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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, zur Kühlung einer elektrischen Pumpe sowie ein Fortbewegungsmittel, welches eine Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Pumpe aufweist.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Pumpen bekannt, welche eine Kühlung des Rotors aufweisen, indem dieser von Kühlmittel umspült wird und der Stator hingegen nicht. Durch die fehlende Kühlmittelumspülung steigen die Wicklungstemperaturen des Stators sehr stark an.
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Die
WO 2018/086878 A1 offenbart eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer auslassseitigen und druckgesteuerten Ventileinrichtung mit einem Kühlmitteleingang, einem ersten Kühlmittelausgang und einem zweiten Kühlmittelausgang, wobei die Ventileinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des gewählten Betriebspunkts der Kühlmittelpumpe den ersten und/oder zweiten Kühlmittelausgang öffnet oder schließt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Kühlung des Stators einer elektrischen Pumpe zu erreichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Pumpe.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche vorzugsweise zumindest ein Gehäuse, ein Kühlfluid, einen Stator und einen Rotor einer elektrischen Pumpe umfasst. Das Gehäuse umschließt vorzugsweise einen vordefinierten Raum. Das Gehäuse kann einteilig sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse aus mehreren Gehäuseteilen bestehen. Eine Verbindung zwischen einer Vielzahl Gehäuseteile kann temporär, beispielsweise als Schraubverbindung, ausgestaltet sein. Das Gehäuse schließt, bzw. die zusammengefügten Gehäuseteile schließen, den vordefinierten Raum vorzugsweise fluiddicht ab. Der vordefinierte Raum kann insbesondere ausschließlich vom Gehäuse umschlossen sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse fest mit zumindest einem zweiten Bauteil verbunden sein und derart der vordefinierte Raum durch das Gehäuse und zumindest das zweite Bauteil umschlossen sein. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem zweiten Bauteil kann temporär ausgestaltet sein und zum Beispiel zu Wartungsarbeiten gelöst werden. Der vom Gehäuse umschlossene, vordefinierte Raum hat vorzugsweise eine Querausdehnung und eine Längsausdehnung. Das Gehäuse hat vorzugsweise eine Innenseite und eine Außenseite. Das Material des Gehäuses kann beispielsweise Metall aufweisen, zum Beispiel Aluminium. Das Gehäuse kann insbesondere ein Gussteil sein. Das Gehäuse kann vorzugsweise eine vordefinierte Wandstärke aufweisen. Die Wandstärke kann insbesondere 2 mm bis 5 mm betragen; in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Wandstärke vorzugsweise 3 mm. Die Wandstärke kann an einer ersten Position des Gehäuses eine erste Dicke aufweisen und an einer zweiten Position des Gehäuses eine zweite Dicke aufweisen. Das Gehäuse kann zumindest ein konstruktives Element (z.B. Bohrungen, Gewinde, Passstäbe, wiederverschließbare Öffnungen o.ä.) aufweisen. Das konstruktive Element kann auf der Innenseite des Gehäuses angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das konstruktive Element auf der Außenseite des Gehäuses angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das konstruktive Element auf der Innen- und Außenseite des Gehäuses angeordnet sein. Schließlich kann das konstruktive Element eine Verbindung zwischen der Außenseite des Gehäuses und der Innenseite des Gehäuses herstellen. Das konstruktive Element kann zum Zusammenfügen des Gehäuses mit zumindest einem zweiten Element eingerichtet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das konstruktive Element zur korrekten Positionierung des Gehäuses eingerichtet sein. Schließlich kann das konstruktive Element zur Befüllung des durch das Gehäuse umschlossenen vordefinierten Raumes mit bspw. einem Fluid eingerichtet sein.
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Das Kühlfluid kann vorzugsweise in dem vom Gehäuse umschlossenen, vordefinierten Raum vorliegen. Das Kühlfluid füllt den vom Gehäuse umschlossenen, vordefinierten Raum vorzugsweise bis zu einem vordefinierten Füllstand aus. Der umschlossene Raum kann vorzugsweise vollständig, in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zu 95 bis 99 Prozent ausgefüllt sein. Das Kühlfluid ist vorzugsweise zur Aufnahme einer Temperatur an einer dritten Stelle eingerichtet, so dass die Wärme von der dritten Stelle abgeführt wird. Zusätzlich oder alternativ ist das Kühlfluid vorzugsweise zur Abgabe einer Temperatur an einer vierten Stelle eingerichtet. Das Kühlfluid ist vorzugsweise ein Fluid. Im vordefinierten Raum können Elemente angeordnet sein, die zur Führung des Kühlfluids eingerichtet sind, z.B. Leitbleche, Propeller, Turbinen o.ä.
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Der Stator ist insbesondere ein feststehendes Element eines Motors der elektrischen Pumpe und der Rotor ein rotierendes Element des Motors der elektrischen Pumpe. Der Stator und der Rotor gehören vorzugsweise zu demselben Motor der elektrischen Pumpe. Der Motor kann als Innenläufer ausgestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Motor als Außenläufer ausgestaltet sein. Der Stator umgibt vorzugsweise den Rotor des Motors. Der Rotor weist vorzugsweise zumindest einen Anker auf. Zusätzlich oder alternativ weist der Rotor eine Motorwelle auf. Zusätzlich oder alternativ weist der Rotor eine Ankerspule auf. Schließlich kann der Rotor einen Schleifring aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Rotor Permanentmagnete aufweisen. Der Stator kann Dauermagnete aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Stator Elektromagnete aufweisen. Der Stator weist eine Längsausdehnung in axialer Richtung, parallel zur Mittelachse orientiert, sowie einen Durchmesser auf. Vorzugsweise umhüllt der Rotor den Stator über eine vordefinierte Länge. Mit anderen Worten überdeckt der Rotor die zylindrische Mantelfläche eines Stators. Die Umhüllung kann insbesondere über eine Länge von vorzugsweise 50 Prozent der Längsausdehnung in axialer Richtung des Stators vorliegen. Zusätzlich oder alternativ hüllt der Stator den Rotor über eine vordefinierte Länge ein, wobei die Umhüllung vorzugsweise über 50 Prozent der Längsausdehnung des Rotors vorliegt. Die Überdeckung des Rotors durch den Stator bzw. des Stators durch den Rotor kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass der Motor eine sehr geringe Baugröße aufweist. Der Rotor weist vorzugsweise eine Längsausdehnung in axialer Richtung auf, welche an einer ersten Position am Rotor eine erste Ausdehnung und an einer zweiten Position am Rotor eine zweite Ausdehnung aufweisen kann.
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Das Kühlfluid und der Stator und der Rotor sind vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Position des Stators innerhalb des Gehäuses ist vorzugsweise dauerhaft fixiert. Gleiches gilt für die Position des Rotors innerhalb des Gehäuses. Die dauerhafte Fixierung des Stators und des Rotors kann beispielsweise mittels einer festen Verbindung zwischen dem Motor der elektrischen Pumpe, welchem der Stator und/oder der Rotor zugeordnet sind, und dem Gehäuse hergestellt sein. Das Gehäuse kann einen Teil des Motors der elektrischen Pumpe umschließen, wobei der umschlossene Teil insbesondere den Stator und den Rotor des Motors der elektrischen Pumpe aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse den kompletten Motor der elektrischen Pumpe umschließen. Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse die elektrische Pumpe vollständig umschließen. Schließlich kann das Gehäuse weitere als die genannten Elemente umschließen. Das Kühlfluid innerhalb des Gehäuses kann den Innenraum des Gehäuses zu einem vordefinierten Füllstand ausfüllen. Vorzugsweise ist der Füllstand so gewählt, dass der in dem Gehäuse angeordnete Rotor und der in dem Gehäuse angeordnete Stator vom Kühlfluid umflossen sind. In einer bevorzugten Ausführung können passive Elemente, z.B. Leitbleche, im Gehäuse angeordnet sein, welche insbesondere zur Herstellung einer vordefinierten Kühlmittelführung zur Kühlung des Stators eingerichtet sind. Zusätzlich oder alternativ können aktive Elemente, z.B. Turbinen, im Gehäuse angeordnet sein, welche insbesondere zur Herstellung einer vordefinierten Kühlmittelführung zur Kühlung des Stators eingerichtet sind. Derart werden der Stator und der Rotor vom selben Kühlmedium umflossen und während des Betriebs des Motors der elektrischen Pumpe am Stator und/oder Rotor entstehende Wärme an das Kühlmedium abgeführt werden, um derart die elektrische Pumpe zu kühlen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird somit eine verbesserte Kühlung des Stators einer elektrischen Pumpe erreicht.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die obengenannte Anordnung zur Befestigung in einem Fortbewegungsmittel eingerichtet. Die Befestigungselemente können an dem Gehäuse angeordnet sein. Die Befestigungselemente können beispielsweise als Schraubverbindungen ausgestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ können die Befestigungselemente als Steckverbindungen ausgestaltet sein. Die Befestigungselemente können zur Herstellung einer dauerhaften Verbindung eingerichtet sein. Schließlich können die Befestigungselemente zur Herstellung einer reversiblen Verbindung eingerichtet sein.
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Weiter kann die elektrische Pumpe insbesondere eine Kühlmittelpumpe sein. Eine Kühlmittelpumpe ist insbesondere zur Herstellung eines Fluidstromes eingerichtet, wobei der Fluidstrom Kühlfluid umfasst. Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Kühlung einer elektrischen Pumpe umfasst somit vorzugsweise insbesondere eine Kühlmittelpumpe, wobei die Kühlmittelpumpe zumindest einen elektrischen Kühlmittelpumpenmotor mit einem Stator und einem Rotor aufweist und ein Gehäuse, welches ein Kühlfluid umfasst. Das Kühlfluid sowie der Stator und der Rotor der Kühlmittelpumpe sind vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Kühlmittelpumpe kann vorzugsweise einen elektrischen Anschluss zur Spannungsversorgung des Kühlmittelpumpenmotors aufweisen. Durch den Kühlmittelpumpenmotor wird insbesondere ein Fluidstrom des Kühlmittels erzeugt. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Kühlmittelpumpenanordnung zusätzlich Leitungen. Die Leitungen sind vorzugsweise als Rohrleitungen ausgestaltet. Der Innenraum des Gehäuses ist vorzugsweise mit einer ersten Leitung mit der Kühlmittelpumpe verbunden. Die Leitung ist insbesondere an einer Position des Gehäuses angeordnet, an welcher Kühlfluid vorliegt, beispielsweise bodenwärts. Weiter ist die Kühlmittelpumpe mit dem ersten Ende einer zweiten Leitung verbunden, wobei das zweite Ende der zweiten Leitung mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden ist. Das zweite Ende der zweiten Leitung ist insbesondere an einer Position des Gehäuses angeordnet, an welcher kein Kühlmittel vorliegt, beispielsweise der ersten Leitung gegenüberliegend orientiert. Die zweite Leitung kann insbesondere in einer räumlichen Nähe zu zumindest einem wärmeerzeugenden Element (z.B. Steuergerät, Motor, o.ä.) angeordnet sein und derart zur Kühlung des wärmeerzeugenden Elements eingerichtet sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein wärmeerzeugendes Element in der Leitung vorliegen, so dass es durch den Fluidstrom in der zweiten Leitung gekühlt wird. Die Verbindungen der Leitungen sind vorzugsweise fluiddicht ausgestaltet. Durch den Kühlmittelpumpenmotor wird insbesondere ein Unterdruck in der ersten Leitung erzeugt, so dass insbesondere in dem Gehäuse vorliegendes Kühlfluid in die erste Leitung geleitet wird. Das Kühlfluid wird durch den Kühlmittelpumpenmotor weiter in die zweite Leitung geleitet. Schließlich endet der Kühlmittelstrom temporär im Gehäuse. Der Stator und der Rotor der Kühlmittelpumpe werden mit anderen Worten von demselben Kühlfluid umspült, welches mittels der Kühlmittelpumpe gefördert wird. Die Kühlmittelpumpenanordnung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung weiter eine Steuereinheit umfassen. Die Steuerungseinheit ist zum Ansteuern des Kühlmittelpumpenmotors eingerichtet und gibt an diesen insbesondere ein Signal zum Einschalten und/oder Ausschalten aus.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Kühlmittelpumpe eine Leistung von zumindest 100 Watt, besonders bevorzugt zumindest 150 Watt auf. Weiter kann das Gehäuse fest mit der elektrischen Pumpe verbunden sein. Hierfür kann die elektrische Pumpe ein Befestigungselement aufweisen. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der elektrischen Pumpe kann temporär sein. Weiter kann die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der elektrischen Pumpe als Schraubverbindung ausgestaltet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Verbindung zwischen dem Gehäuse und der elektrischen Pumpe als Steckverbindung ausgestaltet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Gehäuse eine Längsausdehnung in axialer Richtung des Motors und eine radiale Erstreckung aufweisen, wobei die Längsausdehnung des Gehäuses doppelt so groß ist, wie eine axiale Erstreckung des Stators. Zusätzlich oder alternativ kann die radiale Erstreckung des Gehäuses insbesondere 3 mm größer sein, als eine radiale Erstreckung des Stators.
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Auf einer Oberfläche des Stators kann vorteilhafter Weise eine erste Substanz zur Verbesserung einer Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Stator und dem Kühlfluid aufgebracht sein. Die erste Substanz kann besonders vorteilhafter Weise thermoplastische Eigenschaften aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kühlfluid Wasser und/oder Glykol auf.
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Das Gehäuse kann insbesondere eine wiederverschließbare Öffnung aufweisen. Die wiederverschließbare Öffnung kann zum Befüllen und/oder Entleeren des Gehäuses mit insbesondere einem Kühlfluid eingerichtet sein. Die wiederverschließbare Öffnung am Gehäuse kann ein an einem Durchgangsloch angeordnetes Schraubgewinde, ausgestaltet als Außengewinde, welches zum Beispiel mit einem Schraubdeckel mit Innengewinde verschließbar ist, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die wiederverschließbare Öffnung am Gehäuse kann ein an einem Durchgangsloch angeordnetes Schraubgewinde, ausgestaltet als Innengewinde, welches zum Beispiel mit einem Stopfen mit Außengewinde verschließbar ist, aufweisen. Schließlich kann die wiederverschließbare Öffnung am Gehäuse ein Durchgangsloch, welches zum Beispiel mit einem Stopfen verschließbar ist, aufweisen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist. Entsprechend ist das Fortbewegungsmittel eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile des erstgenannten Erfindungsaspektes auszuführen, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fortbewegungsmittels umfassend ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung und
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpenanordnung im Längsschnitt.
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Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 2 Bezug genommen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen PKW 1 als Ausführungsbeispiel eines Fortbewegungsmittels. In dem PKW 1 ist ein Kühlmittelbehälter 2 als Ausführungsbeispiel eines Gehäuses angeordnet. Im Kühlmittelbehälter befindet sich ein glykolhaltiges Kühlmittel 3. Des Weiteren befindet sich im Kühlmittelbehälter 2 eine Kühlmittelpumpe 4 als Ausführungsbeispiel einer elektrischen Pumpe. Die Kühlmittelpumpe ist mit einem Blech 7 als Ausführungsbeispiel eines Befestigungselements fest mit dem Kühlmittelbehälter 2 verbunden. Die Kühlmittelpumpe hat einen zylindrischen Stator 5, welcher von einem hohlzylindrischen Rotor 6 umgeben ist. Zudem hat die Kühlmittelpumpe 4 einen ersten elektrischen Anschluss 8 und einen zweiten elektrischen Anschluss 9. Der erste elektrische Anschluss 8 der Kühlmittelpumpe 4 ist mit einem Kabel 13 mit dem dritten elektrischen Anschluss 11 einer Batterie 10 als Ausführungsbeispiel eines Energiespeichers verbunden und der zweite elektrische Anschluss 9 der Kühlmittelpumpe 4 ist mit einem Kabel 13 mit dem vierten elektrischen Anschluss 12 der Batterie 10 verbunden. Die Kühlmittelpumpe 4 ist mit einer Rohrleitung 14 verbunden. Die Rohrleitung 14 hat ein erstes Ende 16 und ein zweites Ende 17. Das erste Ende 16 der Rohrleitung 14 ist innerhalb des glykolhaltigen Kühlmittels 3 angeordnet. Die Rohrleitung 14 tritt an einer Seite des Kühlmittelbehälters 2 aus dem Kühlmittelbehälter 2 aus, führt zu einem Motor 15, welcher innerhalb der Leitung 14 angeordnet ist, und tritt auf der Oberseite des Kühlmittelbehälters 2 mit dem zweiten Ende 17 der Rohrleitung 14 in den Kühlmittelbehälter 2 ein. Durch eine an dem ersten elektrischen Anschluss 8 und dem zweiten elektrischen Anschluss 9 der Kühlmittelpumpe 4 angelegte Spannung rotiert der Rotor 6 um den Stator 5 und es wird in der Rohrleitung 14 ein Unterdruck erzeugt, so dass glykolhaltiges Kühlmittel 3 am ersten Ende 16 der Rohrleitung 14 in die Rohrleitung 14 gesaugt und der Rohrleitung 14 folgend zum Motor 15 transportiert und schließlich am zweiten Ende 17 der Rohrleitung 14 wieder in den Kühlmittelbehälter 2 gegeben wird. Das glykolhaltige Kühlmittel 3 nimmt beim Umfließen des Motors 15 Abwärme des Motors 15 auf. Zudem nimmt das glykolhaltige Kühlmittel 3 beim Umfließen des Stators 5 und des Rotors 6 der Kühlmittelpumpe 4 Abwärme der Kühlmittelpumpe 4 auf. Das glykolhaltige Kühlmittel 3 gibt die aufgenommene Wärme über die Wandung des Kühlmittelbehälters 2 an die Umgebung des Kühlmittelbehälters 2 ab. Derart wird der Motor 15 und der Stator 5 sowie der Rotor 6 der Kühlmittelpumpe 4 durch das glykolhaltige Kühlmittel 3 gekühlt.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 4. In der Schnittzeichnung sind der Stator 5, der Rotor 6 das Schaufelrad 19 der Kühlmittelpumpe 4 dargestellt. Der Stator 5 und der Rotor 6 der Kühlmittelpumpe sind innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. In dem Gehäuse 2 liegt glykolhaltiges Kühlmittel 3 vor. Das Gehäuse 2 ist mit Dichtungen 18 fluiddicht abgeschlossen. Das Schaufelrad 19 erzeugt beim Betrieb der Kühlmittelpumpe 4 einen Unterdruck in der Rohleitung 14. Der Stator 5 und der Rotor 6 werden während des Betriebs der Kühlmittelpumpe 4 durch das glykolhaltige Kühlmittel 3 gekühlt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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