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Die Erfindung betrifft einen Gas-Flächenbrenner mit einem in einer Längsrichtung verlaufenden Gasrohr, an dem in gegenseitigen Abständen eine Vielzahl von Gasdüsen gehalten sind, deren Austrittsachsen parallel zueinander und quer zur Längsrichtung angeordnet sind, und mit einer Vielzahl von Strömungsleiteinrichtungen, denen jeweils mindestens eine Gasdüse zugeordnet ist.
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Ein derartiger Gas-Flächenbrenner ist beispielsweise aus der
US 2014/0099591 A1 bekannt und wird dort als Kanalbrenner zur Aufheizung von Gasturbinenabgas eingesetzt. Hierbei sind die Strömungsleiteinrichtungen unmittelbar an dem Gasrohr befestigt, was nachteilig ist. Das Gasrohr muss die Last der Strömungsleiteinrichtungen tragen, was aus konstruktiven Gründen nicht vorteilhaft ist, und andererseits können an dem Gasrohr nicht ohne weiteres Bauteile angeschraubt oder angeschweißt werden, da dieses selbstverständlich gasdicht sein muss.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den vorgenannten Nachteil zu beseitigen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Gas-Flächenbrenner durch die Maßnahme gelöst, dass benachbart zu dem Gasrohr ein in Längsrichtung verlaufender Träger angeordnet ist, an dem die Strömungsleiteinrichtungen gehalten sind.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass die gesamte Anordnung aufgrund der erheblichen Temperaturunterschiede einerseits zwischen Betriebs- und Ruhezustand und andererseits zwischen den Strömungsleiteinrichtungen und dem Gasrohr erheblichen unterschiedlichen thermischen Materialausdehnungen unterworfen ist, was nachteilig ist, wenn die Strömungsleiteinrichtungen fest mit dem Träger verbunden sind. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrichtungen mit Spiel steckbar an dem Träger gehalten sind.
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Dadurch sind die Strömungsleiteinrichtungen, die im Betrieb erhebliche Temperaturen annehmen können, sowohl von dem Träger als auch insbesondere von dem Gasrohr mechanisch entkoppelt, so dass unvermeidlich auftretende thermische Materialdehnungen nicht zu unzuträglichen Spannungen im Träger oder im Gasrohr führen können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Strömungsleiteinrichtungen lösbar, insbesondere werkzeuglos lösbar an dem Träger gehalten sind, so dass die Strömungsleiteinrichtungen problemlos von dem Träger abgenommen bzw. ausgetauscht werden können.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Träger das Gasrohr mit Abstand wenigstens teilweise umschließt und mit Austrittsachsen der Gasdüsen fluchtende Brenngasaustrittsöffnungen aufweist.
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Es ist zweckmäßig, wenn der Träger als ein das Gasrohr mit Abstand umschließendes Trägerrohr ausgebildet ist, das im Querschnitt zylindrisch oder oval sein kann. Das Gasrohr kann konzentrisch oder exzentrisch in dem Trägerrohr angeordnet sein, und zwar zweckmäßigerweise exzentrisch entgegen einer Gasaustrittsrichtung aus den Gasdüsen.
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Der Gas-Flächenbrenner kann in einem Kanal angeordnet sein, der zwei gegenüberliegende, quer zur Längsrichtung verlaufende Kanalwände aufweist, wobei das Gasrohr an einem Zufuhrende an einer ersten Kanalwand fest gehalten und an einem gegenüberliegenden geschlossenen Ende an einer zweiten Kanalwand zum Wärmedehnungsausgleich in Längsrichtung verlagerbar geführt ist. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass der Träger an einem ersten Ende an der ersten Kanalwand fest gehalten und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende an der zweiten Kanalwand zum Wärmedehnungsausgleich in Längsrichtung verlagerbar geführt ist.
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Jede Strömungsleiteinrichtung kann mindestens ein an dem Träger gehaltenes Befestigungselement und mindestens ein mittels des Befestigungselements gehaltenes Strömungsleitelement aufweisen, wobei das Befestigungselement an dem Träger und das mindestens eine Strömungsleitelement an dem Befestigungselement mit Spiel steckbar und insbesondere lösbar gehalten ist.
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Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass jedes Strömungsleitelement zwei mit Abstand in Längsrichtung angeordnete Befestigungsplatten aufweist, die mit Befestigungslaschen mit Spiel in Halteschlitze des Trägers eingreifen, wobei mindestens eine Befestigungslasche einer Befestigungsplatte eine Sicherungsöffnung aufweist, die sich im Montagezustand auf einer von dem übrigen Teil der Befestigungsplatte abgekehrten Seite des Trägers befindet und in die mindestens ein Sicherungselement einsteckbar ist. Die Befestigungsplatten sind bevorzugt quer zur Längsachse orientiert.
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Das mindestens eine Sicherungselement kann stangenförmig sein und sämtliche Befestigungsplatten gleichzeitig sichern, indem es in die in Längsrichtung fluchtenden Sicherungsöffnungen aller Befestigungsplatten eingreift.
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Es kann vorgesehen sein, dass von zwei Befestigungsplatten einer Strömungsleiteinrichtung mindestens ein Strömungsleitelement gehalten ist, das mit Haltelaschen mit Spiel in Aufnahmeschlitze der Befestigungsplatten eingreift.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das mindestens eine Strömungsleitelement im Montagezustand der Befestigungsplatten unverlierbar von den Aufnahmeschlitzen gehalten ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Sicherungselement mit Spiel in die Sicherungsöffnungen eingreift.
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Jede Strömungsleiteinrichtung kann bezüglich einer die Längsachse und die Austrittsachsen der Gasdüsen enthaltenden Symmetrieebene symmetrisch angeordnete Strömungsleitelemente aufweisen. Jedes Strömungsleitelement kann zwei mit Abstand und insbesondere konzentrisch zu dem Trägerrohr verlaufende Abschirmelemente und zwei radial verlaufende Stabilisierungselemente umfassen. Zwischen jedem Abschirmelement und dem Trägerrohr kann ein Zwischenraum oder Strömungsraum gebildet sein. Zwischen jedem Stabilisierungselement und dem Trägerrohr kann ein Abstand bestehen, wodurch ein Strömungseintrittsbereich in den Strömungsraum gebildet ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gas-Flächenbrenners in einer Anordnung zwischen zwei Kanalwänden zeigt,
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2 eine Querschnittansicht des Gas-Flächenbrenners zeigt,
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3 eine perspektivische Ansicht des Gas-Flächenbrenners nach 1 zeigt, wobei zwei im Bereich der Kanalwände angeordnete Befestigungsteile dargestellt sind,
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4 eine teilweise zerlegte Einzelansicht einer Strömungsleiteinrichtung an einem Trägerrohr zeigt,
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5 eine perspektivische Längsschnittansicht des Trägerrohrs zeigt, mit einem stabförmigen Sicherungselement für eine Anzahl von Befestigungsplatten, und
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6 eine endseitige, in Längsrichtung verlagerbare Halterung von Trägerrohr und Gasrohr an einer Lagerplatte im Bereich einer Kanalseitenwand zeigt.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines im Ganzen mit 2 bezeichneten Gas-Flächenbrenners, der in einem Kanal 4 angeordnet ist, welcher von einer ersten Kanalwand 6 und einer zweiten Kanalwand 8 gebildet ist. Der Gas-Flächenbrenner 2 weist ein Gasrohr 10 auf, das im Bereich der ersten Kanalwand 6 mit einem Gasanschluss 12 zur Zuführung von Brenngas versehen ist, und ein Trägerrohr 14, das das Gasrohr 10 umgibt und an dem eine Anzahl von Strömungsleiteinrichtungen 16 in Form einzelner Segmente, in gegenseitigen Abständen entlang einer Längsrichtung 18, gehalten sind.
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Das Gasrohr 10 und das Trägerrohr 14 sind an der ersten Kanalwand 6 fixiert und im Bereich der zweiten Kanalwand 8 in Längsrichtung 18 gesehen verschieblich gelagert, um im Betrieb auftretende Wärmedehnungen aufzufangen.
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3 und 6 erläutern die Befestigung bzw. Lagerung des Gasrohrs 10 und des Trägerrohrs 14 an den einander gegenüberliegenden Kanalwänden 6 und 8 mehr im Einzelnen. 3 zeigt ein Befestigungsteil 20, das der Befestigung des Gasrohrs 10 und des Trägerrohrs 14 an der ersten Kanalwand 6 dient, und eine Lagerplatte 22 zur längsverschieblichen und die Wärmedehnung ausgleichenden Lagerung und Halterung des Gasrohrs 10 und des Trägerrohrs 14 im Bereich der zweiten Kanalwand 8. An dem Befestigungsteil 20 sind neben der längsverschieblichen Lagerung 24 von Gas- und Trägerrohr noch ein Zünder 26 und eine Flammenüberwachung 28 angedeutet.
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6 erläutert die Lagerung 24 mehr im Einzelnen. Das Gasrohr 10 ist im Bereich seines geschlossenen bzw. freien Endes in Längsrichtung 18 längsverschieblich in dem Trägerrohr 14 gelagert, welches seinerseits ebenfalls im Bereich seines freien Endes in Längsrichtung 18 auf Rollen 30 frei verlagerbar gehalten und geführt ist. Die Rollen 30 sind um eine zur Längsachse senkrecht verlaufende Drehachse an der Lagerplatte 22 gehalten, die an der zweiten Kanalwand 8 fixiert ist. Durch diese zweifache Los-Fest-Lagerung kann sich sowohl das Gasrohr 10 als auch das Trägerrohr 14 jeweils unabhängig voneinander und unabhängig von den festen Kanalwänden 6, 8 thermisch ausdehnen, ohne dass es zu unzuträglichen Zwangskräften kommt.
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2 zeigt in einer Querschnittsansicht des Gas-Flächenbrenners 2 dessen grundsätzlichen Aufbau. Das Gasrohr 10 ist mit einer Anzahl von entlang der Längsrichtung 18 in gegenseitigen Abständen verteilt angeordneten Gasdüsen 34 versehen, deren Austrittsachse 34a quer zur Längsrichtung 18 und jeweils parallel zueinander angeordnet sind. Ein an dem Gasanschluss 12 zugeführter Brenngasstrom, beispielsweise Methan oder ein noch brennbare Anteile enthaltender Gasstrom, tritt durch die Gasdüsen 34 in Richtung der Austrittsachsen 34a über die Länge des Gasrohrs verteilt aus, wobei die Gasdüsen 34 bevorzugt identisch ausgebildet sind, so dass aus jeder Gasdüse ein hinsichtlich Volumenstrom und Geschwindigkeit identischer Gasstrom austritt. Die gegenseitigen Abstände der einzelnen Gasdüsen können identisch sein. Alternativ können jeweils Gruppen von z. B. je zwei, drei oder vier Gasdüsen mit engerem Abstand gebildet sein. Die Gasdüsen 34 können austauschbar an dem Gasrohr 10 gehalten sein, beispielsweise in Gewindebohrungen des Gasrohrs 10 eingeschraubt sein, welches zweckmäßigerweise eine zylindrische oder ovale Querschnittsform aufweist.
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Das Trägerrohr 14 erstreckt sich ebenfalls in Längsrichtung 18 und umschließt das Gasrohr 10, wobei das Trägerrohr konzentrisch oder exzentrisch bezüglich des Gasrohrs 10 angeordnet sein kann. 2 zeigt eine Situation, in der der Gas-Flächenbrenner 2 in einem Kanal mit Anströmrichtung 40 angeordnet ist, d. h. in 2 von rechts nach links. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn das Gasrohr 10 innerhalb des Trägerrohrs 14 entgegen der Anströmrichtung 40 exzentrisch angeordnet ist, oder anders gesagt entgegen der Gasaustrittsrichtung aus den Gasdüsen 34.
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Das Trägerrohr 14 weist im Bereich einer jeden Gasdüse 34 benachbart und gegenüber der jeweiligen Gasdüse 34, mit dessen Austrittsachse 34a, fluchtend, eine Brenngasaustrittsöffnung 42 auf, und auf einer gegenüberliegenden Seite zwei Strömungseintrittsöffnungen 44. Von dem Gas-Flächenbrenner aufzuheizendes Gas, das in Anströmrichtung 40 anströmt und einen Sauerstoffanteil aufweist, bspw. Rauchgas oder Abgas wie Gasturbinenabgas, kann durch die Strömungseintrittsöffnungen 44 teilweise in das Trägerrohr 14 eintreten, wobei es das Gasrohr 10 umströmt und mit aus der Gasdüse 34 ausströmendem Brenngas teilweise vermischt, aus der Brenngasaustrittsöffnung 42 ausströmt. Je nach Geschwindigkeit des anströmenden Gases wird das Ein- und Ausströmen des in bzw. aus dem Trägerrohr 14 zu einem mehr oder weniger großen Anteil durch den Impuls des aus der Gasdüse 34 ausströmenden Brenngases induziert.
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Wie in 1 und 2 angedeutet ist, sind an dem Trägerrohr 14 eine Anzahl von Strömungsleiteinrichtungen 16 gehalten, wobei jeweils eine Strömungsleiteinrichtung 16 einer bestimmten Anzahl bzw. einer Gruppe von Gasdüsen 34 und Brenngasaustrittsöffnungen 42, im dargestellten Beispiel sind dies drei Gasdüsen 34 je Strömungsleiteinrichtung 16, zugeordnet ist. 5 lässt erkennen, dass jeder Strömungsleiteinrichtung 16 drei Gasdüsen 34 zugeordnet sind, indem in der Schnittdarstellung des Trägerrohrs 14 die jeder Gasdüse 34 zugeordneten Brenngasaustrittsöffnungen 42 dargestellt sind. Stromab der Strömungsleiteinrichtungen 16 bildet sich im Betrieb eine Verbrennungszone bzw. Flamme aus. 2 zeigt mit Pfeilen den Strömungsverlauf bei Anströmung von rechts (Anströmrichtung 40).
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4 zeigt den Aufbau einer Strömungsleiteinrichtung 16 mehr im Einzelnen. Jede Strömungsleiteinrichtung 16 umfasst zwei Befestigungsplatten 52 als Befestigungselemente, die jeweils in einer senkrecht zur Längsrichtung 18 verlaufenden Ebene an dem Trägerrohr 14 gehalten sind. Jede Befestigungsplatte 52 weist zwei Befestigungslaschen 54 auf, die mit Spiel in Halteschlitze 56 des Trägerrohrs 14 eingreifen. Jede Befestigungslasche 54 ist mit einer Sicherungsöffnung 58 versehen. Im montierten Zustand liegen die Befestigungslaschen 54 mit den Sicherungsöffnungen 58 innerhalb des Trägerrohrs 14, was in 2 und 5 ersichtlich ist. Sämtliche Sicherungsöffnungen 58 der Befestigungsplatten 52 sämtlicher Strömungsleiteinrichtungen 50 sind in Längsrichtung 18 miteinander ausgerichtet und ermöglichen das Einstecken eines stabförmigen Sicherungselements 60 (5), so dass eine unverlierbare Halterung der Befestigungsplatten 52 an dem Trägerrohr 14 gewährleistet ist.
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Die Befestigungsplatten 52 dienen der Halterung der eigentlichen Strömungsleitelemente an dem Trägerrohr 14, wobei im dargestellten Beispiel zwei Paare von Strömungsleitelementen vorhanden sind, jeweils bestehend aus einem Abschirmelement 62 und einem Stabilisierungselement 64, die symmetrisch zu einer die Längsachse und die Austrittsachsen 34a der Gasdüsen 34 enthaltenden Symmetrieebene 66 (2) angeordnet sind. Die Abschirmelemente 62 sind mit Abstand zu dem Trägerrohr 14 und im Wesentlichen konzentrisch dazu angeordnet, wobei zwischen den beiden mit Abstand bezüglich der Umfangsrichtung angeordneten Abschirmelementen 62 einer Strömungsleiteinrichtung 16 eine Austrittsöffnung 68 gebildet ist, die mit den der Strömungsleiteinrichtung 16 zugeordneten Brenngasaustrittsöffnungen 42 und den Gasdüsen 34 bzw. deren Austrittsachsen 34a ausgerichtet ist. In dem dargestellten Beispiel sind die Abschirmelemente 62 im Wesentlichen rechteckförmig, so dass die Austrittsöffnung 68 ebenfalls eine rechteckige Form aufweist.
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Zwischen den Abschirmelementen 62 und dem Trägerrohr 14 besteht in radialer Richtung ein Zwischenraum, wodurch ein Strömungsraum 65 gebildet ist, durch den in Anströmrichtung 40 anströmendes Gas einströmt und durch die Austrittsöffnung 68 ausströmt, gemeinsam mit dem aus der Gasdüse 34 austretenden Brenngas und dem durch die Strömungseintrittsöffnung 44 ein- und aus der Brenngasaustrittsöffnung 42 ausgetretenen, ausströmenden Gas. Jedes Stabilisierungselement 64 ist in einem radialen Abstand von dem Trägerrohr 14 angeordnet (2), so dass ein Strömungseintrittsbereich 64a in den Strömungsraum 65 gebildet ist.
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Wie insbesondere 4 zeigt, ist jedes Abschirmelement 62 mit vier Haltelaschen 70 versehen, die jeweils mit Spiel in einen Aufnahmeschlitz 72 der Befestigungsplatten 52 eingreifen.
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In entsprechender Weise ist jedes Stabilisierungselement 64 mit vier Haltelaschen 74 versehen, die jeweils mit Spiel in einen Aufnahmeschlitz 76 der Befestigungsplatten 52 eingreifen. Zwecks zusätzlicher Sicherung ist ferner jedes Abschirmelement 62 mit einer weiteren Haltelasche 78 versehen, die jeweils mit Spiel in einen Aufnahmeschlitz 80 eines Stabilisierungselements 64 eingreift.
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Das genannte Spiel, mit dem die Strömungsleiteinrichtungen an dem Träger steckbar gehalten sind und die einzelnen Elemente der Strömungsleiteinrichtungen untereinander steckbar gehalten sind, hängt von Material, Abmessungen und Betriebstemperaturniveau des Gas-Flächenbrenners ab und ist so ausgelegt, dass weder im kalten Zustand noch im betriebswarmen Zustand in irgendeinem Teil des Gas-Flächenbrenners eine mechanische Spannung auftritt, die größer ist als 10%, 25%, 50% oder 75% der Streckgrenze oder Zugfestigkeit eines jeweiligen Elements. Bevorzugt ist das Spiel so groß ausgelegt, dass sich weder im Betriebs- noch im kalten Ruhezustand eine mechanische Spannung einstellt, sondern in jedem Betriebszustand zumindest noch ein geringfügiges restliches Spiel an allen steckbaren Verbindungen verbleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gas-Flächenbrenner
- 4
- Kanal
- 6
- erste Kanalwand
- 8
- zweite Kanalwand
- 10
- Gasrohr
- 12
- Gasanschluss
- 14
- Trägerrohr (Träger)
- 16
- Strömungsleiteinrichtung
- 18
- Längsrichtung
- 20
- Befestigungsteil
- 22
- Lagerplatte
- 24
- Lagerung
- 26
- Zünder
- 28
- Flammenüberwachung
- 30
- Rolle
- 34
- Gasdüse
- 34a
- Austrittsachse
- 40
- Anströmrichtung
- 42
- Brenngasaustrittsöffnung
- 44
- Strömungseintrittsöffnung
- 52
- Befestigungsplatte (Befestigungselement)
- 54
- Befestigungslasche
- 56
- Halteschlitz
- 58
- Sicherungsöffnung
- 60
- Sicherungselement
- 62
- Abschirmelement
- 64
- Stabilisierungselement
- 64a
- Strömungseintrittsbereich
- 65
- Strömungsraum
- 66
- Symmetrieebene
- 68
- Austrittsöffnung
- 70
- Haltelasche
- 74
- Haltelasche
- 78
- Haltelasche
- 72
- Aufnahmeschlitz
- 76
- Aufnahmeschlitz
- 80
- Aufnahmeschlitz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0099591 A1 [0002]
