baumstämme zur Maschine zu ziehen. Insbesondere betrifft sie eine Doppelwinde. Im weiteren Sinne betrifft sie auch ein Forstfahrzeug mit einer solchen Winde.
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Im professionellen Forstbereich in Mitteleuropa werden überwiegend Doppelwinden eingesetzt, also Forstseilwinden mit zwei Seilen auf zwei Seiltrommeln. Um die zurückzulegende Wegstrecke des Bedieners im Gelände zu verringern, können die beiden Seile gleichzeitig abgespult und beispielsweise zwei Baumstämme gleichzeitig beigezogen werden.
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Nach gesetzlichen Vorgaben (EN 14492-1, Abschnitt 5.16.5) muss das Seil jeweils eine Mindestbruchkraft des doppelten der maximalen Zugkraft der Seilwinde an dem Seil aufweisen. Die Seilkraft im Verhältnis zum Antriebsmoment der Seiltrommel ist dabei vom Füllstand der Seiltrommel, genauer vom Radius der jeweils aufgespulten Seillage auf der Trommel abhängig, der sich während der Füllung der Trommel von der innersten zur äußersten Seillage ändert.
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Bekannte Forstwinden dieser Art weisen folgende Nachteile auf.
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Wenn sich der Radius der Seillagen auf der Trommel von der innersten zur äußersten Seillage im Verhältnis von beispielsweise 1:2 ändert, ändert sich bei konstantem Antriebsmoment der Seiltrommel die Seilkraft im dazu reziproken Verhältnis, also beispielsweise im Verhältnis 2:1. Die vorschriftsmäßig auf die maximale Zugkraft der innersten Seillage ausgelegten Drahtseile sind dann doppelt so schwer wie es bei Auslegung auf die Zugkraft der äußersten Seillage. Um die körperliche Belastung beim Ausziehen des Seils zum Baumstamm für den Bediener zu reduzieren, besteht in der Praxis die Versuchung, schwächere Seile einzusetzen, die dann der Arbeit von den äußeren Seillagen noch standhalten mögen, bei Abspulen bis auf die inneren Lagen allerdings Seilrisse und eine Gefährdung des Bedieners zur Folge haben können.
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Um dies zu verhindern, ist es erwünscht, die Seilkraft auf einen vom Füllstand der Seiltrommel möglichst unabhängigen Wert zu begrenzen. Bekannte Doppelwinden mit begrenzter Zugkraft haben eine beiden Trommeln gemeinsame Trommelwelle als Antriebswelle, die die beiden Seiltrommeln über zwei entsprechende trockene Reibkupplungen antreibt. Die Kupplungen werden entweder hydraulisch oder pneumatisch gesteuert. Bei Erreichen der maximalen Zugkraft, die durch den hydraulischen oder pneumatischen Druck der Kupplungsbetätigung eingestellt ist, schleift die jeweilige Kupplung durch und kann so das Drehmoment der Winde und die Seilkraft begrenzen. Die Seilkraftbegrenzung ist dabei jedoch nicht ohne weiteres unabhängig vom Füllstand der Trommel. Da es sich um trockene Ein- oder Zweischeibenkupplungen handelt, überhitzen sie zudem leicht und erlauben nur ein kurzzeitiges Arbeiten an der Zugkraftbegrenzung ohne auszufallen. Auch reagieren trockene Kupplungsbeläge sehr empfindlich auf Feuchtigkeit und Verschmutzung und ändern dann ihren Reibbeiwert. Die Begrenzung ist daher ungenau.
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Nach Beenden des Einziehens des Seils auf die Trommel wird bei bekannten Doppelwinden die Kupplung geöffnet und die Trommel durch eine federbelastete, durch Druck lösbare trockene Reibbremse als Haltebremse gehalten. Bei Lastfahrt der Forstmaschine mit einer Holzladung im Seil beschränkt dies die maximale Seilkraft. Wie bei der Kupplung ändert sich der Reibbeiwert der Haltebremse durch Feuchtigkeit und Verschmutzung.
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Für eine Reparatur der Seilwinde im Bereich der Haltebremse oder der Kupplung muss meist die ganze Winde ausgebaut und in der Werkstatt überholt werden. In dieser Zeit ist die Forstmaschine nicht einsetzbar. Dies gilt auch für die überwiegend eingesetzten Doppelwinden.
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Der Antrieb der Trommelwelle erfolgt meist über einen schnelllaufenden hydraulischen Motor und einen Schneckenantrieb, der über einen mechanischen Wirkungsgrad von nur etwa 55 bis 70% verfügt. Gerade auch bei der typischen Arbeit am Hang wird damit der Energieverbrauch der Rückemaschine negativ beeinflusst.
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Bekannt sind Spulvorrichtungen, ohne die es für den Bediener schwierig ist, eine saubere Aufspulung des Drahtseiles auf der Trommel sicherzustellen. Unsaubere Spulung führt zu Seilquetschungen und zum vorzeitigen Ausfall des Seils. Spulvorrichtungen sind bei Doppeltrommelwinden von schweren Forstspezialschleppern allerdings unüblich.
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Bekannt sind auch angetriebene Ausspulhilfen (Seilauszieher), die dafür sorgen, dass der Bediener das Seil ohne Kraftaufwand von der Trommel abziehen kann. Diese Ausspulhilfen sind meist anbaubare Zusatzgeräte und wenig verbreitet.
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Üblicherweise ist der hydraulische Antrieb der Trommelwelle einer Doppelwinde so ausgelegt, dass bei gleichzeitigem Zug mit beiden Seilen ungefähr nur das 1,5-fache der Einzelzugkraft erreicht werden kann. Dies schränkt die Einsatzmöglichkeiten bei sehr starkem Holz ein.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine weniger mit den genannten Nachteilen behaftete Forstseilwinde zu schaffen. Dies gelingt mit einer Forstwinde nach den beiliegenden Patentansprüchen. Die darin angegebenen Ausführungsformen weisen folgende Besonderheiten auf.
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Um auch bei einer Doppelwinde dauerhaft genau und zuverlässig die Seilzugkraft auf einen Wert begrenzen zu können, der vom aktuellen Füllstand der jeweiligen Seiltrommel unabhängig ist, wird die Seilzugkraft für jede Trommel gemessen, das Antriebsmoment für jede Trommel durch einen eigenen Windenmotor (Antriebsmotor) mit variablem Antriebsdruck begrenzt und die Haltebremse im Ölbad ohne Beeinflussung durch Feuchtigkeit und Schmutz ausgeführt.
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Da die maximale Zugkraft durch den hydraulischen Druck am Antriebsmotor geregelt wird, wird durch den Wegfall der durchschleifenden trockenen Scheibenkupplungen ein hoher Wirkungsgrad und eine hohe Betriebssicherheit erreicht.
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Mit einem langsamlaufenden Radialkolbenmotor mit mehreren lastschaltbaren Geschwindigkeiten, einer nassen Lamellen-Haltebremse und einem schaltbaren Freilauf kann die gesamte hydraulische Funktionalität in einem relativ kompakten hydraulischen Antriebsmotor vereint sein.
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Vorzugsweise ist der Antriebsmotor achsparallel zur Trommelachse eingebaut und mit dieser über ein Stirnrad- oder Kettengetriebe gekoppelt. Ein Antriebsmotor als LSHT-Einheit (Low Speed High Torque) benötigt für den Antrieb der Trommel beispielsweise nur noch ein mechanisches Stirnradgetriebe mit einer Untersetzung von ca. 5,0 bis 6,0, das im Ölbad laufend einen hohen mechanischen Wirkungsgrad von typisch 92% bis 95% aufweist.
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Vorzugsweise ist die Seilwinde mit einer Abspulvorrichtung bzw. Ausspulhilfe zum Abziehen des Seils von der Trommel und einer Spulvorrichtung gekoppelt. Insbesondere kann eine mechanische passive Spulvorrichtung mit einer eigenständig hydraulischen angetriebenen Ausspulhilfe in modularer Bauweise wahlweise vorgesehen sein.
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Die Doppeltrommelwinde ist vorzugsweise aus zwei nebeneinander montierten wahlweise unabhängig oder synchron zueinander arbeitsfähigen Eintrommelwinden aufgebaut.
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Damit ergeben sich folgende Vorteile:
- Durch die wirksame und präzise Seilkraftbegrenzung können leichtere Seile ohne Risiko der Überlastung verwendet werden. Die Zugkraftbegrenzung verschlechtert den Wirkungsgrad nicht und es kann ohne Verschleiß lange Zeit an der Zugkraftgrenze gearbeitet werden.
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Da die gesamte hydraulische Steuerung im hydraulischen Antriebsmotor untergebracht ist, muss bei einem Defekt nur dieser getauscht werden, was innerhalb kurzer Zeit erledigt werden kann.
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Da die Doppelwinde aus zwei redundanten Einfachwinden aufgebaut ist, muss im Reparaturfall, der über den Tausch des Antriebsmotors hinausgeht, nur eine Winde ausgebaut und in der Werkstatt überholt werden. Im Unterschied zum Stand der Technik kann unter geringen Leistungseinbußen mit der anderen Winde weitergearbeitet werden.
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Das verwendete Getriebe hebt den mechanischen Getriebewirkungsgrad gegenüber den Schneckengetrieben von 55 bis 70% auf 92 bis 95% an.
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Die wirksame Spulvorrichtung mit Ausspulhilfe ergibt optimale ergonomische Verhältnisse bei der Seilarbeit.
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Die Baubreite jeder Einzelwinde in der Doppelwinde in der Bauart mit jeweils zur Trommelachse achsparallelem Antriebsmotor ist relativ gering, was im Forstfahrzeug Raum für breite Reifen zur Bodenschonung lässt.
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Aufgrund der aufgelösten Bauweise aus zwei Eintrommelwinden, so dass zu jeder Trommel jeweils ein eigener Antriebsmotor vorhanden ist, beträgt die Summenzugkraft der Doppelwinde mit zwei Seilen exakt das Doppelte der Einzelseilkraft. Das ist bei sehr starkem Holz ein Vorteil.
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Aufgrund dieser Vorteile Kann die Winde die Merkmale der abhängigen Ansprüche auch ohne diejenigen der unabhängigen Ansprüche aufweisen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele von Forstseilwinden nach der Erfindung, d.h. einer Eintrommelwinde und einer Doppelwinde, sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Eintrommelwinde von der der Antriebsseite gegenüberliegenden Seite;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Eintrommelwinde von der Antriebsseite;
- 3 eine Ansicht der Eintrommelwinde von der Antriebsseite mit Schnitt durch die Trommelmitte und die Seilspulung;
- 4 eine Ansicht der Eintrommelwinde von der Antriebsseite mit Schnitt durch die Zahnräder des Getriebes; und
- 5 eine perspektivische Ansicht einer Doppelwinde aus zwei Eintrommelwinden nach den 1 bis 4.
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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, mehrfach vorhandene Elemente gegebenenfalls um die Buchstaben a oder b ergänzt. Orientierungs- und Richtungsangaben beziehen sich auf den bestimmungsgemäßen Gebrauch der Forstseilwinde. Die Antriebsseite bezeichnet diejenige Seite der Winde, auf der das Getriebe zum Übertragen des Antriebsmoments vom Antriebsmotor auf die Seiltrommel liegt.
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Die in den 1 bis 4 dargestellte Forstseilwinde ist eine Eintrommelwinde mit einer einzigen Seiltrommel 15 und einem einzigen Seil 9. Sie kann alleine oder in der in 5 gezeigten Art im Verbund mit einer weiteren gleichartigen Winde als Doppelwinde verwendet werden.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Forstseilwinde weist einen Antriebsmotor (Windenmotor) 1 auf, der an einem Windengehäuse 2 angeflanscht ist. Die Forstseilwinde erfüllt die Merkmale der Norm EN 14492-1, die in der vorliegenden Spezifikation durch Bezugnahme aufgenommen ist
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Der Antriebsmotor 1 ist ein Hydromotor bzw. hydraulischer Motor mit schaltbar verschiedenen Schluckvolumina, die verschiedene Drehzahlen und Drehmomente an der Seiltrommel 15 und damit das Schalten mehrerer Geschwindigkeiten und Laststufen der Seilwinde erlauben. Vorzugsweise ist er als Radialkolbenmotor ausgeführt. Eine Begrenzung des Hydraulikdrucks in der Versorgung des Antriebsmotors 1 ermöglicht eine elektro-hydraulisch verstellbare Lastbegrenzung der Seilwinde. Der Antriebsmotor 1 enthält außerdem eine negative Haltebremse ( spring applied hydraulically released, SAHR Bremse, nicht dargestellt) und weist einen hydraulisch schaltbaren Leerlauf auf.
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Ein rein mechanischer d.h. passiv schwenkbarer Spularm 3 richtet sich anhand der Seilspannung selbst auf die jeweils aufgespulte Windung auf der Seiltrommel 15 aus und dient als Spulvorrichtung. Er erlaubt ab einer gewissen Seilvorspannung eine saubere Aufspulung des Seils 9 auf die Trommel 15, ohne selbst hydraulisch oder elektrisch angetrieben positioniert zu werden oder zu diesem Zweck Sensoren für die Spulposition des Seils 9 zu benötigen. Der Spularm 3 weist einen Zapfen 16 (siehe 3) auf, der senkrecht in einer am Windengehäuse 2 angebrachten Aufnahme 21 gelagert ist und die senkrechte Schwenkachse des Spularms 3 festlegt. Anschläge 5 am Windengehäuse 2 begrenzen den Schwenkbereich des Spularms 3. Eine Stützrolle 4, die am vom Zapfen 16 aus gesehen fernen Ende des Spularms 3 angebracht ist und auf einer Laufbahn 22 auf dem Windengehäuse 2 laufen kann, stabilisiert den Spularm 3 und entlastet die Spularmlagerung aus Zapfen 16 und Aufnahme 21.
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Die Seiltrommel 15 speichert den Seilvorrat und zieht durch ihre Drehbewegung das Seil 9 ein oder lässt es abspulen. Ein am Windengehäuse 2 über der Aufnahme 21 befestigter Rollenbock 6 führt das Seil 9 mittels zwei horizontalen Rollen 7 und zwei vertikalen Rollen 8 beim Ein- und Auslauf in die und aus der Winde. Ein Seilausziehermotor 13 am Spularm 3 unterstützt das Ausziehen des Seils aus der Winde und dient als Ausspulhilfe.
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3 zeigt Einzelheiten des Spularms 3. Die Spularmlagerung 16, 21 und die Stützrolle 4 auf der Laufbahn 22 sorgen dafür, dass sich der Spularm 3 reibungsarm auf die jeweilige Spulposition des Seils 9 ausrichten kann. Schematisch sind in 3 drei solche Spulpositionen dargestellt. Der Seilausziehermotor 13 treibt eine Umlenkrolle 17 für das Seil 9 an. Das Seil 9 wird dabei von mehreren Rollen 14, die durch einen federbelasteten Mechanismus 12 in Richtung zur Umlenkrolle 17 vorgespannt sind, an die Umlenkrolle 17 gedrückt. Der Seilausziehermotor 13 lässt sich beim Aufspulen des Seils auf die Trommel 15 auch so schalten, dass auch bei von außen unbelastetem Seilende 9 eine gewisse Seilvorspannung des auf die Trommel 15 aufgespulten Seils 9 entsteht.
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Zwischen der Umlenkrolle 17 und den horizontalen Rollen 7 des Rollenbocks 6 ist das Seil 9 noch über eine am Spularm 3 gelagerte Messrolle 11 geführt. Ein Kraftmessbolzen 10 am Lager der Messrolle 11 misst die aus der Umlenkung des über die Messrolle 11 laufenden Seiles 9 resultierende Kraft zwischen der Messrolle 11 und deren Lager. Die gemessene Kraft ist wegen des konstanten Umschlingungswinkels des Seils 9 um die Messrolle 11 direkt proportional zur Seilkraft - und zwar unabhängig vom Füllstand der Seiltrommel. Eine (nicht dargestellte) elektrohydraulische Steuerung berechnet aus dem elektrischen Messwert des Kraftmessbolzens 10 die Seilkraft und schaltet den Antriebsmotor 1 zur Seilkraftbegrenzung auf ein reduziertes Drehmoment oder eine reduzierte Geschwindigkeit oder schaltet ihn ganz aus, wenn die Seilkraft eine vorgeschriebene Grenze überschreitet. Insbesondere verstellt sie, wenn die gemessene Seilkraft die vorgeschriebene Grenze überschreitet, eine Begrenzung des Hydraulikdrucks in einer hydraulischen Versorgung des Antriebsmotors 1 auf eine reduzierte Druckgrenze, die die Seilkraft innerhalb der vorgeschriebenen Grenze hält. Dies ist präzise, verschleißfrei und zuverlässig.
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4 zeigt Einzelheiten des Trommelantriebs mittels eines Getriebes, das den Antriebsmotor 1 mit der Seiltrommel 15 koppelt. Das Getriebe weist mehrere Stirnzahnräder auf: ein Antriebsritzel 18 auf der Antriebswelle des Windenmotors 1 treibt gegebenenfalls über ein oder mehrere Zwischenräder 19 ein Großrad 20 an, das mit der Seiltrommel 15 verbunden ist. Alternativ oder ergänzend zu den Stirnzahnrädern 18, 19, 20 kann auch eine Antriebskette vorhanden sein. Aufgrund des gezeigten Aufbaus, in dem der Antriebsmotor 1 und die Seiltrommel 15 achsparallel (und nicht etwa koaxial) angeordnet und mit dem Getriebe gekoppelt sind, ist die Winde gemessen in Richtung der Achsen des Antriebsmotors 1 oder der Seiltrommel 15 sehr schmal; sie ist kaum breiter als die Seiltrommel 15 selbst.
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5 zeigt eine Doppelwinde aus zwei nebeneinander angeordneten Einzelwinden, bei denen es sich um Eintrommelwinden handelt, die jeweils nach den 1 bis 4 gestaltet sind. Allenfalls sind einzelne Merkmale einer Einzelwinde spiegelbildlich zu denen der anderen. Die Bezugszeichen der einen Eintrommelwinde sind um ein „a“, die der anderen um ein „b“ ergänzt. Da beide Eintrommelwinden sehr schmal sind, sind sie auch nebeneinander angeordnet zusammen nicht übermäßig breit. Es handelt sich um zwei mechanisch eigenständige autarke Einzelwinden. Hydraulisch können die Einzelwinden unabhängig voneinander oder wahlweise auch synchron angesteuert werden. Zur synchronen Ansteuerung ist die oben genannte Steuerung eingerichtet, zum Einziehen beider Seile 9a und 9b beide Antriebsmotoren 1a und 1b gemeinsam mit gleicher Drehgeschwindigkeit anzutreiben und zum Ausziehen beider Seile 9a und 9b beide Seilausziehermotoren 13a und 13b gemeinsam mit gleicher Drehgeschwindigkeit anzutreiben. Außerdem kann die Ansteuerung der Antriebsmotoren 1a und 1b so erfolgen, dass beide auf eine geringere Geschwindigkeit oder ganz ausgeschaltet werden, wenn die Seilkraft auch nur eines der beiden Seile 9a und 9b die vorgeschriebene Grenze überschreitet.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen folgende Vorteile auf:
- Sie enthalten die Standardfunktionen eines Freilaufs und einer negativen Haltebremse.
- Sie erlauben das Schalten mehrerer Geschwindigkeiten und Laststufen.
- Sie ermöglichen eine elektro-hydraulisch verstellbare Lastbegrenzung.
- Sie erlauben die Messung der aktuellen Seilkraft.
- Sie ermöglichen eine präzise dauerfeste Seilkraftbegrenzung mit gutem Wirkungsgrad ohne der Gefahr eines Durchrutschens von Reibbelägen wie im Stand der Technik.
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Der Antrieb mittels hydraulischem Antriebsmotor und Stirnradgetriebe weist einen sehr guten Wirkungsgrad auf.
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Die Summenzugkraft der aus Einfachwinden zusammengesetzten Doppelwinde beträgt das Doppelte der Einfachwinde.
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Die Ausführungsbeispiele weisen logistische Vorteile durch Vereinigung kritischen Windenfunktionen im leicht zu tauschenden Windenmotor und getrennt tauschbare Einfachwinden auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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