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Die Erfindung betrifft ein Stellventil gemäß der im Oberbegriff des Schutzanspruches 1 angegebenen Art.
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Wegen der äußerst breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten ist eine große Zahl von Stellventilen bekannt, deren Aufbau bei den jeweiligen Anforderungen entsprechend stark variieren kann. Neben Menge und Druck des zu regulierenden Fluids ist für die Konstruktion eines Stellventils auch der sogenannte Leckdurchfluss von Bedeutung. Unter innerer Leckage versteht man die Menge an Fluid, die bei vollständig geschlossenem Ventil zum Beispiel zwischen Ventilkegel und Ventilsitz oder zwischen Gehäuse und Ventilsitz vorbeiströmt. Naturgemäß wird in der Regel nur eine geringe Leckage toleriert und bei kritischen Anwendungen werden höchste Ansprüche an die innere Leckage des Ventils gestellt.
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Um eine Leckage soweit als möglich zu minimieren, werden bei Stellventilen regelmäßig metallische Dichtungen eingesetzt. Unter metallischen Dichtungen sind dabei auch Dichtungen zu verstehen, die aus anderen Hartmaterialien als Metall, wie beispielsweise Keramik, gefertigt sind.
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Bei längerem Gebrauch treten bei metallischen Dichtungen, insbesondere am Ventilsitz, Verschleißerscheinungen auf. Im ungünstigsten Falle steigt dann der Leckdurchfluss schlagartig an, und ist kein passender Ersatz für den Ventilsitz zur Hand, kann der Betrieb der Vorrichtung, in der das betroffene Ventil verbaut ist, nicht oder nur mit Komplikationen fortgesetzt werden.
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Um dieses Problem zu lösen, schlägt die
EP 0 882 916 B1 einen wendbaren Ventilsitz vor. So ist dieser Druckschrift eine Ventilanordnung mit einem Ventilgehäuse zu entnehmen, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist. Der Strömungskanal ist durch eine Sperreinrichtung verschließbar, zu der ein den Strömungskanal umgebender Ventilsitz und ein quer zum Einlass verstellbares Ventilelement gehören.
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An Ventilelement und Ventilsitz sind Dichtflächen vorgesehen, die in der geschlossenen Ventilstellung metallisch dichtend in Anlage kommen, wodurch der Strömungskanal verschlossen wird. Ferner ist alternativ zu der metallischen Dichtung eine Weichabdichtung oder graphithaltige Dichtung für höhere Anforderungen vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stellventil dahingehend zu verbessern, dass ein wendbarer Ventilsitz so in einem Ventilgehäuse festgelegt und gegen das Ventilgehäuse abgedichtet ist, dass die Verbindung zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilgehäuse eine erhöhte Biegesteifigkeit aufweist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Langlebigkeit des Ventilsitzes zu verbessern.
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Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Nach der Erfindung weist das Stellventil zur Steuerung eines Fluidstroms ein Gehäuse, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, einen zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegenden Strömungskanal für ein Fluid, ein wendbar in das Gehäuse einsetzbares Sitzelement, ein entlang einer Axialrichtung bewegbares Stellelement und eine weitere Dichtvorrichtung zur Dichtung des Sitzelements gegen das Gehäuse auf. Dabei umgibt das Sitzelement den Strömungskanal und weist zwei axial einander gegenüberliegende Dichtbereiche auf. Das Stellelement wirkt mit dem Sitzelement zusammen und ist zum Schließen des Strömungskanals in Anlage mit einem dem Stellelement zugewandten Dichtbereich des Sitzelements bringbar, wobei das Sitzelement einen Befestigungsbereich aufweist, über den das Sitzelement am Gehäuse festlegbar ist. Gemäß der Erfindung kann der Dichtbereich eine Dichtkante oder eine Dichtfläche sein.
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Erfindungsgemäß ist die weitere separate Dichtvorrichtung zur Dichtung des Sitzelements gegen das Gehäuse als radiale Dichtung ausgeführt. Dies ist von Vorteil, da eine radiale Dichtung bei vergleichbarer Dichtwirkung radial weniger Platz erfordert als eine axiale Dichtung. Dementsprechend können Befestigungspunkte des Sitzelements näher an die Dichtbereiche gesetzt werden, als die bei einer vergleichbaren axialen Dichtung der Fall wäre. Daraus resultiert eine höhere Biegesteifigkeit des Sitzelements.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste Dichtbereich des Sitzelements dem Stellelement zugewandt sein, und der zweite Dichtbereich kann vom Stellelement abgewandt und als Reserve vorgehalten sein, um im Falle des Verschleißes und des damit verbundenen Verlustes der Dichtwirkung des ersten Dichtbereichs diese zu ersetzen. Hierzu muss nur das Sitzelement gewendet werden. Ferner kann im Strömungskanal ein umlaufendes Drosselelement vorgesehen sein, das koaxial zum ersten Dichtbereich wirkt. Dabei ist der Innendurchmesser des Drosselelements höchstens der Innendurchmesser des zweiten Dichtbereichs und das Drosselelement ist auf der vom Stellelement abgewandten Seite benachbart zum Sitzelement angeordnet. Somit deckt das Drosselelement den zweiten Dichtbereich ab, und der zweite Dichtbereich befindet sich in einem Bereich, in dem aufgrund der Verjüngung des Strömungskanals durch das Drosselelement ein Strömungsschatten entsteht, wenn die Strömungsrichtung vom Drosselelement in Richtung des Sitzelements verläuft. Dadurch wird der zweite Dichtbereich vor abrasiver Strömung oder mechanischer Beschädigung geschützt. Dies erhöht die Langlebigkeit des zweiten Dichtbereichs und somit des Sitzelements.
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Nach einer weiteren Erfindung weist ein bekanntes Stellventil zur Steuerung eines Fluidstroms ein Gehäuse, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, einen zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung liegenden Strömungskanal für ein Fluid, ein wendbar in das Gehäuse einsetzbares Sitzelement, ein entlang einer Axialrichtung bewegbares Stellelement und eine weitere Dichtvorrichtung zur Dichtung des Sitzelements gegen das Gehäuse auf. Dabei umgibt das Sitzelement den Strömungskanal und weist zwei axial einander gegenüberliegende Dichtbereiche auf. Das Stellelement wirkt mit dem Sitzelement zusammen und ist zum Schließen des Strömungskanals in Anlage mit einem dem Stellelement zugewandten Dichtbereich des Sitzelements bringbar, wobei das Sitzelement einen Befestigungsbereich aufweist, über den das Sitzelement am Gehäuse festlegbar ist. Ferner ist der erste Dichtbereich des Sitzelements dem Stellelement zugewandt und der zweite Dichtbereich ist vom Stellelement abgewandt.
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Erfindungsgemäß ist ein umlaufendes Drosselelement vorgesehen, das koaxial zum ersten Dichtbereich wirkt. Dabei ist der Innendurchmesser des Drosselelements höchstens der Durchmesser des zweiten Dichtbereichs und das Drosselelement ist auf der vom Stellelement abgewandten Seite benachbart zum Sitzelement angeordnet. Somit befindet sich der zweite Dichtbereich in einem Bereich, in dem aufgrund der Verjüngung des Strömungskanals durch das Drosselelement ein Strömungsschatten entsteht, wenn die Strömungsrichtung vom Drosselelement in Richtung des Sitzelements verläuft. Dadurch wird der zweite Dichtbereich vor abrasiver Strömung oder mechanischer Beschädigung geschützt. Dies erhöht die Langlebigkeit des zweiten Dichtbereichs und somit des Sitzelements.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung können die beiden Dichtbereiche des Sitzelements gleichartig ausgebildet sein, also identische Form, Maße und Abstand von einer mittleren Querschnittsebene des Sitzelements aufweisen. So wird ein einfaches Wenden des Sitzelements ermöglicht und eine aufwendige Justierung von Stellelement und Sitzelement nach dem Wenden wird vermieden.
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Vorzugsweise umfasst die weitere Dichtvorrichtung ein weichdichtendes Dichtelement.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die weitere Dichtvorrichtung als C-förmig, V-förmig, U-förmig ausgeführt werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die weitere Dichtvorrichtung einen Stützring umfassen, der das weichdichtende Dichtelement gegen das Sitzelement oder das Gehäuse abstützt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Befestigungsbereich des Sitzelements einen Befestigungsflansch aufweisen. Dadurch wird die axiale Festlegung des Sitzelements am Gehäuse erheblich vereinfacht. Aufgrund der radial zwischen Sitzelement und Gehäuse wirkenden Dichtung ist es ferner möglich, Sitzelement und Gehäuse axial ohne Berücksichtigung einer dazwischenliegenden axialen Dichtung zueinander festzulegen. Der Flansch des Sitzelements und das Gehäuse können dabei fest aneinander gepresst werden, so dass die Notwendigkeit einer aufwendigen Justierung entfällt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Befestigungsflansch Ausnehmungen aufweisen und das Sitzelement ist über die Ausnehmungen durchgreifende Befestigungsmittel fest mit dem Gehäuse verbindbar. Beispielsweise können Schrauben vorgesehen sein, die die Ausnehmungen durchgreifen und in zugeordnete Bohrungen im Gehäuse verschraubt werden. Diese Lösung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Befestigung des Sitzelements am Gehäuse.
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Günstig ist es, wenn zur Festlegung des Sitzelements Klemmelemente vorgesehen sind, die das Sitzelement gegenüber dem Gehäuse in Axialrichtung verklemmen. Die Klemmelemente können beispielsweise zwischen einem Befestigungsflansch einerseits und dem Gehäuse oder einem am Gehäuse fixierten Bauelement wie einem Käfig oder einem Verschlussmittel andererseits wirken.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das Sitzelement ein Außengewinde auf, mit dem das Sitzelement in ein ihm zugeordnetes im Gehäuse vorgesehenes Innengewinde einschraubbar ist. Dadurch entfallen separate Mittel zur Festlegung des Sitzelements im Gehäuse wie Schrauben oder Klemmelemente. Dies erspart Kosten und Aufwand beim Ein- und Ausbau des Sitzelements.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1a eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Stellventils im Vollschnitt;
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1b eine Detailansicht des in 1a gekennzeichneten Bereichs;
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2a eine Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Stellventils im Vollschnitt, und
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2b eine Detailansicht des in 2a gekennzeichneten Bereichs.
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1a zeigt eine Schnittansicht eines Stellventils 10, das ein Gehäuse 12 mit einer Einlassöffnung 16 und einer Auslassöffnung 18 aufweist, zwischen denen ein Fluid in einem Strömungskanal 14 strömt.
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Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein Sitzelement 30 horizontal so angeordnet, dass es den Strömungskanal 14 umgibt. Das Sitzelement 30 wirkt mit einem koaxial zum Sitzelement 30 bewegbaren Stellelement 20 zusammen, welches eine Ventilstange und ein Ventilelement 22 umfasst. Das Stellelement 20 steuert in bekannter Weise über seine axiale Eingriffstiefe in das Sitzelement 30 den Volumenstrom durch das Stellventil 10. Ein Ventilelement 22 kann einen Kolben oder einen Kegel zur Abdichtung mit dem Sitzelement 30 umfassen.
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Ferner ist benachbart zum Sitzelement 30 ein umlaufender Drosselvorsprung 60 im Gehäuse 12 angeordnet, an dem sich der Querschnitt des Strömungskanals 14 verjüngt. Der Innendurchmesser des Drosselvorsprungs 60 ist geringer als der Innendurchmesser des Sitzelements 30. Somit deckt der Drosselvorsprung 60 den zweiten Dichtbereich 36 bezüglich eines vom Sitzelement 30 in Richtung des Stellelements 20 strömenden Fluids ab, so dass sich der Dichtbereich 36 in einem Strömungsschatten befindet. Dadurch, dass der zweite Dichtbereich 36 in Strömungsrichtung hinter dem Drosselvorsprung 60 liegt, werden auf den Dichtbereich 36 wirkende Kräfte des vorbeiströmenden Fluids deutlich abgeschwächt, und der Dichtbereich 36 ist vor Abrasion oder mechanischer Beschädigung geschützt.
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In 1b ist eine Detailansicht des in 1a gekennzeichneten Bereichs dargestellt.
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Das hohlzylindrisch ausgebildete Sitzelement 30 weist einen hohlzylindrischen Grundkörper 32 auf, an dem ein umlaufender Befestigungsflansch 38 angeordnet ist. Das Sitzelement 30 ist axial bezüglich einer durch den Befestigungsflansch 38 verlaufenden Mittelebene 38a symmetrisch ausgebildet, so dass es gewendet werden und auf beiden Seiten gleichermaßen eingesetzt werden kann. Die beiden axial einander gegenüberliegenden freien Enden des hohlzylindrischen Grundkörpers 32 des Sitzelements 30 sind jeweils als ein erster Dichtbereich 34 und als ein zweiter Dichtbereich 36 ausgebildet. Der erste Dichtbereich 34 weist in Richtung des Stellelements 20, der zweite Dichtbereich 36 weist von dem Stellelement 20 weg. Der Dichtbereich 34, 36 kann, wie im vorliegenden Fall, als Dichtfläche oder auch als Dichtkante ausgebildet sein.
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Im Gehäuse 12 ist auf der zum Stellelement 20 gewandten Seite ein Aufnahmebereich 46 zur Aufnahme des Sitzelements 30 ausgebildet, auf dem der Befestigungsflansch 38 lagert.
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Zur axialen Festlegung des Sitzelements 30 sind im Befestigungsflansch 38 in gleichmäßigen Abständen zueinander beabstandete Ausnehmungen 40 eingebracht, die von Schrauben oder anderen geeigneten Befestigungsmitteln durchgriffen werden, welche wiederum in den Ausnehmungen 40 zugeordnete Bohrungen 42 im Aufnahmebereich 46 eingreifen.
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Auf der vom Stellelement 20 abgewandten Seite des Sitzelements 30 ist der hohlzylindrische Grundkörper 32 vom Gehäuse 12 beabstandet, wodurch ein Spalt 48 zwischen Sitzelement 30 und Gehäuse 12 gebildet ist. In dem Spalt 48 ist ein C-Ring 50 angeordnet. Der C-Ring 50 ist in die zum höheren Druck weisende Richtung geöffnet und wirkt dichtend zwischen Gehäuse 12 und hohlzylindrischem Grundkörper 32. Zwischen dem Befestigungsflansch 38 und dem C-Ring 50 ist ein Stützring 52 vorgesehen, der den C-Ring 50 gegenüber dem Befestigungsflansch 38 abstützt. Der Stützring 52 wird für hohe Druckstufen zur Stabilisierung des C-Rings benötigt. Der C-Ring kann bei gleichem Spalt 48 gegen eine Weichdichtung (Bsp. weichdichtend-Doppellippendichtring) getauscht werden.
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Aufgrund der geringen radialen Ausdehnung des C-Rings 50 sind die Ausnehmungen 40 im Befestigungsflansch 38 näher an dem hohlzylindrischen Grundkörper 32 des Sitzelements 30 eingebracht, als es bei axial wirkenden Dichtungen möglich wäre. Daraus resultiert eine höhere Steifigkeit des Befestigungsflansches 38 des eingebauten Sitzelements 30.
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Unterhalb des C-Rings 50 ist ein umlaufender Vorsprung 54 im Gehäuse 12 ausgebildet, dessen Innendurchmesser minimal größer ist als der Innendurchmesser des Sitzelements 30. 2a zeigt eine Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Stellventils 110 in Schnittansicht.
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Aufbau und Anordnung des Stellventils 110 entsprechen im Wesentlichen denen des Stellventils 10. Das Stellventil 110 weist ein Gehäuse 112 mit einer Einlassöffnung 116 und einer Auslassöffnung 118 auf, zwischen denen ein Fluid in einem Strömungskanal 114 strömt.
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Innerhalb des Gehäuses 112 ist ein Sitzelement 130 horizontal so angeordnet, dass es den Strömungskanal 114 umgibt. Das Sitzelement 130 wirkt mit einem koaxial zum Sitzelement 130 bewegbaren Stellelement 120 zusammen, welches eine Ventilstange und ein Ventilelement 122 umfasst. Das Stellelement 120 steuert in bekannter Weise über seine axiale Eingrifftiefe in das Sitzelement 130 den Volumenstrom durch das Stellventil 110.
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In 2b ist eine Detailansicht des in 2a gekennzeichneten Bereichs dargestellt.
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Das hohlzylindrisch ausgebildete Sitzelement 130 ist analog zum Stellventil 10 über einen Befestigungsflansch 138 in einem Aufnahmebereich 146 im Gehäuse 112 gelagert. Ebenso sind zwischen einem hohlzylindrischen Grundkörper 132 des Sitzelements 130, das einen ersten Dichtbereich 134 und einen zweiten Dichtbereich 136 aufweist, und dem Gehäuse 112 ein C-Ring 150 und ein den C-Ring 150 gegen den Befestigungsflansch 138 abstützender Stützring 152 vorgesehen. Der hohlzylindrische Grundkörper 132 des Sitzelements 130 liegt im Bereich des zweiten Dichtbereichs 136 an einem Vorsprung 154 an.
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Im Unterschied zur 1a wird der Ventilsitz 130 nicht über Schraubverbindungen, sondern durch einen Käfig 119 im Gehäuse 112 fixiert. Durch den Käfig 119 kann der Ventilsitz 130 beispielsweise mit Hilfe des Ventildeckels im Ventilgehäuse 112 verspannt gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stellventil
- 12
- Gehäuse
- 14
- Strömungskanal
- 16
- Einlassöffnung
- 18
- Auslassöffnung
- 20
- Stellelement
- 22
- Ventilelement
- 30
- Sitzelement
- 32
- hohlzylindrischer Grundkörper
- 34
- erster Dichtbereich
- 36
- zweiter Dichtbereich
- 38
- Befestigungsflansch
- 38a
- Mittelebene
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Bohrung
- 46
- Aufnahmebereich
- 48
- Spalt
- 50
- Dichtelement
- 52
- Stützring
- 54
- Vorsprung
- 60
- Drosselvorsprung
- 110
- Stellventil
- 112
- Gehäuse
- 114
- Strömungskanal
- 116
- Einlassöffnung
- 118
- Auslassöffnung
- 119
- Käfig
- 122
- Stellelement
- 120
- Ventilelement
- 130
- Sitzelement
- 132
- hohlzylindrischer Grundkörper
- 134
- erster Dichtbereich
- 136
- zweiter Dichtbereich
- 138
- Befestigungsflansch
- 138a
- Mittelebene
- 146
- Aufnahmebereich
- 150
- C-Ring oder Weichdichtung
- 152
- Stützring
- 154
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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