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Die Erfindung betrifft einen Faulbehälter zur Erzeugung von Biogas, mit einem Behältertopf zur Aufnahme von Biomasse und einer Abdeckung aus einer Folienhaube.
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In einer Biogasanlage wird in einem oder mehreren Faulbehältern ein brennbares Faulgas durch anaerobe Vergärung eines Gärsubstrats aus landwirtschaftlicher Biomasse erzeugt, z.B. aus Mais- und Grassilage bzw. organischen Abfällen wie Gülle und Kompost. Das Faulgas kann in einem angeschlossenen Blockheizkraftwerk in elektrische Energie und Wärmeenergie umgesetzt werden. Hierzu werden die meist regelmäßig in großen Mengen anfallenden Biomassen in tankförmigen Anlagen, z.B. Güllesilos, gesammelt und anschließend in geschlossenen Faulbehältern vergoren und dabei das so genannte Biogas erzeugt. Dabei muss ein solcher Faulbehälter zeit- und mengenrichtig mit neuem Gärsubtrat beschickt, und es müssen verbrauchte Behälterfüllungen entleert werden. Weiterhin muss der Vergärungsprozess im Behälterinneren in Gang gesetzt und aufrechterhalten werden. Hierzu sind Faulbehälter mit verschiedenen Aggregaten ausgestattet.
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Aus der
DE 196 08 996 C1 ist eine Vorrichtung zur Lagerung flüssiger organischer Stoffe wie Gülle und zur Speichung von Biogas bekannt. Dabei ist eine dauerelastische, methanbeständige Formplane am oberen Rand eines zylindrischen Behälters und an einer kreisrunden Scheibe gasdicht befestigt, welche sich am oberen Ende eines Führungsrohrs befindet. Das Führungsrohr kann auf einem in der Mitte des Behälterbodens befestigten Dorn in senkrechter Richtung gleiten, so dass die Scheibe die Formplane zur Mitte des zylindrischen Behälters zentriert und fixiert. Hierdurch wird ein als Gasspeicher nutzbarer gasdichter Raum über der Gülle gebildet. Durch das Heben oder Senken der Scheibe wird der Speicherraum vergrößert oder verkleinert.
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Aus der
DE 298 12 023 U1 ist ebenfalls ein Speicher mit einem Gärbehälter für eine Biogasanlage bekannt. Dieser ist als ein nach oben offenes Bassin ausgebildet und am oberen Rand durch eine gasdichte Folie gasdicht abgeschlossen. Der Gärbehälter weist zur mechanischen Abstützung der Folie eine Abdeckung an der oberen Öffnung auf. Diese ist als Leichtkonstruktion aus mehreren an der Behälterwand angebrachten Balken ausgeführt. Auf den Balken ist eine Lattung als Tragkonstruktion für die Folie angebracht.
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Ein wichtiges Aggregat dieser Art ist ein Rührwerk, welches mit einem bevorzugt elektrischen Antrieb angetrieben wird. Hiermit kann eine Füllung aus Biomasse in einem Faulbehälter homogenisiert und durchmischt werden. Hierzu sind Rührwerke in unterschiedlichen Typen und Ausführungen bekannt.
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Aus der
DE 10 2005 041 798 A1 ist ein Rührwerk für einen Fermenter bekannt. Der Fermenterkörper weist eine kreisförmige Bodenplatte, sowie aus Betonfertigteilen zusammengesetzte Seitenwandungen und Decke auf. Im Fermenterkörper befindet sich eine etwa vertikal angeordnete Rührwelle mit Paddeln. Ein Antriebsmechanismus greift am oberen Endbereich der Rührwelle oberhalb der Decke ein.
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Aus der
EP 1 717 305 A1 ist ein Biogasanlagen-Serviceschacht für einen Fermenterbehälter einer Biogasanlage bekannt. Dieser ist als gasdichte Abdeckung domartig über einer Serviceöffnung angebracht, die in einem gegen die Horizontale geneigten Fermenterbehälter-Foliendach ausgebildet ist. Der Serviceschacht ist über eine Tragkonstruktion auf der Innenseite einer Seitenwand des Fermenterbehälters an deren oberen Rand angebracht. Der Folienrandbereich um die Serviceöffnung im Foliendach, welches ebenfalls an diesem oberen Rand der Seitenwand befestigt ist, ist über eine den Serviceschacht umlaufende Klemmleiste gasdicht verklemmt.
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So ist ein erster Typ von Rührwerken so ausgeführt, dass dieser komplett im Inneren eines Faulbehälters platziert werden kann. Bei einer ersten Ausführung dieses Typs, z.B. als ein Tauchmotorrührwerk, ist das Rührwerk komplett mit Antrieb und Getriebe in der Masse des Gärsubstrats versenkt. Bei einer zweiten Ausführung dieses Typs sind nur die Rührelemente des Rührwerks in das Gärsubstrat eingetaucht, während sich die Antriebs- und Getriebeeinheit im Inneren des Faulbehälters oberhalb des maximalen Flüssigkeitspegels des Gärsubstrats und im Gasspeicherraum befinden. Derartige Rührwerke können zwar kompakt aufgebaut werden. Jedoch sind insbesondere deren Antriebs- und Getriebeeinheiten im Inneren eines Faulbehälters Korrosionen ausgesetzt, z.B. durch organische Inhaltsstoffe, welche z.B. eine bakterielle anaerobe Korrosion hervorrufen können, durch anorganische Chemikalien und durch Temperatureinwirkung. Zudem machen Reparaturen und Servicearbeiten an deren Antriebs- und Getriebeeinheiten eine Öffnung des Faulbehälters und eine Entnahme dieser Komponenten erforderlich.
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Bei einem zweiten Typ von Rührwerken sind die Rührelemente bzw. die Antriebs- und Getriebeeinheit getrennt voneinander innerhalb bzw. außerhalb des Faulbehälters platziert und über eine Welle miteinander verbunden. Dabei sind zwar die Antriebs- und Getriebeeinheit von außen leicht zugänglich. Dennoch treten Anordnungsprobleme besonders dann auf, wenn der Faulbehälter einen mit einer Folienhaube abgedeckten Behältertopf aufweist. In einem solchen Fall kann zwar die Antriebs- und Getriebeeinheit auf einer in der Regel vertikalen äußeren Mantelseite des Behältertopfes montiert und über eine Durchführung mit den innen liegenden Rührelementen verbunden sein.
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Die davon angetriebenen Rührelemente im Inneren eines Faulbehälters weisen dann z.B. eine horizontale Rotationsachse auf. Die Durchmischungswirkung einer solchen Anordnung ist jedoch eingeschränkt, und es besteht bei einem niedrigen Füllstand an Gärsubstrat im Inneren des Behältertopfes die Gefahr, dass die Rührelemente leer laufen. Dies kann zwar durch eine vertikale Anordnung der Rotationsachse vermieden werden. Jedoch muss hierzu ein wiederum im Inneren des Faulbehälters befindliches Umlenkgetriebe zwischen einer horizontalen Antriebsstange der außen liegenden Antriebseinheit und einer vertikalen Rotationsachse für die Rührelemente vorgesehen sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Faulbehälter, welcher einen mit einer Folienhaube abgedeckten Behältertopf zur Aufnahme von Biomasse aufweist, so weiterzubilden, dass das Rührwerk optimal auf den Behälterinhalt einwirken kann und leicht von außen zugänglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst mit dem in Anspruch 1 angegebenen Faulbehälter. Vorteilhafte, weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Ausführung des Faulbehälters, der einen mit einer Folienhaube gasdicht abgedeckten Behältertopf aufweist, bietet den besonderen Vorteil, dass ein Rührwerk mit einer vertikalen Anordnung der Rührelemente an einer Stelle im Inneren des Behältertopfes angeordnet werden kann, die eine optimale Rührwirkung auf eine Füllung mit gülleartiger Biomasse ermöglicht. Weiterhin können auch bei Faulbehältern mit Folienhauben vertikale Rührwerke eingesetzt werden, womit eine schonende Homogenisierung eines Gärsubstrats unter Aufrechterhaltung der für den mikrobiologischen Abbauprozess erforderlichen Schichtung im Inneren der Substratfüllung erreicht werden kann. Weiterhin ist der Antrieb des Rührwerks an einer leicht zugänglichen Stelle außerhalb des Gasraumes auf der Außenseite der Folienhaube platziert. Service- und Reparaturmaßnahmen können somit jederzeit vollständig außerhalb des Gasraumes und ohne Störung der biologischen Prozesse im Inneren des Faulbehälters durchgeführt werden.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass das innen liegende, oberhalb des maximalen Füllstandes an Biomasse verlaufende Tragwerk statisch und konstruktiv einfach ausgeführt werden kann. Dieses hat die Aufgabe eine Montage- und Zugangsebene für das vertikale Rührwerk und dessen außen liegender Antriebselemente bereitzustellen, muss aber nicht gasdicht sein bzw. einem Gasdruck standhalten. Vorteilhaft ist das Tragwerk in Form von bevorzugt horizontal verlaufenden Verstrebungen ausgeführt. Andererseits ist es nicht ausgeschlossen, dass die Verstrebungen auch eine Art Dachstuhl bilden, z.B. für ein Rund-, Spitz- oder Pultdach.
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Die Verstrebungen können aus unterschiedlichen Materialien bestehen, z.B. aus Stahlrohren, Winkeleisen, Stahl- bzw. Betonträgern. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Verstrebungen des Tragwerks in Form einer Balkendecke gestaltet. Diese kann sternförmig und bevorzugt horizontal angeordnete Holzbalken aufweisen, welche auf dem Rand des Behältertopfes und auf einer zentralen Mittelstütze aufgelegt sind. Zudem kann die Balkendecke mit einem Boden, z.B. Bretterboden, und einer Abdeckung, z.B. einer Wärmeisolierung aus Vliesstoff, belegt sein.
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Auf Grund der Erfindung ist keine aufwendige Abdeckung des Behältertopfes etwa in Form einer geschlossenen, gasdichten Stahlbetondecke erforderlich. Die erfindungsgemäße Ausführung aus einem Tragwerk mit einer gasdicht überspannenden Folienhaube eignet sich somit auch besonders zum nachträglichen Einbau in bereits vorhandene, offene Faulbehälter. Behälter dieser Art können, z.B. zur Einhaltung von emissionstechnischen Bestimmungen, nachträglich mit überschaubarem Aufwand gasdicht verschlossen und zugleich mit einem wirkungsvollen vertikalen Rührwerk und servicefreundlich außen liegendem Antrieb ausgestattet werden.
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Vorteilhaft ist die Folienhaube so ausgeführt, dass diese aus einem dehnbaren Material besteht, aufblasbar ist und auf diese Weise einen zusätzlichen Gasspeicherraum zur Verfügung stellt.
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Erfindungsgemäß weist diese eine trichterförmige Einschnürungsmulde auf, welche bis auf das Tragwerk hinuntergezogen und gasdicht über Klemmmittel gehalten ist. Das Rührwerk ist so im Behältertopf platziert, dass im Bereich der trichterförmigen Einschnürungsmulde die Welle des Rührwerks durch Tragwerk und Folienhaube geführt und der Antrieb für die Welle angeordnet ist. Für eine aufblasbare, einen zusätzlichen Gasspeicherraum bereit stellende Folienhaube stellt das Tragwerk auch eine Art Auffangebene für die Folienhaube bereit, falls der Innendruck des Biogases stark abgenommen hat und die Gefahr eines zu starken Einsinkens der dann nicht gespannten Folienhaube in das Innere des Behältertopfes bestehen sollte. Dies bietet den weiteren Vorteil, dass trotz der außen liegenden Platzierung des Antriebs eines vertikalen Rührwerks in der trichterförmigen Einschnürungsmulde der verfügbare variable Gasspeicherraum unterhalb der Folienhaube so wenig wie möglich eingeschränkt wird.
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Weiterhin kann der Montageort des vertikalen Rührwerks abhängig von Größe, Form des Behältertopfes und Lage der Ein- und Auslässe für Biomasse anlagenabhängig ausgewählt werden, um eine schonende Durchmischung einer Charge an Biomasse bei optimalen Strömungsverhältnissen zu erreichen. Zudem ist diese Ausführung besonders für einen Faulbehälter geeignet, dessen Behältertopf einen großen Durchmesser aufweist. Auch diese Ausführung bietet im Falle einer Reparatur eine einfache Zugänglichkeit des außenliegenden Rührwerksantriebs in der trichterförmigen Einschnürungsmulde der Folienhaube. Hierzu ist lediglich die Füllung der Folienhaube durch Ablassen von Biogas so zu reduzieren, dass die Folienhaube von oben begehbar wird.
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Ein beispielhafter, gemäß der Erfindung ausgeführter Faulbehälter wird nachfolgend an Hand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine seitliche Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäß ausgeführten Faulbehälters, und
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2 eine Draufsicht auf den Faulbehälter von 1.
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In den 1 und 2 ist ein Beispiel für eine Ausführung eines Faulbehälters G1 gemäß der Erfindung in einer seitlichen Schnittdarstellung und in einer Draufsicht gezeigt. Dabei weist der Faulbehälter G1 einen Behältertopf 1 mit einem Boden 11, insbesondere einer Bodenplatte aus Stahlbeton, und einer bevorzugt zylindrisch umlaufenden Behälterwand 12 auf, welche vorteilhaft ebenfalls aus Stahlbeton gefertigt sein kann. Der hiervon im Behälterinnenraum 13 umfasste Hauptraum 13a kann zur Bildung von Biogas mit einer gülleartigen, zu vergärenden Biomasse 14 befüllt werden. Eine mögliche maximale Befüllung ist in 1 durch einen oberen Flüssigkeitspegel 14a in einer strichpunktierten Linie symbolisiert.
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Im Behältertopf 1 ist erfindungsgemäß ein Tragwerk 22 eingebaut, welches oberhalb des maximalen Füllstandes 14a der Biomasse 14 verläuft. Bei der dargestellten Ausführung besteht dieses vorteilhaft aus einer Verstrebung 22a in Form einer beispielhaften Balkendecke mit einer Vielzahl von horizontal angeordneten Holzbalken. Als ein Bestandteil der Behältereinbauten 2 ruht das Tragwerk 22 auf einer Mittelstütze 21 und ist auf dem umlaufenden oberen Rand der Behälterwand 12 abgestützt. Da das Tragwerk keine abdichtende Funktion hat, kann das durch Vergärung der Biomasse 14 im Hauptraum 13a gebildete Faulgas dieses durchdringen und bis unter eine Folienhaube 31 gelangen. Diese dient zur gasdichten Abdeckung des Behältertopfes 1 und ist im Beispiel der 1 und 2 als ein erweiterter Gasspeicherraum 13b mit variablem Volumen ausgeführt, und besteht aus einem reißfesten, gasdichten, dehnbaren Material.
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Erfindungsgemäß ist ein Rührwerk 23 mit einer senkrecht stehenden Drehwelle 23a und einer Vielzahl von daran befindlichen Rührelementen 23d, insbesondere Paddeln, vertikal im Behältertopf 1 angeordnet. Dabei ruht das untere Ende der Drehwelle 23a über einem Bodenlager 23b auf der Innenseite der Bodenplatte 11, während das obere Ende über ein Lager 23c durch das Tragewerk 22 und über eine Durchtrittsöffnung 31c der Folienhaube 31 bis auf deren Außenseite 31d geführt ist. Erfindungsgemäß wird der dortige Raum durch eine trichterförmige Einschnürungsmulde 31a in der Folienhaube 31 bereitgestellt. Hierzu ist die Folienhaube 31 in diesem Bereich bis auf die Außenseite des Tagwerks 22 hinuntergezogen und dort gasdicht über Klemmmittel 33 gehalten. Wie im Schnitt der 1 gezeigt, sind der reifenförmig Rand der Folienhaube 31 über umlaufende Randhalterungen 32 gasdicht mit der Oberkante der Behälterwand 12 verbunden. Die Folienhaube stellt somit einen zusätzlichen Gasspeicherraum 13b zur Verfügung, der bei ausreichendem Gasdruck aufgebläht wird.
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Die vorteilhafte Ausführung gemäß der 1 und 2 bietet den Vorteil, dass das Rührwerk 23 sowohl senkrecht stehend an einer bezüglich der gewünschten Homogenisierungswirkung vorteilhaften Stelle im Behältertopf 1 angeordnet sein kann, als auch das obere Ende der Welle 23a im Bereich einer trichterförmigen Einschnürungsmulde 31a in der Folienhaube 31 durch das Tragwerk 22 und die Folienhaube 31 geführt ist. Ein Antrieb 34 für die Welle 23a des Rührwerks 23, der z.B. einen Motor 34b und ein Übersetzungsgetriebe 34a umfasst, ist somit leicht zugänglich außerhalb der Folienhaube 31 in der trichterförmigen Einschnürungsmulde 31a auf der Decke 22 angeordnet. Zur besseren Halterung und zum Verschluss einer möglicherweise darunter in der Decke befindlichen Öffnung können die Klemmmittel 33 als entnehmbaren Deckel mit Klemmprofil ausgeführt sein.
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2 zeigt diese Ausführung in einer Draufsicht. Dabei ist in einer strichlierten Kreislinie eine Art Höhenlinie 31b eingezeichnet, die den Übergang von den äußeren, ansteigenden Oberflächenbereichen der Folienhaube 31 zu den herunter gezogenen Bereichen im Inneren der trichterförmigen Einschnürungsmulde 31a symbolisiert. Weiterhin symbolisiert eine strichlierte Gerade I die Schnittlinie der Schnittdarstellung von 1.
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Die trichterförmige Einschnürungsmulde 31a bzw. das vertikale Rührwerk 23 sind im Beispiel der 1 und 2 vorteilhaft exzentrisch auf dem Tragwerk 22 bzw. im Behälterinnenraum 13 platziert. Dies hat einerseits den Vorteil, dass der konstruktive Aufbau der Behältereinbauten 2, insbesondere eine statisch günstige zentrale Anordnung der Mittelstütze 21 und die Ausführung und Auflage der Verstrebung 22a nicht beeinträchtigt wird. Andererseits kann eine wirkungsoptimale und von den Abmessungen des Faulbehälters G abhängige Einbaulage für das vertikale Rührwerk 23 ausgewählt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften, im Beispiel der 1 bereits dargestellten Ausführung ist das Tragwerk 22 als eine Balkendecke 22a gestaltet. Diese besteht vorteilhaft aus sternförmig und horizontal angeordneten Holzbalken, die einerseits auf der Mittelstütze 21 und andererseits auf dem Rand der Behälterwand 12 aufgelegt sind. Ein solcher, im Gasraum des Faulbehälters G befindlicher Aufbau ist völlig ausreichend, um eine Ebene bereitzustellen, die sowohl zur Halterung des Rührwerks 23 als auch zur Abstützung einer mangels Gasdruck eingesunkenen Folienhaube 31 dient. Vorteilhaft können die Balken der Verstrebung 22a auch mit einem Bretterboden 22b versehen werden, um eine Begehbarkeit im Falle der Durchführung von Reparaturmaßnahmen zu erleichtern. Schließlich können noch Abdeckungen vorhanden sein, z.B. eine Wärmeisolierung aus einem Vliesstoff.
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Bezugszeichenliste
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- G1
- Faulbehälter mit aufblasbarer Folienhaube als Gasspeicherraum
- 1
- Behältertopf, bevorzugt aus Stahlbeton
- 11
- Boden, insbesondere Bodenplatte aus Stahlbeton
- 12
- Behälterwand, bevorzugt zylindrisch aus Stahlbeton
- 13
- Behälterinnenraum
- 13a
- Hauptraum im Behältertopf zur Aufnahme der zu vergärenden Biomasse mit Gasglocke
- 13b
- erweiterter Gasspeicherraum mit variablem Volumen
- 14
- Befüllung Biomasse
- 14a
- oberer Flüssigkeitspegel
- 2
- Behältereinbauten
- 21
- Mittelstütze
- 22
- Tragwerk, insbesondere mit horizontaler Oberfläche
- 22a
- Verstrebung, insbesondere sternförmig angeordnete und auf der Mittelstütze aufgelegte Holzbalken
- 22b
- Bretterboden
- 22c
- Abdeckung, insbesondere Wärmeisolierung mit Vliesstoff
- 23
- Rührwerk, vertikal
- 23a
- Welle, senkrecht stehend mit Rührelementen
- 23b
- Bodenlager auf Bodenplatte
- 23c
- Lager und Durchführung durch die Balkendecke, Deckel
- 23d
- Rührelemente, insbesondere Paddel
- 3
- Behälteraufbauten
- 31
- Folienhaube aus reißfestem, gasdichtem, dehnbaren Material
- 31a
- trichterförmige Einschnürungsmulde
- 31b
- Höhenlinie
- 31c
- Durchtrittsöffnung für die Welle des Rührwerks
- 31d
- Außenseite
- 32
- Randhalterung der Folienhaube, umlaufend
- 33
- Klemmmittel im Einschnürungsbereich zur Befestigung der Folienhaube auf dem Tragwerk, insbesondere Deckel mit Klemmprofil
- 34
- Antrieb für Rührwerk
- 34a
- Getriebe
- 34b
- Motor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19608996 C1 [0003]
- DE 29812023 U1 [0004]
- DE 102005041798 A1 [0006]
- EP 1717305 A1 [0007]
