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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung einer Flüssigkeit mit einem Dosierkopf, einer in dem Dosierkopf angeordneten Dosierkammer, einem die Dosierkammer begrenzenden Verdrängerelement, wobei das Verdrängerelement zwischen einer ersten und einer zweiten Position hin- und her bewegbar ist, wobei ein Volumen der Dosierkammer in der ersten Position des Verdrängerelements kleiner ist als ein Volumen der Dosierkammer in der zweiten Position des Verdrängerelements, wobei weiterhin eine Rückholeinrichtung zum Bewegen des Verdrängerelements von der ersten Position in die zweite Position und ein Antrieb zum Bewegen des Verdrängerelements von der zweiten Position in die erste Position vorgesehen sind, wobei die Rückholeinrichtung und das Verdrängerelement mittels einer Magnetkraft miteinander verbunden oder verbindbar sind.
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Solche Vorrichtungen werden beispielsweise als Dosierpumpen eingesetzt. Dosierpumpen dienen häufig dazu, Chemikalien zu dosieren. Aus diesem Grund werden Dosierpumpen häufig z.B. bei der Aufbereitung von Trinkwasser mit Desinfektionsmitteln, beim Dosieren von Korrosionsinhibitoren und Bioziden in Kühlkreisläufen, beim Dosieren von Flockungsmitteln in der Abwasseraufbereitung, beim Dosieren von Additiven in der Papierindustrie oder beim Dosieren von Zusatzstoffen in der Kunststoffherstellung verwendet.
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Die Dosierkammer einer derartigen Dosierpumpe weist in der Regel zur Förderung der Flüssigkeit einen Fluideinlass und einen Fluidauslass auf. Durch die Bewegung eines Verdrängerelementes zwischen einer ersten und einer zweiten Position und die damit alternierende Volumenänderung der Dosierkammer wird dann die Flüssigkeit gefördert, indem im Falle einer Vergrößerung des Volumens, Flüssigkeit über den Fluideinlass in die Dosierkammer gesaugt wird, und im Falle einer Verkleinerung des Volumens, Flüssigkeit aus der Dosierkammer über den Fluidauslass herausgedrückt wird. Um zu verhindern, dass Flüssigkeit versehentlich zurückströmen kann, werden entsprechend angeordnete Rückschlagventile für den Fluideinlass und Fluidauslass genutzt.
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Der Antrieb zum Bewegen des Verdrängerelementes einer solchen Vorrichtung kann beispielsweise ein Hydraulikantrieb sein. Hierbei grenzt das Verdrängerelement die Dosierkammer von einem Arbeitsraum ab. Häufig handelt es sich bei dem Verdrängerelement dann um eine Membran. Wird in dem Arbeitsraum der Druck einer Hydraulikflüssigkeit erhöht, so führt dies zu einer Bewegung des Verdrängerelementes aus der zweiten Position in die erste Position, und eine Rückholung des Verdrängerelementes aus der ersten Position in die zweite Position wird durch einen hydraulisch erzeugten Unterdruck unterstützt. Häufig ist dieser Druck jedoch nicht ausreichend, um das Verdrängerelement in einem solchen Maß zu bewegen, das eine ausreichende Saugleistung der Dosierpumpe ermöglicht wird.
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Aus diesem Grund ist es üblich, die Rückholung von der ersten Position in die zweite Position durch eine Rückholeinrichtung zu unterstützen oder vollständig durch die Rückholeinrichtung auszuführen. Rückholeinrichtungen können beispielsweise in Form einer Feder oder als Zugstange ausgebildet sein, über welche eine entsprechende Kraft auf das Verdrängerelement entgegen dem Hydraulikdruck ausgeübt wird.
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Damit die Rückholeinrichtung eine Kraft auf das Verdrängerelement übertragen kann, muss die Rückholeinrichtung mit dem Verdrängerelement verbunden sein. Ist das Verdrängerelement eine Membran, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die Membran mit der Rückholeinrichtung direkt oder indirekt so zu verbinden, da eine Membran durch die Kraft, die die Rückholeinrichtung auf die Membran ausübt, leichter Schaden nehmen kann, als ein starres Verdrängerelement, beispielsweise ein Kolben.
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Zu diesem Zweck weist die Membran in der Regel eine Kontakteinrichtung auf, mit welcher die Rückholeinrichtung verbunden wird. Typischerweise erfolgt die Verbindung zwischen dem Verdrängerelement bzw. der Kontakteinrichtung einer Membran und der Rückholeinrichtung über eine Schraubverbindung. Dies hat allerdings den Nachteil, dass es bei unsachgemäßem Einbau zu einem Gewindebruch kommen kann und zudem spezielles Werkzeug für die Montage der Dosierpumpe notwendig ist. Alternativ kann die Rückholeinrichtung auch nicht lösbar an dem Verdrängerelement befestigt sein, was jedoch mit dem Nachteil verbunden ist, dass die gesamte Rückholeinrichtung ausgetauscht werden muss, wenn das Verdrängerelement ausgetauscht werden muss. Insbesondere bei Membranen als Verdrängerelement ist ein Austausch nach einer gewissen Betriebszeit notwendig.
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Aus dem Stand der Technik ist daher bekannt, die Kontakteinrichtung einer Membran über eine magnetische Kraft mit der Rückholeinrichtung zu verbinden. Eine entsprechende Vorrichtung wird beispielsweise in der
DE 10 2018 109 086 A1 beschrieben. Der Vorteil dieser Montageanordnung besteht darin, dass die Montage der Membran an der Rückholeinrichtung ohne Werkzeuge erfolgen kann und die Membran unabhängig von der Rückholeinrichtung ausgetauscht werden kann.
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Die magnetische Kraft muss dabei so bemessen sein, dass sie größer ist als die maximal erforderliche Rückholkraft der Membran von der ersten Position in die zweite Position. In manchen Betriebssituationen einer Dosierpumpe kann es jedoch vorkommen, dass die üblicherweise benötigte Kraft zur Rückholung der Membran von der ersten Position in die zweite Position überschritten wird und damit die vom Magneten ausgeübte Kraft nicht mehr ausreicht, um die Membran von der ersten Position in die zweite Position zurückzubewegen. In diesem Fall kommt es zu einem Lösen der Membran von der Rückholeinrichtung. Ist beispielsweise der Fluideinlass verschlossen, ist ein solcher Effekt zu beobachten.
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Kommt es zu einem Lösen von Verdrängerelement und Rückholeinrichtung, führt dies einerseits dazu, dass die Dosierpumpe nicht mehr die anvisierte Flüssigkeitsmenge fördern kann und andererseits führt die fortdauernde Bewegung des Verdrängerelement, insbesondere einer Membran aufgrund des Hydraulikantriebes dazu, dass die Membran beschädigt wird, da sie über ihre übliche Arbeitsposition hinaus ausgelenkt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Förderung einer Flüssigkeit bereitzustellen, die gewährleistet, dass das Verdrängerelement im Falle eines Lösens von Membran und Rückholeinrichtung keinen Schaden nimmt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, wobei weiterhin eine Signaleinrichtung mit einer Messeinheit und einer Steuereinheit vorgesehen ist, wobei die Messeinheit derart eingerichtet und angeordnet ist, dass mit der Messeinheit ein Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement während des Betriebes der Vorrichtung erfassbar ist und wobei die Steuereinheit derart eingerichtet und mit der Messeinheit verbunden ist, dass, wenn das Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement von der Messeinheit erfasst wird, ein Signal ausgegeben oder der Betrieb der Vorrichtung gestoppt wird.
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Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das Lösen von Membran und Rückholeinrichtung von einer Signaleinrichtung erfasst wird und der Betrieb der Vorrichtung entweder automatisiert gestoppt oder zumindest ein Signal ausgegeben wird, woraufhin ein Anwender der Vorrichtung über das weitere Vorgehen entscheiden kann.
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Dies führt dazu, dass ein Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement frühzeitig erkannt und damit ein Schaden des Verdrängerelementes und eine Fehlfunktion der Dosierpumpe verhindert wird.
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In einer Ausführungsform ist das Verdrängerelement eine Membran, die die Dosierkammer von einem Arbeitsraum trennt, wobei die Rückholeinrichtung zumindest teilweise in dem Arbeitsraum angeordnet ist.
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Eine solche Membran besteht in der Regel aus mehreren Lagen, die aus Kunststoff und/oder Gewebe gefertigt sind. In jedem Fall nimmt eine Membran, die im Gegensatz zu einem starren, voluminösen Verdrängerelement aus dünnen Kunststoff- und/oder Gewebelagen gefertigt ist, bei einem Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement besonders leicht Schaden, sodass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere für Verdrängerelemente in Form einer Membran eignet.
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Es versteht sich jedoch, dass auch andere Verdrängerelemente, wie sie beispielsweise in einer Kolbenpumpe verwendet werden, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz kommen können.
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In einer Ausführungsform stellt die Rückholeinrichtung einen Teil des Antriebes dar. Insbesondere bei Kolbenpumpen aber auch bei Membranpumpen, die keinen Hydraulikantrieb verwenden, wird auch die Rückholeinrichtung von dem Antrieb bewegt. Auch in diesem Fall kann es zu einem Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement kommen, sodass das Verdrängerelement Schaden nehmen könnte, was mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Antrieb ein hydraulischer Antrieb, wobei der Arbeitsraum mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, wobei mit dem Antrieb ein Druck der Hydraulikflüssigkeit, der auf die Membran wirkt, veränderbar ist und wobei die Rückholeinrichtung eine Bewegung der Membran entgegen des Drucks der Hydraulikflüssigkeit unterstützt.
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Insbesondere in dem Fall, in dem die Rückholeinrichtung eine Kraft entgegen des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aufbringen muss, besteht die Gefahr eines Lösens von Membran und Rückholeinrichtung, wenn es zu einer unerwarteten Veränderung der Druckzustände innerhalb der Dosierkammer und/oder des Arbeitsraumes kommt. In diesem Fall nimmt die Membran schnell Schaden, da durch die Hydraulikflüssigkeit weiter Druck auf die Membran ausgeübt wird. Dies führt insbesondere in den Randbereichen der Membran, in welchen die Membran eingespannt ist, aber auch in dem Bereich, in welchen unter Umständen eine Kontakteinrichtung der Membran ausgebildet ist, zu einer schnellen Perforation der Membran. Dies wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert.
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In einer Ausführungsform ist die Messeinheit der Signaleinrichtung ein vorzugsweise elektronischer oder optischer Kontaktsensor zum Erfassen eines Kontaktes zwischen dem Verdrängerelement und der Rückholeinrichtung, wobei der Kontaktsensor in oder an dem Verdrängerelement oder der Rückholeinrichtung angeordnet ist. Die unmittelbare Anordnung eines Kontaktsensors an der Rückholeinrichtung oder dem Verdrängerelement bietet den Vorteil, dass ein Kontakt der selbigen zuverlässig erfassbar ist. Der Einfluss anderer Faktoren, die zwischen Messeinheit und dem eigentlichen Kontaktbereich auftreten, wird minimiert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinheit ein Druck- oder Feuchtesensor, wobei der Druck- oder Feuchtesensor derart eingerichtet und angeordnet ist, dass mit dem Druck- oder Feuchtesensor ein Druck oder eine Feuchtigkeit in einem Hohlraum zwischen dem Verdrängerelement und der Rückholeinrichtung erfassbar ist, wobei der Hohlraum von der Rückholeinrichtung und dem Verdrängerelement begrenzt wird, wenn die Rückholeinrichtung durch die Magnetkraft mit dem Verdrängerelement verbunden ist, sodass der Druck- oder Feuchtesensor eine Druck- oder Feuchtigkeitsänderung erfasst, wenn sich die Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement löst.
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Kommt es beispielsweise bei einem Hydraulikantrieb zu einem Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement, so strömt Hydraulikfluid in den Hohlraum zwischen Verdrängerelement und Rückholeinrichtung ein. Dies führt einerseits zu einer Druckänderung in dem Hohlraum und andererseits zu einer Feuchtigkeitsänderung. Beides kann über entsprechende Sensoren detektiert werden und damit ein Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement erfasst werden. Eine Druckänderung kann aber auch erfasst werden, wenn kein hydraulischer Antrieb verwendet wird und es dennoch zu einem Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement kommt und sich der Hohlraum somit mit dem Arbeitsraum verbinden würde, vorausgesetzt, dass der Druck im Arbeitsraum ein anderer ist als in dem Hohlraum.
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Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensoren so in der Vorrichtung angeordnet werden können, dass keine elektronischen Leitungen innerhalb des Dosierkopfes verlegt werden müssen, um ein Lösen des Verdrängerelements von der Rückholeinrichtung zu erfassen. Auch eine Bewegung der Sensoren mit dem Verdrängerelement oder der Rückholeinrichtung und das damit verbundene Nachführen der elektronischen Leitungen entfällt.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Membran eine magnetische oder ferromagnetische Kontakteinrichtung auf, wobei die Kontakteinrichtung mittels der Magnetkraft an der Rückholeinrichtung gehalten wird, wobei vorzugsweise die Messeinheit in oder an der Kontakteinrichtung angeordnet ist.
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Eine solche Kontakteinrichtung bietet den Vorteil, dass beispielsweise ein Hohlraum, dessen Druck oder Feuchtigkeitsgehalt überwacht wird, zwischen Verdrängerelement und Rückholeinrichtung leichter ausgebildet werden kann, da es sich bei der Kontakteinrichtung um einen starren Körper handelt, der nicht, wie die Membran, Verformungen ausgesetzt ist. Verfügt die Membran über eine entsprechende Kontakteinrichtung, kann daher ein Lösen der Rückholeinrichtung von der Kontakteinrichtung besonders zuverlässig erfasst werden. Zudem ist die Befestigung der Rückholeinrichtung an einer Kontakteinrichtung der Membran stabiler als eine Befestigung der Rückholeinrichtung unmittelbar an der Membran.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Membran mehrlagig ausgeführt, wobei der Hohlraum von zwei Lagen der Membran, der Kontakteinrichtung und der Rückholeinrichtung begrenzt wird, sodass sowohl eine Undichtigkeit der Membran als auch das Lösen der Rückholeinrichtung von der Membran bzw. der Kontakteinrichtung der Membran mit der Messeinheit erfassbar sind.
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Sogenannte Membranbruchsignaleinrichtungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt, die beispielsweise über einen Druck- oder Feuchtesensor eine Perforation der Membran erfassen. Ist die Membran perforiert, dringt entweder Dosierflüssigkeit aus der Dosierkammer oder Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Hohlraum zwischen die zwei Lagen der Membran, was von einem Druck- oder Feuchtesensor der Membranbruchsignaleinrichtung, der den Druck oder die Feuchtigkeit in einem Hohlraum zwischen den zwei Membranlagen vermisst, erfasst wird.
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Wird der Hohlraum zwischen den zwei Lagen der Membran mit dem Hohlraum zwischen Kontakteinrichtung und Rückholeinrichtung verknüpft, d.h. dass sich ein gesamter Hohlraum zwischen den zwei Lagen der Membran, der Kontakteinrichtung und der Rückholeinrichtung ausbildet, bietet dies den Vorteil, dass mit der bereits vorhandenen Membranbruchsignaleinrichtung auch ein Lösen der Rückholeinrichtung von der Kontakteinrichtung erfasst werden kann.
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Dies bietet den Vorteil, dass bei bereits bekannten Dosierpumpen keine zusätzlichen Komponenten, sondern nur geringe bauliche Veränderungen notwendig sind, um ein Lösen der Rückholeinrichtung von dem Verdrängerelement zu erfassen und damit das Verdrängerelement vor etwaigem Schaden zu bewahren. Zusätzliche Messeinrichtungen, die ein Lösen erfassen, sind in diesem Fall nicht notwendig.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figur deutlich.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist eine Membranpumpe 1 mit einem Dosierkopf 2 und einem Antrieb 6 dargestellt. In dem Dosierkopf 2 ist eine Dosierkammer 3 und eine Membran 4 angeordnet. Die Membran 4 trennt die Dosierkammer 3 von einem Arbeitsraum 8, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Mithilfe des Antriebes 6 kann ein Druck der Hydraulikflüssigkeit verändert werden, sodass die Membran 4 von einer zweiten Position, in welcher das Volumen der Dosierkammer 3 größer ist, zu einer ersten Position, in welcher das Volumen der Dosierkammer 3 kleiner ist, bewegt werden. Durch die Volumenverkleinerung der Dosierkammer 3 bei dieser Bewegung der Membran 4 von der zweiten Position in die erste Position wird eine Flüssigkeit, die sich in der Dosierkammer 3 befindet, über einen Fluidauslass hinausgedrückt.
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Um die Membran 4 in der entgegengesetzten Bewegung, also von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen, verfügt die Dosierpumpe 1 weiterhin über eine Rückholeinrichtung 5, die über eine ferromagnetische Kontakteinrichtung 10 der Membran 4 mit der Membran 4 verbunden ist. Die Verbindung der Rückholeinrichtung 5 und der Kontakteinrichtung 10 erfolgt dabei über einen Magneten 11, der in der Rückholeinrichtung 5 angeordnet ist.
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Unmittelbar an den Magneten 11 schließt sich ein Hohlraum 9 an, der innerhalb der Kontakteinrichtung 10 ausgebildet ist und von dem Magneten 11 der Rückholeinrichtung 5 begrenzt wird. Der Hohlraum 9 erstreckt sich von dem Magneten 11 der Rückholeinrichtung 5 über die Kontakteinrichtung 10 in einen Zwischenraum der Lagen 4', 4" der Membran 4. Der Druck innerhalb des Hohlraums 9 wird von einer Messeinheit der Signaleinrichtung 7 überwacht.
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Kommt es beispielsweise zu einem Lösen der Rückholeinrichtung 5 von der Kontakteinrichtung 10, strömt Hydraulikfluid von dem Arbeitsraum 8 in den Hohlraum 9, wodurch sich ein Druck innerhalb des Hohlraumes 9 verändert. Dies wird von der Messeinheit der Signaleinrichtung 7 erfasst und die Signaleinrichtung 7 stoppt den Betrieb der Dosierpumpe 1 über eine entsprechende Steuereinheit.
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Darüber hinaus wird mit der Signaleinrichtung 7 auch eine Perforation der Membranlagen 4', 4" der Membran 4 erfasst, wenn entweder Flüssigkeit aus der Dosierkammer 3 in den Hohlraum 9 zwischen den Lagen 4', 4" der Membran eindringt oder wenn Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 8 in den Hohlraum 9 zwischen den Lagen 4', 4" der Membran 4 eindringt.
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Durch das Abschalten der Dosierpumpe 1, wenn die Signaleinrichtung 7 ein Lösen der Rückholeinrichtung 5 von der Kontakteinrichtung 10 der Membran 4 detektiert oder wenn die Signaleinrichtung 7 eine Perforation der Membran 4 erfasst, wird ein Fehlbetrieb der Dosierpumpe 1 bzw. eine Perforation der Membran 4 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Dosierkopf
- 3
- Dosierkammer
- 4
- Verdrängerelement/ Membran
- 4',4"
- Lagen der Membran
- 5
- Rückholeinrichtung
- 6
- Antrieb
- 7
- Signaleinrichtung
- 8
- Arbeitsraum
- 9
- Hohlraum
- 10
- Kontakteinrichtung
- 11
- Magnet
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018109086 A1 [0008]
