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Die Erfindung betrifft eine handgeführte Vorrichtung zur optischen berührungsfreien Bestimmung der Dicke eines gewalzten Metallbandes.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
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Vorbekannt sind jedoch fest an den Walz- und Bandbearbeitungsanlagen angeordnete Messgeräte zur Bestimmung der Banddicke und zur automatischen Regelung der jeweiligen Bearbeitungsprozesse, die dem deutschen Patent
10 2016 100 745 B3 entsprechen. Dort wird ein Abstandsmessgerät beschrieben, welches mindestens eine Triangulations-Einrichtung und mindestens ein Mehrwellenlängen-Interferometer aufweist.
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Darüber hinaus werden im Stillstand des Bandes auch Bügelmessschrauben oder Ultraschall-Dickenmessgeräte eingesetzt.
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Letztlich ist es bei Anwendungen, bei denen sehr geringe Produktionstoleranzen eingehalten werden müssen, auch notwendig, Proben aus dem Bandmaterial auszuschneiden oder auszustanzen und diese in einem Messlabor unter definierten Bedingungen zu vermessen. In einem Messlabor werden entweder mechanisch antastende Systeme eingesetzt oder die sogenannte Gewichtsmethode angewendet.
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Der vorgenannte Stand der Technik weist einerseits den Nachteil auf, dass er nur im absoluten Stillstand des gewalzten Metallbandes, wie zum Beispiel bei Bügelmessschrauben, angewendet werden kann und eine Messung auch bei langsamerer Transportgeschwindigkeit nicht möglich ist. Darüber hinaus unterliegt die Messung mit der Bügelmessschraube einem hohen Bedienereinfluss und bedingt somit große Messungenauigkeiten. Die Gewichtsmethode bedingt nicht nur das aufwendige Ausschneiden des Bandmaterials und eine spezielle Präparation der Probe, sondern auch die exakte Kenntnis der Materialdichte, welche nicht immer ausreichend genau bekannt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine handgeführte Vorrichtung zur optischen und berührungsfreien Bestimmung der Dicke eines gewalzten Metallbandes zu schaffen, mit der jederzeit ohne Vorbereitung auf einfache und schnelle Weise eine hochgenaue Messung möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine handgeführte Vorrichtung zur optischen und berührungsfreien Bestimmung der Dicke eines gewalzten Metallbandes gemäß des nachfolgenden Anspruches 1 gelöst:
- Handgeführte Vorrichtung zur optischen berührungsfreien Bestimmung der Dicke eines gewalzten Metallbandes, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einem Gehäuse mit Handgriff gebildet ist, das Gehäuse mit einem C-förmigen Messbügel versehen ist, der einen Einführspalt für einen Randbereich eines gewalzten Metallbandes aufweist und beidseitig des Einführspaltes am Messbügel jeweils eine Einrichtung zur Abstandsmessung angeordnet ist, wobei die Einrichtung zur Abstandsmessung mindestens eine Triangulationseinrichtung und
- mindestens ein Mehrwellenlängen-Interferometer, eine Auswerte- und Steuereinheit, einen 3D-Beschleunigungsaufnehmer und ein zusätzliches Mehrwellenlängen-Interferometer zur Vermeidung von Messabweichungen bei thermischer Beeinflussung der Abmessungen des Messbügels sowie zur Kompensation von Brechungsindexänderungen im Einführspalt aufweist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, dass mit ihr auf einfache Weise die Dicke von gewalzten Metallbändern mit einer Genauigkeit von besser als 0,5 µm ohne Entnahme von Bandproben und ohne Einfluss des Bedieners auf den Messprozess in wenigen Sekunden bestimmt werden kann.
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Darüber hinaus ist eine Messung mit der erfindungsgemäßen handgeführten Vorrichtung nicht nur im Stillstand, sondern auch bei einer langsamen Bandbewegung, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 0 bis 20 m/min, welche noch die Sicherheit des Bedieners gewährleistet, möglich. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der im Gehäuse angeordnete Messbügel zum Zwecke der zusätzlichen beidseitigen Rauigkeitsmessung quer zur Transportrichtung des gewalzten Metallbandes verfahrbar, wobei der Messbügel mit einem Wegmesssystem versehen ist und das Gehäuse gegenüberliegende im Aufnahmeschlitz angeordnete Bandandruckplatten aufweist, mit denen das Gehäuse am gewalzten Metallband klemmbefestigbar ist.
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Für die Rauigkeitsmessung werden die Abstandsmesswerte, die auf jeder Seite des gewalzten Metallbandes erfasst werden, in Kombination mit den Positionswerten des verfahrbaren c-förmigen Messbügels ausgewertet. Die Verfahren zur Bestimmung der Rauigkeitskenngrößen sind in entsprechenden Normen, beispielsweise der DIN EN ISO 4287:2010-07, dokumentiert.
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Diese bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform weist den wesentlichen zusätzlichen Vorteil aus, dass mit ihr auch auf sehr einfache Weise und ohne Beeinflussung der Messwerte durch Bewegungen des Bedieners, eine Rauigkeitsmessung möglich ist, wobei hierzu lediglich während der Messung das Gehäuse mittels Bandandruckplatten mit möglichst geringer Kraft fest am gewalzten Metallband angeordnet wird und der Messbügel gegenüber dem Gehäuse verfahren wird.
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Die vorgenannte Vorrichtung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass das Wegmesssystem eine Auflösung von 0,1 µm aufweist und das die Rauigkeitsmessung eine Wegstrecke von mindestens 1,25 bis 6 mm auf der Oberfläche des gewalzten Metallbandes abgetastet wird.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Es zeigen:
- 1 eine teilweise schematische Darstellung eines Walzwerkes,
- 2 einen schematischen Aufbau einer handgeführten Vorrichtung zur optischen berührungsfreien Bestimmung der Dicke und der Rauigkeit eines gewalzten Metallbandes in Seitenansicht,
- 3 eine Draufsicht gemäß Ansichtspfeil III in 2 auf die handgeführte Vorrichtung,
- 4a eine handgeführte Vorrichtung gemäß 2 (ausschnittsweise) mit an dem gewalzten Metallband angelegte Bandandruckplatten zur Rauigkeitsmessung,
- 4b Draufsicht auf eine Bandandruckplatte und
- 5 und 6 Darstellungen der Bewegungsabläufe während der Banddickenmessung.
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In den Figuren ist eine handgeführte Vorrichtung zur optischen berührungsfreien Dicke eines gewalzten Metallbandes insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet (s. 2).
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In der 1 ist teilweise schematisch ein Walzwerk W dargestellt. Man erkennt, dass während des Walzprozesses ein gewalztes Metallband 11 in Transportrichtung x befördert wird. Das gewalzte Metallband 11 wird durch zahlreiche Rollenanordnungen 12 unterstützt und in x-Richtung bewegt, wobei zwischen den Rollenanordnungen 12 jeweils Walzgerüste 13 angeordnet sind, welche in Transportrichtung x jeweils einen sich verringernden Walzspalt 14 aufweisen. In Transportrichtung x vor und nach jedem Walzgerüst 13 sind an einem C-Rahmen 15 jeweils Laserabstandssensoren 16 eines Abstandsmessgerätes 17 angeordnet, mit denen Dickenunregelmäßigkeiten im gewalzten Metallband 11 vor dem Walzgerüst 13 beziehungsweise die Dicke des gewalzten Metallbandes 11 nach einem Walzvorgang in einem Walzgerüst 13 bestimmt werden.
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Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen dreistufigen Walzprozess an dessen Ende das dünne, gewalzte Metallbandendprodukt zu einem Coil 18 aufgerollt wird.
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Letztlich erkennt man Walzgerüste 13 in zwei äußeren Stützwalzen 19 und zwei innere Arbeitswalzen 20, die den Walzspalt 14 definieren.
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Über einen Regelkreis wird mit Hilfe durch das Abstandsmessgerät 17 gemessenen Dickenabweichungen die Breite des Walzspaltes 14 gesteuert.
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In der 2 ist die handgeführte Vorrichtung 10 zur optischen berührungsfreien Bestimmung der Dicke eines gewalzten Metallbandes 11 in schematischer Seitenansicht dargestellt.
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Die handgeführte Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 21 auf, welches an seinem einen Ende eine Grifföffnung 22 und am anderen Ende mit einer Einführöffnung 33 eines Einführspaltes 23 für ein gewalztes Metallband 11 versehen ist. Ein C-förmiger Messbügel 24 umgreift den Einführspalt 23 oberseitig/unterseitig und stirnseitig (zur Grifföffnung 22 weisend). Der Messbügel 24 ist im Gehäuse 21 in y- und in Gegenrichtung verfahrbar angeordnet. Nahe der Grifföffnung 22 ist das Gehäuse 21 mit einem Display 25 einer Bedienungsleiste 26, einem Anschlussbauteil 27 für ein nicht dargestelltes Ladekabel sowie mit einer auswechselbaren Batterie/Akku 28 versehen.
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Zwischen der Grifföffnung 22 und der Stirnseite des C-förmigen Messbügels 24 sind Laserquellen 29 für mindestens zwei Wellenlängen und eine Lichtwellenleiterführung 30 angeordnet, durch die die Lichtwellen einerseits zu zwei Mehrwellenlängen-Interferometersonden 31 und andererseits zu einem Interferometer 32 geleitet werden. Die Mehrwellenlängen-Referenzinterferometersonden 31 sind nahe einer Einführöffnung 33 des Einführspaltes 23 gegenüberliegend beidseitig des Einführspaltes 23 am Messbügel 24 angeordnet. Diese Mehrwellenlängen-Interferometersonden 31 dienen ebenso wie die des Weiteren beidseitig des Einführspaltes 23 gegenüberliegend angeordneten Triangulationsoptiken 34 zur hochgenauen Bestimmung der Dicke des gewalzten Metallbandes 11.
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Der Vollständigkeitshalber wird darauf hingewiesen, dass zwischen den Mehrwellenlängen-Interferometersonden 31 und den Triangulationsoptiken 34 sowie dem gewalzten Metallband 11 Laserstrahlen L dargestellt sind, mit derer Hilfe die Messungen durchgeführt werden.
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Zur Funktionsweise dieser Dickenmessvorrichtung wird auf das deutsche Patent
10 2016 100 745 B3 hingewiesen.
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Zusätzlich ist in der handgeführten Vorrichtung
10 nahe der Stirnseite des Messbügels
24 dieses Mehrwellenlängen-Referenzinterferometer
32 auf der einen Seite des Einführspaltes
23 sowie ein gegenüberliegender Spiegel
35 angeordnet. Mit Hilfe dieses Mehrwellenlängen-Referenzinterferometers
32 (zur Funktionsweise s. ebenso
DE 10 2016 100 745 B3 ) sowie des Spiegels
35 wird die thermische Ausdehnung des Messbügels
24 beziehungsweise die Änderung des Brechungsindexes im Einführspalt
23 festgestellt und im Zusammenhang mit den Dickenmessungen zur Vermeidung von Abweichungen berücksichtigt.
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Des Weiteren ist im Gehäuse 21 ein dreiachsig ausgebildeter Beschleunigungsaufnehmer 42 angeordnet, dessen Funktion später beschrieben wird.
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Darüber hinaus sind am Gehäuse 21 der handgeführten Vorrichtung 10 beidseitig des Einführspaltes 23 für das gewalzte Metallband 11 jeweils eine Bandandruckplatte 36 angeordnet, die in Richtung des Einführspaltes 23 ein- und ausgefahren werden kann. Die Bandandruckplatten 36 dienen zur zeitweisen, festen Anordnung des Gehäuses 21 der handgeführten Vorrichtung 10 am gewalzten Metallband 11, während einer nachfolgend noch beschriebenen Messung der Rauigkeit des gewalzten Metallbandes 11.
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Letztlich hat die Vorrichtung 10 bei einer Höhe von ca. 180 mm, einer Länge von ca. 350 mm und einer Breite von 50 - 60 mm ein Gewicht von ca. 1,5 kg.
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In der 3 ist des Weiteren noch eine Draufansicht auf die handgeführte Vorrichtung 10 gemäß 2 dargestellt.
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Man erkennt in dieser 3 zusätzlich eine Antriebseinrichtung 37 für die Bandandruckplatten 36, eine Antriebseinrichtung 38 für die Verstellung des Messbügels 24 in y-Richtung, einen Aluminiumgrundrahmen 39 des Gehäuses 21 sowie eine Auswerte- und Steuereinheit 40.
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In der 4a ist die handgeführte Vorrichtung gemäß 2 noch einmal ausschnittsweise dargestellt, wobei in diesem Fall jedoch das Gehäuse 21 mittels der Bandandruckplatten 36 während einer Rauigkeitsmessung fest am gewalzten Metallband 11 angeordnet ist.
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Eine Draufsicht auf eine Bandandruckplatte 36 ist ergänzend noch in der 4b zu erkennen. Diese Darstellung 4b zeigt, dass jede Bandandruckplatte 36 in der Draufsicht einen Schlitz 41 für den Strahlengang der Triangulationsoptiken 34 aufweist.
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Letztlich sind in den 5 und 6 noch schematisch Bewegungsabläufe der handgeführten Vorrichtung 10 während der Banddickenmessung dargestellt, die im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung einer Banddickenmessung noch erläutert werden.
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Die handgeführte Vorrichtung 10 zur Dickenmessung sowie zur Rauigkeitsmessung stellt im Hinblick auf die Banddickenmessung eine Vorrichtung dar, mit der zusätzlich zu den festinstallierten Inlinemessgeräten zur Bestimmung der Banddicke und zur automatischen Regelung des Walzprozesses in allen Produktionslinien Kontrollmessungen durchgeführt werden. So kann das Gerät zur Messung der Dicke des gewalzten Metallbandes 11 vor Beginn einer Walzung, während eines Walzprozesses oder auch am Ende des Walzprozesses eingesetzt werden. Auch an Streckrichtbiegeanlagen, Längsteilanlagen, Walz- und Glühlinien, Beschichtungsanlagen, Querteilanlagen und Stanzanlagen sind auf schnelle und einfache Weise jederzeit Kontrollmessungen möglich.
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Für die Durchführung einer Dickenmessung wird die handgeführte Vorrichtung 10 so dem stillstehenden oder maximal 20 m/min sich bewegenden, gewalzten Metallbandes 11 angenähert, dass das gewalzte Metallband 11 bis zu maximal 80 mm in den Einführspalt 23 des Gehäuses 21 eintaucht. Während der nur wenige Sekunden dauernden Dickenmessung, in der mehrere zehntausende Messwerte pro Sekunde erfasst werden, muss die handgeführte Vorrichtung 10 „taumelnde“ Bewegungen in alle Richtungen durchführen, die von dem mehrachsigen Beschleunigungsaufnehmer 42 erfasst werden.
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Der mehrachsige Beschleunigungsaufnehmer 42 erfasst die Bewegung des Handgerätes 10 während der zahlreichen Messungen. Erst durch die Kombination aus Abstandsmesswerten und den Bewegungsdaten kann die Dicke des gewalzten Metallbandes 11 bestimmt werden. Auch durch entsprechende Anzeigen am Display 25 des Gehäuses 21 wird der Bediener gezwungen die handgeführte Vorrichtung 10 plus/minus 2 Grad in alle Richtungen zu bewegen, so dass man sicher sein kann das der Bediener auch für eine gewisse Zeit Dickenmessungen senkrecht zur Bandoberfläche durchgeführt hat. Erst wenn das Ergebnis der Bewegungsanalyse feststeht, wird ein Messwert angezeigt.
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In den 5 und 6 sind diese vorgenannten „taumelnden“ Bewegungen der handgeführten Vorrichtung 10 in alle Richtungen schematisch skizziert.
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Des Weiteren bietet die handgeführte Vorrichtung 10 die Möglichkeit die Rauigkeit des gewalzten Metallbandes 11 zu messen. Hierfür muss, wie in der 4a dargestellt, zunächst die handgeführte Vorrichtung 10 mittels der am Gehäuse 21 angeordneten Bandandruckplatten 36 am gewalzten Metallband 11 befestigt werden. Konkret wird über eine Bedientaste der Bedienungsleiste 26 die Vorrichtung 10 mittels der Bandandruckplatten 36 am gewalzten Metallband 11 fixiert. Aufgrund dieser Anordnung des Gehäuses 21 am gewalzten Metallband 11 kann die Rauigkeitsmessung nur am stillstehenden, gewalzten Metallband11 durchgeführt werden.
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Während der Rauigkeitsmessung wird der Messbügel 24 in y-Richtung innerhalb und relativ zu dem Gehäuses 21 bewegt, so dass während der Rauigkeitsmessung ein bestimmter Bereich des gewalzten Metallbandes 11 durch die Messvorrichtungen 31 abgetastet werden kann.
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Die typische Weglänge des Messbügels 24 relativ zur Bandoberfläche beträgt 1,25 bis 6 mm, wobei der Weg in entsprechenden Normen festgelegt ist. Während dieses Messweges werden viele tausend einzelne Abstandsmesswerte aufgezeichnet und entsprechend den gültigen Normen gefiltert, damit die typischen Kenngrößen Ra und Rz bestimmt werden können.
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Der erfindungsgemäße Vorteil der handgeführten Vorrichtung 10 in Bezug auf die Rauigkeitsmessung besteht darin, dass man gleichzeitig die Rauigkeit an der Ober- und Unterseite des gewalzten Metallbandes 11 bestimmen kann. Während konventionelle Geräte nur auf das Band aufgesetzt werden können und man mit diesen an der Unterseite nicht durchführen kann.
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Letztlich ist eine Verfälschung des Ergebnisses der Rauigkeitsmessung durch Wackelbewegungen ausgeschlossen, da die handgeführte Vorrichtung 10 über die Bandandrucksplatten 36 fest mit dem gewalzten Metallband 11 verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- handgeführte Vorrichtung
- 11
- gewalztes Metallband
- 12
- Rollenanordnungen
- 13
- Walzgerüste
- 14
- Walzspalt
- 15
- C-Rahmen
- 16
- Laserabstandssensoren
- 17
- Abstandsmessgerät
- 18
- Coil
- 19
- Stützwalzen
- 20
- Innere Arbeitswalzen
- 21
- Gehäuse
- 22
- Grifföffnung
- 23
- Einführspalt
- 24
- C-förmiger Messbügel
- 25
- Display
- 26
- Bedienungsleiste
- 27
- Anschlussbauteil Ladekabel
- 28
- Batterie/Akku
- 29
- Laserquellen
- 30
- Lichtwellenleiterführung
- 31
- Mehrwellenlängen-Interferometersonden
- 32
- Mehrwellenlängen-Referenzinterferometer
- 33
- Einführöffnung
- 34
- Triangulationsoptiken
- 35
- Spiegel von 32
- 36
- Bandandruckplatten
- 37
- Antriebseinrichtung von 36
- 38
- Antriebseinrichtung von 24
- 39
- Aluminiumgrundrahmen von 21
- 40
- Auswerte- und Steuereinheit
- 41
- Schlitz von 36
- 42
- Beschleunigungsaufnehmer
- L
- Laserstrahlen
- W
- Walzwerk
- X
- Transportrichtung
- Y
- Verstellrichtung Messbügel 24
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016100745 B3 [0003, 0025, 0026]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 4287:2010-07 [0011]
