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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das technische Gebiet von Spritzköpfen, die allgemein in Maschinen oder Robotern eingebaut sind oder von Brückenkränen getragen werden, um ein Material, vorzugsweise ein feuerfestes Material, für die Beschichtung von Behältern, Trögen oder Stranggießverteilern oder jedem anderen Behältnis oder Behälter, der zum Enthalten geschmolzener Metalle geeignet ist, vorzugsweise Elektroofen, in denen Stahl geschmolzen wird, zu spritzen oder zu zerstäuben.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kopf wie den oben beschriebenen bereitzustellen, der die Arbeiten der Überwachung und/oder Steuerung des Zerstäubungsprozesses des Produkts innerhalb des Behälters erleichtert, so dass die Überwachung, Steuerung und Beaufsichtigung der Bediener beim Spritzvorgang erleichtert wird und die Gefahren, denen sie ausgesetzt sein können, reduziert werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In der Metallurgie und anderen Industriezweigen werden gewöhnlich Behältnisse oder Behälter unterschiedlicher Größe und Form benutzt, die dazu bestimmt sind, Materialien mit hohen Temperaturen aufzubewahren, zum Beispiel bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts der Materialien, die diese enthalten sollen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, bestehen diese Behälter normalerweise aus Metall und sind mit einer Schicht aus feuerfestem Material beschichtet (die in Form von Ziegeln angebracht werden kann, die die Innenoberfläche des Behälters beschichten, oder direkt auf die Innenoberfläche des Behälters gespritzt werden kann), um den Metallteil des Behälters vor den hohen Temperaturen zu schützen, denen er ausgesetzt sein wird.
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Feuerfeste Materialien weisen bei hohen Temperaturen eine hohe chemische und physische Stabilität auf. Abhängig von der Umgebung, in der sie eingesetzt werden, müssen sie temperaturschockbeständig sein, chemisch inert, in spezifischen Intervallen der Wärmeleitfähigkeit arbeiten und bestimmte Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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Die Oxide von Aluminium (Aluminiumoxid), Silicium (Siliciumdioxid) und Magnesium (Magnesiumoxid) sind die am meisten genutzten Materialien bei der Herstellung von feuerfesten Materialien. Andere Oxide, die gewöhnlich zur Fertigung von feuerfesten Materialien benutzt werden, sind Calciumoxid (Kalk) oder Zirkoniumoxid (Zirkonoxid), ohne darauf beschränkt zu sein. Auch feuerfeste Tone und Sande sowie Andalusit werden allgemein bei der Fertigung feuerfester Materialien benutzt. Feuerfeste Materialien müssen entsprechend den Bedingungen ausgewählt werden, denen sie in den zu beschichtenden Behältern ausgesetzt sind.
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Diese Massen aus feuerfestem Material werden im Allgemeinen durch Mischen eines trockenen feuerfesten Materials, das in Granulat- oder Pulverform vorliegt, mit einem flüssigen Bindemittel hergestellt. Zum Beispiel ist es bekannt, für die Beschichtung von Elektroofen, in denen Stahl geschmolzen wird, Magnesitsand zu nutzen, der beim Mischen mit Wasser aushärtet, wodurch die Mischung an den feuerfesten Ziegelwänden in den Öfen haftet.
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Feuerfestes Material wird üblicherweise zur Beschichtung von Behältern, Trögen, Stranggießverteilern oder anderen Behältnissen oder Behältern verwendet, die zum Enthalten geschmolzener Metalle konfiguriert sind, insbesondere im Metallurgiesektor.
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Der Spritzprozess von Behältern und Behältnissen wie die oben beschriebenen umfasst das Druckspritzen des feuerfesten Materials auf die Innenwände davon.
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Derzeit sind zum Spritzen von Öfen, Pfannen oder zylindrischen Behältern die manuelle Technik und einige automatisierte Techniken bekannt, einschließlich Spritzmaschinen, -anlagen oder -roboter mit einem Kopf, der dazu bestimmt ist, in den Behälter eingeführt zu werden, um das Material zu zerstäuben. In beiden Fällen sind die wesentlichen Elemente für das Spritzen eine Spritzmaschine (die aus einem Trichter für das zu verspritzende Produkt und einem Druckbehälter zum Transport des Materials besteht) und ein abriebfester Schlauch mit einer Lanze zum Zerstäuben des bereits mit Wasser vermischten Produkts.
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Bei der manuellen Technik ist ein Bediener für den Spritzvorgang verantwortlich. Hierzu stellt sich der Bediener in die Nähe des Ofens, um das Spritzen von der Schlackentür oder von einer Wartungsplattform aus durchzuführen. Der Bediener muss die Lanze während des gesamten Spritzvorgangs mit konstanter Kraft und Druck halten, um eine korrekte Beschichtung der Behältniswände, zum Beispiel des Ofens, der Pfanne oder des zylindrischen Behälters, zu gewährleisten.
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Der Bediener führt die Spritzvorgänge durch Verschieben, Drehen und Bewegen der Lanze und des abriebfesten Schlauchs aus, um die Innenwände des Behälters vollständig mit dem entsprechenden Produkt zu bedecken. Während der Bewegung des Bedieners kann es zu Problemen mit dem abriebfesten Schlauch kommen, genauso wie eine hohe Anstrengung aufgrund des konstanten Druckstroms und Gewichts erfordert wird, das durch den abriebfesten Schlauch und die Lanze transportiert wird, mit denen der Bediener arbeitet. Bei dieser manuellen Technik ist die körperliche Arbeit des Bedieners erheblich, da er Rohrlanzen mit einer Reichweite von sechs Metern halten muss.
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Der Einsatz von Spritzköpfen gewährleistet bessere Ergebnisse, da sich die Spritzmaterialschicht homogen über die gesamte Oberfläche verteilt. Derzeit sind zwei Arten von Spritzrobotern bekannt.
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Ein erster Typ bekannter Spritzköpfe ist der Typ, der durch einen Brückenkran bewegt und in Arbeitsposition gehalten wird. Während des Spritzvorgangs schwebt der Roboter am Brückenkran in der Luft.
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Ein anderer Typ bekannter Spritzköpfe ist dazu bestimmt, neben dem Ofen, der Pfanne oder dem zylindrischen Behälter, der gespritzt werden soll, fest angebracht zu werden. Dieser Typ von Lösungen besteht aus einem bedienbaren Arm, an dem der Kopf befestigt ist, und dieser wiederum umfasst eine Lanze, durch die das Material zerstäubt wird. Der Kopf wird im Inneren des Behälters positioniert und dreht sich, um das Spritzen der entsprechenden Oberfläche mit der Lanze abzuschließen.
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Ein Beispiel für diesen Typ von Lösungen ist in der PCT-Patentanmeldung
WO2017085332A1 beschrieben, wo sich ein Kopf durch einen Brückenkran bewegt und, sobald er in Position ist, nach unten bewegt wird, bis er auf der oberen Öffnung des Behälters aufliegt. Dieser Typ von Anlagen umfasst einen Kopf, der wiederum die Lanze umfasst, wobei sich der Kopf in vertikaler Richtung bewegen und um seine eigene Längsachse drehen kann, sodass die Lanze feuerfestes Material in verschiedenen Winkeln auf die Ofenwände sprühen oder zerstäuben kann. Dieser Kopf hat den Nachteil, dass er abgestützt und an den Ofen selbst gekoppelt werden muss und mit einem Brückenkran bewegt werden muss. Außerdem ist seine Bewegung in Bezug auf die Zugangsöffnung nur in zwei Positionen möglich, einer Ruheposition und einer Arbeitsposition, die durch eine Vielzahl von Armen realisiert werden, von denen einige klappbar sind, so dass der Brückenkran freigegeben werden kann, während der bedienbare Arm auf die Arme abgestützt bleibt und in die Ruheposition angehoben werden kann, wenn kein Spritzen über die an dem Behälter befestigten klapp- oder faltbaren Arme ausgeführt wird, und auf gleiche Weise während des Normalbetriebs abgesenkt werden kann.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Zerstäuben mit diesen bekannten Köpfen in der Praxis immer vom Bediener über ein Steuersystem überwacht oder sogar gesteuert werden muss und der Bediener dazu den Innenraum des Ofens und den Bereich, in den das Material abgegeben wird, im Blick haben muss. Hierzu befindet sich der Bediener, sei es zur Überwachung oder Steuerung der Vorrichtung, außerhalb des Ofens, aber relativ nahe, um dessen Innenraum zu sehen, was aufgrund der schlechten Sichtqualität des Bereichs, der gespritzt wird oder gespritzt werden soll, ernsthafte Gefahren mit sich bringt. Es ist zu beachten, dass die blinden Bereiche, die hohe Temperatur und das Vorkommen von Metallpartikeln in der Schwebe diese Aufgabe äußerst erschweren. Infolgedessen mangelt es den im Stand der Technik bekannten Lösungen an Präzision und Steuerbarkeit hinsichtlich der Positionierung und Ausrichtung des ausgegebenen Materials. Bei einem vollständig manuellen Betriebsmodus muss sich der Bediener der Wärmequelle aussetzen, um sehen zu können, wohin in den Ofen gespritzt werden muss.
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Ein weiterer Nachteil, der mit der Tatsache verbunden ist, dass der Bediener in der Nähe des Ofens arbeiten muss, besteht darin, dass er möglichen Dämpfen oder Partikeln, die beim Spritzen freigesetzt werden, stark ausgesetzt ist. Dies könnte die Gesundheit des Bedieners beeinträchtigen.
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Darüber hinaus weisen einige im Stand der Technik bekannte Köpfe komplexe Pleuelmechanismen auf, um Wasser und Trockenmaterial zum Ausgabebereich zu transportieren, während gleichzeitig eine Neigungsbewegung der Lanze (auf und ab) und eine endlose Drehung eines rotierenden Segments in Bezug auf das andere, das sich nicht dreht, ermöglicht werden müssen. Die bekannten Pleuelmechanismen ermöglichen aufgrund ihrer Typologie keinen Einbau elektronischer Vorrichtungen, die mit dem Drehabschnitt verkabelt sind, ohne die Endlosdrehung des Drehabschnitts zu beeinträchtigen, die ein wesentliches Merkmal für das korrekte Zerstäuben des Materials im Innenraum des Behälters ist. Darüber hinaus sind diese Köpfe harten Bedingungen ausgesetzt, sowohl hinsichtlich der Temperatur als auch der schwebenden Metallpartikel, die den Einbau elektronischer Überwachungsvorrichtungen erschweren, insbesondere, wenn diese in das endlose rotierende Segment eingebaut würden.
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Vermutlich aus diesem Grund weisen die im Stand der Technik bekannten Köpfe besondere Nachteile und Probleme hinsichtlich des Einbaus von Überwachungselementen auf, wodurch die Überwachung und/oder Steuerung des Zerstäubens, insbesondere im rotierenden Segment, das in den Behälter eindringen soll, verringert wird und es fehlt sogar jegliche Art von Überwachungselement in dem rotierenden Segment. Durch das Fehlen von Steuerungs- und Überwachungselementen bzw. -systemen mangelt es ihnen nicht nur an ordnungsgemäßer Präzision und Steuerung beim Zerstäuben, sondern sie sind auch nicht in der Lage, potenzielle Gefahren sowohl in der Umgebung als auch in der Maschine selbst zu erkennen.
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Ebenso weisen sie nicht nur schwerwiegende Nachteile hinsichtlich der Echtzeitsteuerung und -überwachung auf, sondern sind auch nicht in der Lage, relevante Daten und Parameter zu generieren und zu speichern, die verarbeitet und zur Generierung von Wissen für zukünftige Aktualisierungen und Verbesserungen des Roboters oder anderer Maschinen oder Bauteile der Branche verwendet werden können.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist ein Kopf zum Zerstäuben eines Produkts innerhalb eines Behälters, insbesondere zur Beschichtung eines Behälters, bei dem es sich um einen Trog, einen Spritzgießverteiler oder ein beliebiges anderes Behältnis oder Behälter handeln kann, zum Beispiel einen Elektroofen, in dem Stahl geschmolzen wird.
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Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Kopf zum Zerstäuben eines Produkts zur Beschichtung eines beliebigen Behälters oder Behältnisses, wie Öfen, Pfannen oder zylindrische Behälter, die zum Halten von Materialien bei sehr hohen Temperaturen, zum Beispiel bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt der darin enthaltenen Materialien, geeignet sind und vorzugsweise im Metallurgiesektor eingesetzt werden. Solche Behälter können sich zum Beispiel uneingeschränkt auf Eisen- und Stahlpfannen, Grundsauerstofföfen (BOF), Argon-Sauerstoff-Entkohlungsgefäße (AOD), Elektrolichtbogenöfen (EAF), Aluminium- und Kupferschmelzgefäße, Gießöfen, Stranggießverteiler (Gießwannen), Torpedowagen (schienengebundene Pfannen, mit denen geschmolzenes Eisen vom Hochofen zur Stahlerzeugungsanlage transportiert wird) und Bodenblasöfen (Q-BOP) beziehen.
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In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem zu zerstäubenden Produkt um ein feuerfestes Material, wobei unter feuerfestem Material im Kontext der vorliegenden Erfindung solche Materialien zu verstehen sind, die gegen hohe Temperaturen beständig sind und vorwiegend als Beschichtungen von Behältern zur Verarbeitung von Materialien bei erhöhten Temperaturen und auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen thermomechanische Eigenschaften von entscheidender Bedeutung sind.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem vom Kopf auszugebenden feuerfesten Material um mit Wasser vermischten Magnesitsand, dessen Mischung an den Wänden des Behälters zur Beschichtung haftet.
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Der Kopf ist dazu bestimmt, in den Behälter eingeführt zu werden und umfasst ein erstes Segment und ein zweites Segment, wobei das zweite Segment in Bezug auf das erste Segment drehbar ist. Vorzugsweise ist das zweite Segment in Bezug auf das erste Segment endlos drehbar, wobei unter endlos drehbar eine Drehung um mindestens 360° (die den gesamten radialen Abschnitt des Behälters einnimmt) verstanden wird. Optional kann sich das zweite Segment völlig frei drehen, ohne dass es zu einer Winkelbeschränkung oder einem Stopp in seiner Winkelbewegung kommt.
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Das zweite Segment kann mit dem ersten Segment mittels eines Drehgelenks verbunden sein, das zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment angeordnet ist. Das Drehgelenk kann von jedem bekannten Typ sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kopf einen hydraulischen Gleitring, der an dem Drehgelenk befestigt ist oder einen Teil davon bildet, wobei der hydraulische Gleitring die Übertragung von Fluid von einer stationären Quelle, in diesem Fall dem ersten Segment des Kopfes, zum rotierenden Bauteil ermöglicht, das dem zweiten Segment des Kopfes entspricht, so dass der hydraulische Gleitring die Fluidzufuhr mit dem rotierenden Teil verbindet, was den kontinuierlichen und ununterbrochenen Fluss des Fluids ermöglicht. Die zuzuführende Flüssigkeit ist im Allgemeinen Wasser, bevor es mit dem Produkt oder dem festen feuerfesten Material vermischt wird.
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Der Kopf umfasst in seinem Innenraum mindestens eine Leitung zum Leiten des festen Materials, zum Beispiel Magnesitsand, zu einer Lanze, die mit der Leitung kommuniziert. Die Lanze ist konfiguriert, um feuerfestes Material (vorzugsweise Magnesitsand gemischt mit Wasser) aus der Leitung auf die Innenwände der Leitung zu zerstäuben, zu spritzen, abzugeben oder zu sprühen.
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Ebenso ist die Lanze mindestens teilweise auf dem zweiten Segment montiert, das drehbar ist, und dreht sich mit diesem mit und ist quer zum zweiten Segment angeordnet, so dass die Lanze, sobald sie sich innerhalb des Behälters befindet, sich im Innenraum des Behälters um 360° drehen kann (endlos).
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Vorzugsweise ist die Lanze innerhalb einer Lanzenkammer angeordnet, die an das zweite Segment angrenzt oder einen Teil davon bildet.
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In der Lanzenkammer kann über einen darin angeordneten Mischer das vom hydraulischen Gleitring geleitete Wasser mit dem durch andere interne Leitungen fließenden Produkt vermischt werden, so dass die Mischung genau dann entsteht, bevor sie im Mischer zerstäubt wird. Optional kann der Kopf auf einen Mixer verzichten, da einige Zerstäubungsprodukte aus dieser Art von Behältern nicht mit Wasser vermischt werden brauchen.
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In einer Ausführungsform ist die Lanzenkammer in Bezug auf das zweite Segment drehbar und kann sich zusammen mit der Lanze um eine Achse drehen, die quer zum zweiten Segment verläuft, so dass die Lanzenkammer mit dem zweiten Segment mitdreht und mit diesem drehbar verbunden ist.
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Die Lanze kann mit einer Antriebswelle gekoppelt sein, die quer vom zweiten Segment zum Kopf vorsteht, und sodass sowohl die Lanze als auch die Antriebswelle mit der vertikalen Drehachse (oder der Längsachse des zweiten Segments) mitdrehen und diese Antriebsachse wiederum in Bezug auf die Horizontale (quer zum zweiten Segment) derart geneigt wird, dass sich die Lanze in Bezug auf die Horizontale mindestens in einer Gabelung zwischen 0 und 110° neigen kann.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Kopf eine Überwachungskammer, die an das zweite Segment des Kopfes angrenzt oder einen Teil davon bildet, wobei die Überwachungskammer eine elektronische Vorrichtung umfasst. Optional kann die elektronische Vorrichtung innerhalb des zweiten Segments angeordnet sein. Vorzugsweise umfasst die elektronische Vorrichtung eine Kamera, die dazu konfiguriert ist, Bilder der Lanze und/oder mindestens eines Bereichs innerhalb des Behälters zu erfassen. Der Innenbereich des Behälters kann als ein Außenbereich des zweiten Segments bezeichnet werden, weil dieser im Betrieb der Bereich der Erfassung von Bildern der Kamera ist.
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Es wurde festgestellt, dass die Implementierung von drahtlosen Vorrichtungen im zweiten Segment große Nachteile mit sich bringt, sowohl aufgrund ihrer endlosen Drehung als auch der rauen Umgebung, der dieses zweite Segment ausgesetzt ist, das endlos drehbar ist und das bei sehr hoher Temperatur in den Innenraum der Öfen oder Behälter bei großen Mengen an schwebenden Metallpartikeln während des Spritzens von feuerfestem Material eindringen muss.
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Daher umfasst der Kopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner:
- - einen elektrischen Gleitring, der als elektrische Schnittstelle dient, um die Kamera (angeordnet im zweiten Segment, das endlos drehbar ist) mit einem Steuersystem zu kommunizieren.
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Das Steuersystem kann ein Bedienfeld und/oder ein Steuermodul sein, sowie verschiedene Elemente, die zum Empfangen und Übertragen der Bilder von der Kamera an eine Vorrichtung, einen Bildschirm oder einen Monitor geeignet sind.
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Auf diese Weise fungiert der Kollektor oder elektrische Gleitring als rotierende elektrische Schnittstelle, die die Übertragung von Leistung und/oder Übermittlung von Datensignalen zwischen einem festen Bauteil und einem rotierenden Bauteil des elektrischen Gleitrings ermöglicht.
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Vorzugsweise werden elektrische Kontakte benutzt, die ein Bauteil, das mit der Drehung des zweiten Segments mitdreht, mit einem Bauteil (das sich nicht dreht) verbinden, wodurch der Fluss elektrischer Signale ermöglicht wird und ein Verdrehen oder Knicken der Kabel verhindert oder minimiert wird. Der elektrische Ring minimiert Kabelverdrehungen, indem er eine konstante und ununterbrochene Verbindung zwischen den festen Teilen (erstes Segment) und dem rotierenden Teil (zweites Segment) des Kopfes aufrechterhält, um Daten- und/oder Stromkabel zum zweiten Segment zu übertragen, das endlos drehbar ist.
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Der elektrische Kollektor oder elektrische Gleitring kann ein bürstenartiger Kollektorring sein, der einen rotierenden Ring umfasst, der mit einem rotierenden Bauteil verbunden ist, das mit dem zweiten Segment mitdreht, und eine stationäre Bürste, die mit einem stationären Bauteil verbunden ist, das heißt, ohne Drehung. Optional kann die Bürste mit dem rotierenden Bauteil schleifen und sich entlang eines ringförmigen Abschnitts frei bewegen. Der rotierende Ring kann mit Metallringen oder -bändern versehen sein und die Bürsten berühren diese Metallringe oder -bänder.
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Optional kann der Kollektor oder elektrische Gleitring ein bürstenloser Gleitring sein, bei dem das rotierende Bauteil einen optischen oder magnetischen Sensor enthält, der Signale an einen Sensor des stationären Bauteils sendet.
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Dementsprechend können die oben beschriebenen elektrischen Verbinder Feger oder Bürsten, optische Sensoren oder magnetische Sensoren sein.
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Darüber hinaus kann der elektrische Kollektor zusätzliche Bauteile umfassen, um seine Hochfrequenzübertragungsfähigkeiten zu verbessern, wobei die zusätzlichen Bauteile Kondensatoren, Induktoren und andere passive Komponenten einschließen können.
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In einigen Ausführungsformen bestehen das eine oder die mehreren mit dem elektrischen Gleitring verbundenen Kabel aus Polytetrafluorethylen oder PTFE, da dieses Material den rauen Bedingungen im Inneren des Gefäßes standhalten kann. Optional sind die Kabel aus Glasfaser, da sie elektromagnetische Störungen, einschließlich durch Metallpartikel, minimieren und außerdem beständig gegen hohe Temperaturen sind.
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Auf diese Weise können die Kamera und vorzugsweise auch andere elektronische Vorrichtungen, die sich vorteilhafterweise im zweiten drehbaren Segment befinden sollten, über eines oder mehrere Signal- und/oder Stromkabel ordnungsgemäß mit dem elektrischen Gleitring verbunden sein und ein damit verbundenes Ausgangskabel (zum Beispiel mit dem stationären Bauteil) kommuniziert das Signal und/oder die Versorgung an ein Steuerungssystem. Auf diese Weise kann sich das zweite Segment endlos um seine eigene Längsachse drehen, ohne die Kabel, die die eine oder mehreren elektrischen Überwachungsvorrichtungen verbinden, zu verdrehen, oder wobei diese Verdrehung mindestens minimiert wird.
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Es sei zu beachten, dass in einigen Ausführungsformen die Kamera und/oder die anderen elektrischen Vorrichtungen möglicherweise von Batterien betrieben werden, sodass das eine oder die mehreren Kabel möglicherweise ausschließlich zur Signalübertragung bestimmt sind.
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Mindestens ein im Steuersystem umfasstes Element kann mit dem elektrischen Gleitring verbunden sein, um Signale von den elektronischen Vorrichtungen, die ebenfalls über Kabel mit dem elektrischen Gleitring verbunden sind, zu empfangen und an diese zu übertragen.
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Darüber hinaus umfasst die elektronische Vorrichtung vorzugsweise ein oder mehrere Überwachungsmittel oder -elemente. Beispielsweise können das eine oder die mehreren Überwachungsmittel ein oder mehrere Elemente und/oder verschiedene Kombinationen von Elementen aus einer Liste sein, die umfasst:
- - einen oder mehrere Temperatursensoren,
- - einen oder mehrere Hindernissensoren,
- - einen oder mehrere Drucksensoren,
- - einen oder mehrere Positionssensoren,
- - einen oder mehrere Geschwindigkeitssensoren,
- - einen oder mehrere Schwingungssensoren,
- - eine oder mehrere Lastzellen,
- - einen oder mehrere Beschleunigungsmesser,
- - einen oder mehrere Durchflussmesssensoren,
- - eine oder mehrere Kameras.
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Ebenso können mindestens eines der Überwachungselemente oder eine Kombination davon zusammen oder zusätzlich zur Kamera in die oben beschriebene Überwachungskammer integriert sein.
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Die Überwachungskammer kann eine Vielzahl von Kameras umfassen, um Bilder der Lanze und des Innenraums des Behälters zu erfassen, der zum Beschichten mit einem feuerfesten Material bestimmt ist.
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Mindestens der vordere Abschnitt der Überwachungskammer, wobei unter dem vorderen Abschnitt derjenige zu verstehen ist, der in Richtung des Bereichs zeigt, in dem die Zerstäubung innerhalb des Behälters erfolgt, kann mit einer ausreichend transparenten oder durchscheinenden Oberfläche versehen sein, um ausreichend Licht durchzulassen, damit die Kamera Bilder erfassen kann.
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Alternativ umfasst die Kammer eine Öffnung oder Blende zur ordnungsgemäßen Bilderfassung, und die Kamera ist durch ein wasserdichtes Gehäuse im Innenraum der Überwachungskammer geschützt.
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In einigen Ausführungsformen kann sich die Kamera innerhalb der Überwachungskammer befinden und eines oder mehrere zusätzliche Überwachungselemente können innerhalb des zweiten Segments und daher außerhalb der Kammer angeordnet sein.
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Die Kamera kann an die Verkabelung mit geschlossenem Stromkreis angeschlossen sein, wobei die Verkabelung das Innere des Kopfes durchquert, von der Kamera bis zur Verbindung mit dem elektrischen Kollektorring und am Ausgang davon elektrisch mit mindestens einem Element eines Steuersystems verbunden ist. Die Kamera kann vom Bediener sowohl zur Beaufsichtigung als auch zur Fernsteuerung der vom Kopf ausgeführten Zerstäubung benutzt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Zerstäubung des Kopfes durch einen Bediener mit Zugriff auf das Steuersystem, das die folgenden Schritte umfassen kann:
- - Positionieren des Kopfes an einer gewünschten Stelle innerhalb des Behälters,
- - Senden der erfassten Signale von der elektronischen Vorrichtung an das Steuersystem,
- - Analysieren der im Steuersystem empfangenen Signale, um eine Ausrichtung und Position der Lanze innerhalb des Behälters zu bestimmen,
- - Drehen des zweiten Segments und folglich der Position der Lanze basierend auf der Analyse der erfassten Signale, bis eine gewünschte Position erreicht ist,
- - Beginnen der Zerstäubung von feuerfestem Material.
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Darüber hinaus kann das Verfahren schlussendlich das Überwachen der Zerstäubung von feuerfestem Material vorzugsweise unter Nutzung der einen oder mehreren Kameras und das Anpassen der Position des Sprüharms und der Lanze nach Bedarf umfassen.
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Schließlich wird der Zerstäubungsprozess von feuerfestem Material gestoppt, wenn ein gewünschter Beschichtungsgrad an den Innenwänden des Behälters erreicht ist.
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Optional können die Kameras vom Bediener nur dazu benutzt werden, um das Zerstäuben von feuerfestem Material zu beaufsichtigen.
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Um die Einführung des Kopfes in den Behälter zu erleichtern und die Notwendigkeit von Brückenkränen oder die Notwendigkeit von am Behälter befestigten Armen zum Halten des Kopfes im Betrieb zu vermeiden, bezieht sich ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung auf einen Roboter, der den Kopf einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet.
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Der Roboter kann mit einem Positionierungsarm bereitgestellt sein, der im Betrieb an einem Ende des Kopfes angebracht ist. Ebenso kann am gegenüberliegenden Ende ein Positionseinstellmechanismus angebracht sein, der um eine Zugangsöffnung des Behälters herum angeordnet ist, sodass dieser Positionseinstellmechanismus mittels motorisierter Elemente ermöglicht, den Positionierungsarm auf einer Ebene entsprechend der Zugangsöffnung zu neigen, um die Einführung des Kopfes in den Behälter zu erleichtern.
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Vorzugsweise kann der Positionseinstellmechanismus zweite motorisierte Elemente umfassen, die konfiguriert sind, um den Positionierungsarm in Bezug auf eine Achse zu drehen, die senkrecht zur Zugangsöffnung des Behälters ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Anlage, die den Kopf gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet, wobei die Anlage einen Brückenkran aufweist, der konfiguriert ist, um den Kopf innerhalb des Behälters zu halten.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Anlage, die den Kopf gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet und außerdem eine Vielzahl von Armen umfasst, die am Behälter angebracht ist, um den Kopf zu halten, wodurch die Notwendigkeit eines Brückenkrans während des Zerstäubungsprozesses vermieden wird.
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In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem konfiguriert sein, um einen Satz von Signalen von den Überwachungselementen und der Kamera zu empfangen, diesen Satz von Signalen zu verarbeiten und einen weiteren Satz von Ausgangssignalen an einen der Aktoren oder Motoren des Kopfes, Roboters oder der Anlage zu senden, zum Beispiel für einen Notstopp oder um die Eingangsparameter der Motoren oder Aktoren zur Steuerung mittels des genannten Steuerungssystems oder eines anderen spezifischen Steuerungssystems für die Motoren zurückzukoppeln. Zum Beispiel kann das Steuersystem oder seine Verarbeitungseinheit konfiguriert sein, um die Position des Kopfes in Bezug auf den Behälter zu bestimmen und Signale an verschiedene Aktoren zu senden, um den Kopf automatisch durch die Zugangsöffnung des Behälters einzuführen, basierend auf den Signalen der Sensoren oder auf einem Bildprozessor, der die von der Kamera erfassten Bilder nachbearbeitet, um die Position und Ausrichtung des Kopfes in Bezug auf den Behälter zu erkennen.
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Vorteilhafterweise ist ein Bildnachbearbeitungsprogramm konfiguriert, um die Tiefe und Oberfläche (zum Beispiel den Durchmesser) des Behälters zu bestimmen. Gleichfalls können einer oder mehrere Hinderniserkennungssensoren das Steuersystem in Echtzeit auf ein mögliches Problem aufmerksam machen, so dass es zum Beispiel einen Notstopp ausführt, indem es Befehle an die motorisierten Mittel und/oder Aktoren ausgibt.
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Dementsprechend umfasst in einer Ausführungsform ein Steuer- und Verarbeitungsmodul einen Bildnachbearbeitungsalgorithmus, der konfiguriert ist, um von der Kamera erfasste Bilder zu analysieren, wobei der Bildnachbearbeitungsalgorithmus konfiguriert ist, um mindestens die Oberfläche der Zugangsöffnung und die Tiefe des Behälters zu erfassen, um die Position und Ausrichtung des Behälters in Bezug auf den Kopf zu berechnen und die Position und Ausrichtung des Kopfes basierend auf der zuvor ausgeführten Positionsberechnung anzupassen.
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Das Nachbearbeitungsprogramm kann Randerkennungs-, Objekterkennungs- und Bildsegmentierungstechniken nutzen, um die Behälteröffnung, Tiefe, Hindernisse und andere relevante Merkmale in den Bildern zu identifizieren.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen oder halbautomatischen Einführen des Kopfes in den Behälter mittels des Roboters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfassen kann:
- - Anordnen des Roboters mit dem Kopf in der Nähe des Behälters,
- - Aktivieren der elektronischen Vorrichtung mit einer oder mehreren Kameras und/oder einem oder mehreren Sensoren,
- - Sammeln eines Datensatzes von den Sensoren und/oder Bildern der einen oder mehreren Kameras,
- - Analysieren der gesammelten Datensätze und/oder der erfassten Bilder,
- - Bestimmen der Position und Ausrichtung des Behälters in Bezug auf den Kopf basierend mindestens teilweise auf dem analysierten Datensatz und/oder den berechneten Bildern,
- - Bestimmen, basierend auf der Ausrichtung und Position des Behälters, einer Rotations- und/oder Neigungsamplitude, die erforderlich ist, um die Position und Ausrichtung des Kopfes zum sicheren Eindringen in den Behälter zu modifizieren,
- - Einwirken auf die motorisierten Mittel, um den Kopf in den Behälter einzuführen, basierend auf der Bestimmung des vorherigen Schrittes.
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Vorteilhafterweise werden die Schritte von einer Verarbeitungs- und Steuereinheit ausgeführt und diese Einheit kann auch einen Algorithmus ausführen, um die gewünschte Position und Ausrichtung des Positionierungsarms basierend auf der oben bestimmten Position und Ausrichtung des Positionierungsarms zu berechnen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zur Ergänzung der vorliegenden Beschreibung und zum besseren Verständnis der Merkmale der Erfindung ist gemäß einem bevorzugten Beispiel ihrer praktischen Umsetzung eine Reihe von Zeichnungen als integraler Bestandteil der Beschreibung beigefügt, in denen rein veranschaulichend und nicht einschränkend Folgendes dargestellt ist:
- 1.- Zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, die einen Roboter veranschaulicht, der einen Kopf beinhaltet, der dazu bestimmt ist, in einen Behälter zum Zerstäuben von feuerfestem Material eingeführt zu werden.
- 2.- Zeigt eine perspektivische Ansicht des Innenraums des Kopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen elektrischen Kollektor, der im ersten Segment des Kopfes angeordnet ist, ein zweites Segment, das in Bezug auf das erste Segment drehbar ist, eine Lanzenkammer, die mit dem zweiten Segment verbunden ist und in der Lage ist, sich in Bezug darauf zu neigen, und eine Überwachungskammer, die eine Kamera aufweist, veranschaulicht.
- 3.- Zeigt eine perspektivische Ansicht des Kopfes von 2, der starr an einem Positionierungsarm des Roboters von 1 angebracht ist.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird mit Hilfe der 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters (1) und eines Kopfes (2), die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, beschrieben.
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Insbesondere zeigt 1 einen Gegenstand der Erfindung, der sich auf einen Kopf (2) zum Zerstäuben eines Produkts in einem Innenraum eines Behälters (17) mittels einer Lanze (6) bezieht, wobei der Kopf (2) ein erstes Segment (4) umfasst, wobei das zweite Segment (3) in Bezug auf das erste Segment (4) endlos drehbar ist und die Segmente (3, 4) auf drehbare Weise untereinander verbunden sind.
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Darüber hinaus ist gezeigt, dass die Lanze (6) über eine Lanzenkammer (16) am zweiten Segment (3) montiert ist, in dessen Inneren die Lanze (6) angeordnet ist, wobei die Lanzenkammer (16) dazu in der Lage ist, um in Bezug auf das zweite Segment (3) über eine dazu (3) senkrechte Achse geneigt zu werden. Die Lanzenkammer (16), wie in 1 veranschaulicht, ist konfiguriert, um eine Neigungsbewegung in Bezug auf eine Achse auszuführen, die im Wesentlichen durch die Horizontale (senkrecht zum zweiten Segment) verläuft und eine Neigungsbewegung mit einer Winkelverschiebung Beta (0) darstellt, die vorzugsweise zwischen 0 und 110° liegt.
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In der Lanzenkammer (6) kann, wie in 2 gezeigt, ein Mischer (14) angeordnet sein, der konfiguriert ist, um Wasser von einem hydraulischen Gleitring (11) bis zu dem Mischer zu mischen, um mit dem Produkt vermischt zu werden, das durch die inneren Leitungen zirkuliert, wodurch die Mischung genau vor ihrer Zerstäubung in der Lanze (16) entsteht.
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Das zweite Segment (3) des Kopfes (2) ist mit einer Überwachungskammer (21) versehen, die eine elektronische Vorrichtung umfasst, die vorzugsweise eine Kamera umfasst.
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1 zeigt zusätzlich einen weiteren Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung, der sich auf einen Roboter (1) bezieht, der den oben beschriebenen Kopf (2) beinhaltet.
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Es ist weiterhin veranschaulicht, dass der Roboter (1) einen Positionierungsarm (7) umfasst, der mit einem proximalen Ende (8) und einem distalen Ende (9) bereitgestellt ist, wobei der Positionierungsarm (7) über das distale Ende (9) davon (7) an dem Kopf (2) befestigt ist. Es ist außerdem ein Positionseinstellmechanismus (10) veranschaulicht, der um eine Zugangsöffnung (15) des Behälters (17) herum angeordnet ist, wobei der Positionseinstellmechanismus (10) mit dem proximalen Ende (8) des Positionierungsarms (7) verbunden ist, wobei der Positionseinstellmechanismus (10) motorisierte Mittel umfasst, die konfiguriert sind, um eine Neigungsbewegung des Positionierungsarms (7) in einer Ebene entsprechend der Zugangsöffnung (15) auszuführen, wobei die Neigungsbewegung durch eine Winkelverschiebung Alpha (α) dargestellt ist.
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Der Positionseinstellmechanismus (10) gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst zweite motorisierte Mittel, die konfiguriert sind, um den Positionierungsarm (7) in Bezug auf eine Achse zu drehen, die senkrecht zur Zugangsöffnung (15) des Behälters (17) ist.
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2 zeigt eine Ansicht des Inneren des Kopfes (2) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die veranschaulicht, dass das erste Segment (4) einen elektrischen Gleitring (12) umfasst. Der elektrische Gleitring (12) umfasst ein rotierendes Bauteil (19), das mit dem zweiten Segment (3) mitdreht, und ein stationäres Bauteil (22), wobei das rotierende Bauteil (19) und das stationäre Bauteil (22) mittels elektrischer Kontakte (23), die die Übertragung von Signalen und/oder elektrischer Energie untereinander ermöglichen, miteinander in elektrischem Kontakt stehen. Wie in 2 gezeigt, sind die elektrischen Kontakte (23) vorzugsweise Bürsten.
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Darüber hinaus veranschaulicht 2, dass das rotierende Bauteil (19) Metallbänder (25) umfasst, wobei ein Metallband (25) über mindestens ein Kabel mit einer Kamera (20) verbunden ist. Das rotierende Bauteil (19) kann mit weiteren Metallbändern (25) versehen sein, die damit (19) drehen, wobei jedes Metallband (25) ordnungsgemäß mit einem Kabel verbunden ist, das zum Beispiel einem zusätzlichen Überwachungselement der Kamera entspricht, die eines von Folgenden sein können: Temperatur-, Hindernis-, Druck-, Positions-, Geschwindigkeits-, Schwingungssensoren, Beschleunigungsmesser usw.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Kamera (20) in einer Überwachungskammer (21) angeordnet, die an das zweite Segment (3) angrenzt und damit dreht, das dazu in der Lage ist, sich endlos um seine eigene Längsachse zu drehen.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schnitts gegenüber dem in 2 dargestellten, wobei außerdem der Positionierungsarm (7) des Roboters von 1 veranschaulicht ist, der starr am Kopf (2) befestigt ist.
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Genauer gesagt veranschaulicht 3 einen vorderen Abschnitt der Überwachungskammer (21), die eine Oberfläche umfasst, die transparent oder durchscheinend genug ist, um ausreichend Licht durchzulassen, damit die Kamera Bilder erfassen kann.
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Offensichtlich ist die Erfindung nicht auf die im vorliegenden Dokument beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern überspannt auch alle Variationen, die von jedem Fachmann innerhalb des allgemeinen Umfangs der Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, in Betracht gezogen werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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