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Die
Erfindung betrifft ein Kunststoff-Multiprofil nach dem Oberbegriff
des ersten Schutzanspruchs, welches insbesondere einen Kern aufweist und
stabartig ausgebildet ist, wobei mehrere Kunststoff-Multiprofile
unter Verwendung von Verbindungsstücken zusammensetzbar
sind.
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Halbzeuge
in Form von Rohren aus Faserverbundwerkstoff, z. B. Carbon (Kohlenstoff-Fasern) sind
bekannt und werden auf verschiedene Weise hergestellt.
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Es
handelt sich hierbei sowohl um Rundrohre, Rechteck- oder Quadratrohre
oder auch Rohre mit anderer Geometrie bzw. Rohre oder Hohlprofile allgemein,
die in beliebiger Länge gefertigt werden. Dies sind Halbzeuge,
die in der weiteren Bearbeitung auf eine bestimmte Länge
abgeschnitten werden. Oft werden Rohrstücke verklebt mit
Metallen, Kunststoffen und sonstigen Materialien oder müssen
verschraubt oder in irgendeiner Form miteinander verbunden werden.
Soll in ein solches Rohr ein Gewinde eingelassen werden, ein Lagersitz,
eine durchgängige Verschraubung angebracht werden oder
muss das Rohr für eine Klemmverbindung verstärkt
werden, kann dies in der Regel nur an den Rohrenden bzw. nahe an
den Rohrenden geschehen.
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Hierzu
wird ein so genannter Hartpunkt aus Kunststoff oder Metall auf die
exakte Innenkontur des Rohres angepasst und vom Rohrende an die
vorgesehene Stelle eingeschoben und verklebt. Hierbei kann diese
Rohrverstärkung (Hartpunkt) aber nicht beliebig weit in
das Rohr eingeführt werden, da sich sonst der auf dem Hartpunkt
und dem Rohr aufgetragene Klebstoff abstreift und die Verklebung
ungenügend ist.
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Aus
DE 44 19 691 C1 ist
z. B. ein Längskräfte übertragender gerader
Stab aus Faserverbundwerkstoffen bekannt, der aus Kohlenstofffasern
mit einem Kern aus Schaumstoff gebildet wird und einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist. Die Verbindung einzelner Stäbe erfolgt
mittels eines schalenartigen Verbindungselementes, welches die aneinandergrenzenden
Enden zweier Stäbe umfasst, durch Verkleben des Verbindungselementes
mit dem Außenumfang der Stäbe.
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Ein
Fachwerk aus Faserverbundstäben mit Schaumstoffkern wird
in
DE 42 05 834 C1 beschrieben.
Die Verbindung der Stäbe erfolgt an Knotenpunkten über
Faserverbundplatten, an die Holmstäbe angeschlossen sind.
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Beide
vorgenannten Lösungen weisen einen relativ komplizierten
Aufbau, insbesondere an den Knotenpunkten auf und ermöglichen
nicht den Anschluss weiterer Elemente an den Stäben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Kunststoff-Multiprofil, insbesondere mit
Schaumstoffkern zu entwickeln, welches es gestattet, daran andere Bauteile
zu befestigen und wobei mehrere Kunststoff-Multiprofile einfach
und sicher an Knotenpunkten miteinander verbindbar sein sollen.
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Diese
Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs
gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das
Kunststoff-Multiprofil, welches insbesondere mit einem Kern versehen
und bevorzugt stabartig ausgebildet ist, kann durch bedarfsweise
Kombination mehrerer Kunststoff-Multiprofile und deren Verbindung
an Knotenpunkten einer Gitterstruktur gefügt werden, wobei
erfindungsgemäß in das Kunststoff-Multiprofil
an beliebigen Positionen ein oder mehrere Hartpunkte einsetzbar
sind. Dabei sitzt jeder Hartpunkt in dem Kern und wurde dazu in
diesen eingelegt oder eingepresst oder eingeschäumt.
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Nachdem
der Hartpunkt in dem Kern positioniert bzw. in diesen eingebracht
wurde, werden der Kern und die Hartpunkte mit dem Mantel aus Kunststoff
bzw. Kunststofffasermaterial ummantelt. Dadurch wird auch der Hartpunkt
ummantelt, wodurch dieser wesentlich ausreißsicherer in
dem Profil sitzt, als wenn dieser nachträglich eingesetzt
worden wäre.
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Der
Kern besteht bevorzugt aus Kunststoffschaum, z. B. aus Hartschaum,
der sehr leicht ist und dennoch dem Profil eine hervorragende Stabilität verleiht.
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Der äußere
Mantel wird bevorzugt aus Carbon-Fasermaterial aus einem Carbongewebe
(z. B. in Form eines unidirektionalen Geleges) gefertigt.
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Nachdem
der Kern mit den darin positionierten Festpunkten vorgefertigt ist,
wird dieser mit dem Carbongewebe ummantelt.
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Der äußere
Mantel und der Kern werden nun durch Tränken mit einem
aushärtbaren Material (z. B. Epoxidharz oder anderer Flüssigkunststoff)
und durch Aushärten dieses Materials miteinander vernetzt
und verbunden. Dies erfolgt bevorzugt in einer geschlossenen Form
unter Temperatureinwirkung im RTM-Verfahren.
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Anschließend
kann das so hergestellte Halbzeug auf Länge geschnitten
und weiter verarbeitet werden.
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Das
Kunststoff-Multiprofil weist insbesondere einen Querschnitt in Form
eines Vielecks, bevorzugt in Form eines Sechsecks in der Art eines
Doppeltrapezes auf. Dadurch ist eine höhere Torsions- und
Biegesteifigkeit gewährleistet.
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Vorteilhafter
Weise können mehrere stabartige Kunststoff-Multiprofile
an einem Knotenpunkt durch ein Verbindungselement miteinander verbunden
werden, so dass es möglich ist, gitterartige Raumstrukturen
herzustellen.
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Jedes
Verbindungselement besteht dabei aus zwei Halbschalen, die die zu
verbindenden Profile an dem Knotenpunkt umschließen. Dann
werden die Halbschalen mit dem Kunststoff-Multiprofil und untereinander
vorzugsweise durch Kleben verbunden. Selbstverständlich
können die Halbschalen auch miteinander verschweißt,
verschraubt oder formschlüssig verbunden sein und dadurch
die Multiprofile verbinden. Auch eine kombinierte Fügeverbindung
ist möglich.
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Weiterhin
weist das Kunststoff-Multiprofil eine Längsachse A auf
und die beiden Halbschalen liegen in der Ebene der Längsachsen
aneinander an.
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Die
Halbschalen des Verbindungselementes weisen je nach den zu verbindenden
Kunststoff-Multiprofilen entsprechende Ausnehmungen auf.
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Sollen
z. B. zwei in ihrer Längsachse fluchtende Kunststoff-Multiprofile
miteinander verbunden werden, ist die Ausnehmung in jeder Halbschale I-förmig
und entspricht dem halben Doppel-Trapez-Profil des Querschnitts
des Kunststoff-Multiprofiles.
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Sollen
zwei Kunststoff-Multiprofile an ihren Enden rechtwinklig verbunden
werden, so weisen die Halbschalen L-förmige Ausnehmungen
mit bevorzugt gleichen Schenkellängen auf.
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Sollen
drei Kunststoff-Multiprofile mit ihren Enden T-förmig ausgerichtet
werden oder soll zwischen den beiden Enden eines Kunststoff-Multiprofils ein
weiteres Profil rechtwinklig (T-förmig) anschließen,
sind die Halbschalen mit T-förmigen Ausnehmungen versehen.
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Zur
Befestigung von vier jeweils im Winkel von 90° zueinander
angeordneten Kunststoff-Multiprofilen weisen die Halbschalen kreuzförmige
Ausnehmungen auf.
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Mit
diesen vier unterschiedlichen Formen der Verbindungselemente ist
es möglich, unterschiedlichste Verbindungsarten und Strukturen
herzustellen.
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Die
Halbschalen können weiterhin an ihren aneinander anliegenden
Seiten laschenartige Ausformungen aufweisen, in die wiederum Befestigungspunkte/Befestigungsausnehmungen
integriert sind, so dass die aus den Kunststoff-Multiprofilen in
Verwendung der Verbindungselemente hergestellten Strukturen an einem
System befestigbar sind.
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Das
Carbon-Multiprofil kann somit vielfältig für den
Handhabungs-, Zuführungs- und Lehrenbau, für den
Industrieeinsatz oder auch in anderen Bereichen eingesetzt werden.
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Die
Verbindungselemente bestehen bevorzugt aus Carbon bzw. Carbonfasermaterial
und die Hartpunkte aus metallischem Werkstoff, Keramik oder Kunststoff.
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Es
ist möglich, die Hartpunkte mechanisch zu bearbeiten, z.
B. Bohrungen einzubringen und Gewinde zu schneiden.
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Die
Hartpunkte können jedoch auch komplett bearbeitet eingebracht
oder in Form eines Befestigungselementes oder Lagersitzes ausgebildet
sein.
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Weiterhin
ist es möglich, die beiden Halbschalen des Verbindungselementes
scharnierartig miteinander zu verbinden. Dann ist es vorteilhaft, wenn
diese durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
dreidimensionale Darstellung eines Kunststoff-Multiprofiles,
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1a:
Vorderansicht gem. 1,
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2:
Schnitt A-A gem. 1,
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3:
Draufsicht gem. 1,
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4:
schematische dreidimensionale Darstellung von zu einem Quadrat zusammengesetzten Kunststoff-Multiprofilen,
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5:
fertig montierte Kunststoff-Multiprofile gem. 4,
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6:
Halbschalen verschiedener Verbindungselemente.
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In 1 wird
die dreidimensionale Darstellung und 1a die
Vorderansicht, in 2 der Schnitt A-A und in 3 die
Draufsicht eines Kunststoff-Multiprofiles 1 gezeigt. Das
Kunststoff-Multiprofil 1 weist einen doppel-trapezförmigen
Querschnitt auf. Dadurch entstehen zwei zueinander parallele Außenseiten 1a.
An jede Seite 1a schließen sich jeweils zwei in
Bezug auf die Längsachse A nach außen gerichtete
Seiten 1b an. Das Kunststoff-Multiprofil weist an seinem
Außenumfang einen Mantel 2 aus Carbon-Fasermaterial
auf und besitzt einen Kern 3 aus einem leichten Kunststoffschaum.
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In
diesen Kern wurden zwei Hartpunkte 4.1, 4.2 aus
Aluminium (oder sehr festem Kunststoff) nach Kundenwunsch eingesetzt.
Der erste Hartpunkt 4.1 weist einen Abstand X und der zweite
Hartpunkt 4.2 einen Abstand Y von dem hier linken Ende
des Kunststoff-Multiprofiles auf. In den ersten Hartpunkt 4.1 wurde
eine Durchgangsbohrung 5 und in den zweiten Hartpunkt 4.2 eine
Gewinde-Sacklochbohrung 6 eingebracht. Vorteilhaft ist,
dass sich der Mantel 2 außen über die
Hartpunkte 4.1, 4.2 erstreckt und diese dadurch
einer hohen Axialbelastung standhalten und somit äußerst
ausreißsicher sind.
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In 1a sind
zusätzlich die Schnitte zweier Halbschalen 8.1 eines
Verbindungselementes angedeutet. Jede Halbschale 8.1 weist
in Richtung zu der anderen Halbschale 8.1 eine Anlagefläche
F auf.
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4 zeigt
die schematische Darstellung aller Teile zur Herstellung eines Quadrates
mit einem Innengitter.
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Die
vier äußeren Kunststoff-Multiprofile 1 weisen
dabei eine größere Länge auf, als die
vier inneren Multiprofile 1. Die vier inneren Kunststoff-Multiprofile 1 sind
an ihrem inneren Ende bereits mittels eines ersten Verbindungselementes 7 verbunden, welches
aus zwei ersten Halbschalen 7.1 gebildet wird, die hier
nicht sichtbare kreuzförmige Ausnehmungen aufweisen und
die vier Enden der inneren Multiprofile 1 umschließen
und mit diesen bereits verklebt sind.
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Die
vier äußeren Kunststoff-Multiprofile 1 sollen
an ihren Enden miteinander über zweite Verbindungselemente 8 verbunden
werden, die ebenfalls aus zwei zweiten Halbschalen 8.1 gebildet
werden. Die Halbschalen 8.1 sind ebenfalls der äußeren
Form der beiden in den äußeren Eckbereichen zu
verbindenden Kunststoff-Multiprofile angepasst und weisen L-förmige
Ausnehmungen L auf.
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Die äußeren
Enden der inneren Kunststoff-Multiprofile 1 sollen mittels
dritter Verbindungselemente 9, die ebenfalls aus zwei Halbschalen 9.1 gebildet
werden, die T-förmige Ausnehmungen T aufweisen, in der
Mitte der äußeren Kunststoff-Multiprofile 1 befestigt
werden.
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Das
fertig hergestellte Gitter ist in 5 dargestellt.
Die Verbindungselemente 7, 8, 9, wurden
mit den Kunststoff-Multiprofilen 1 verklebt, wodurch eine feste
unlösbare Verbindung entsteht.
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Die
ersten, zweiten und dritten Verbindungselemente 7, 8, 9,
weisen an den innen liegenden Schenkeln und das zweite Verbindungselement 8 zusätzlich
nach außen gerichtete laschenartige Ausformungen 10 auf,
in welche Befestigungsbohrungen 11 eingebracht sind.
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Die
vier äußeren Kunststoff-Multiprofile 1 weisen
dabei eine größere Länge auf, als die
vier inneren Multiprofile 1. Die vier inneren Kunststoff-Multiprofile 1 sind
an ihrem inneren Ende bereits mittels eines ersten Verbindungselementes 7 verbunden, welches
aus zwei ersten Halbschalen 7.1 gebildet wird, die hier
nicht sichtbare kreuzförmige Ausnehmungen aufweisen und
die vier Enden der inneren Multiprofile 1 umschließen
und mit diesen bereits verklebt sind.
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Die
vier äußeren Kunststoff-Multiprofile 1 sollen
an ihren Enden miteinander über zweite Verbindungselemente 8 verbunden
werden, die ebenfalls aus zwei zweiten Halbschalen 8.1 gebildet
werden. Die Halbschalen 8.1 sind ebenfalls der äußeren
Form der beiden in den äußeren Eckbereichen zu
verbindenden Kunststoff-Multiprofile angepasst und weisen L-förmige
Ausnehmungen L auf.
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Die äußeren
Enden der inneren Kunststoff-Multiprofile 1 sollen mittels
dritter Verbindungselemente 9, die ebenfalls aus zwei Halbschalen 9.1 gebildet
werden, die T-förmige Ausnehmungen T aufweisen, in der
Mitte der äußeren Kunststoff-Multiprofile 1 befestigt
werden.
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Die
Halbschalen von unterschiedlichen Varianten der Verbindungselemente 7, 8, 9 sind
in 6 dargestellt. Die erste Halbschale 7.1 eines
kreuzförmigen ersten Verbindungselementes mit einer kreuzförmigen
Ausnehmung + ist oben links dargestellt. Die zweite Halbschale 8.1 eines
L-förmigen zweiten Verbindungselementes 8 mit
einer L-förmigen Ausnehmung zwigt die Darstellung oben
links und in der unteren Darstellung der 6 ist eine
dritte Halbschale 9.1 eines T-förmigen Verfindungeelementes mit
einer T-förmigen Ausnehnung dargestellt.
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Zwischen
den Schenkeln der Verbindungselemente 7, 8, 9,
in denen die Ausnehmungen +, L, T eingeformt sind, erstrecken sich
laschenartige Elemente 10, die jeweils eine Bohrung 11 aufweisen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmalig
möglich, ein Carbonprofil herzustellen, welches in dem
Hartschaum nach Kundenwunsch an den für den Weiterverarbeiter
wichtigen Punkten (also dort wo eine Schraubverbindung, Durchgangsbohrungen,
Lagersitze, Aussparungen o. ä. eingelassen werden sollen)
Hartpunkte aus Aluminium, anderen Metallen oder sehr festen Kunststoffen
aufweist. Der Kern wird mit Carbonfasern (auch Carbon-Geweben und
UD-Gelegen) ummantelt, alles zusammen dann in eine geschlossene
Form gegeben und im RTM-Verfahren mit Epoxid-Harz (oder einem anderen
Flüssigkunststoff) durch Injektion getränkt und alle
Bestandteile somit miteinander vernetzt und verbunden. Durch das
Beheizen der Form wird das Bauteil ausgehärtet. Anschließend
kann das Profil auf seine bestimmte Länge abgeschnitten
und weiterverarbeitet werden und die zuvor beschriebenen Gewinde,
Lagersitze o. ä. an den hierfür vorgesehenen Punkten
eingebracht (gebohrt, gefräst) werden. Ein weiterer wesentlicher
Vorteil des erfindungsgemäßen Carbon-Multipofils
sind die möglichen standardisierten Verbindungsknotenpunkte,
die alle nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Es handelt sich
hierbei um die in 4 und 5 beschriebenen
Verbindungselemente in Form von Halbschalen aus Carbon, in die das
Carbon-Multiprofil von zwei, drei, oder vier Seiten aus eingebracht
wird. Die Carbon-Schalen werden dann bevorzugt durch Klebstoff mit
dem Carbon-Multiprofil stoffschlüssig verbunden, dabei wird
die jeweilige Richtung des Profilstücks durch die Carbon-Schalen
(Halbschalen) vorgegeben. Verschiedenartig ausgebildete Halbschalen
(z. B. 90° Ecke, T-Stück, Kreuzung etc.) bieten
hierbei Baugeometrien in vielfältigsten Möglichkeiten.
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Neben
den vorgenannt beschriebenen Ausführungsbeispielen ist
es auch möglich, die Verbindungselemente so auszubilden,
dass die Halbschalen nach dem Umschließen des Kunststoff-Multiprofiles
mittels Rastelementen miteinander lösbar oder unlösbar
verrasten. Es ist möglich, diese an ihren Innenflächen
mit einer Klebstoffschicht zu beschichten, die nach der Montage
mit den Kunststoff-Multiprofilen verklebt. Die Klebstoffschicht
kann mittels einer Folie abgedeckt werden, die erst vor der Montage
entfernt wird. Dabei ist es möglich, die Innenflächen
der Halbschalen auch nur bereichsweise mit Klebstoff zu beschichten.
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Mit
der Erfindung wird ein einfaches, funktionssicheres Kunststoff-Multiprofil
mit kundenspezifisch eingebrachten Hartpunkten geschaffen, welches
effektiv zu einem Gittersystem unter Verwendung von Knotenpunkten
montierbar und vielfältig einsetzbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4419691
C1 [0005]
- - DE 4205834 C1 [0006]