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Ventillose Rotationskolbenpumpe Gegenstand aer Erfindung isc eine
ventillose iilussigkeitspumpe, die auch als FlüssigKeitsmotor Dienen dann. Sie arbeitet
in der Weise, daß zwei oder mehrere Flügel (Drel;olben) im cJleichen Drehsinn umlaufen
und eine hohl ausgebildete Antriebswelle die ### Trennung zwischen Druck- und Saugseite
sowie den UIalaut der Flügel bewirkt.
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O, Es sind Rotationskolbenpumpen und Drehflugelpumpen bzw. auch Motoren,
sowie rotierende Verdrängerpumpen in vielfältiger Bauart bekannt. Sie haben z.T.
mehr ouer weniger grobe Nachteile, ouer sind nur fur bestimmte ouer begrenzte Snwenuungsbereiche
c3enaut.
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Alle diese Bauarten bedürfén einer äußerst präzisen Fertigung.
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Die passungen der ir,einanuer drenenden ouer gleitenden Teile mussen,
Wd einen guten WirKungsgrad oder sogar die Fllnktionsfähigkeit zu gewährleisten,
äusserst eng gewählt werden. Daher ist eine Schmierung mit entsprechenden Mineralölen
bzs,z. Retten oder gleichwertigen Schmiermitteln unbedingt erforderlich. Die meisten
dieser bauarten sind oaner auf dås Gebiet der olhydraulik beschränkt und versagen
schon bei der Anwendung von Wasserglykolen.
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Aus uiesen Gründen ist bei diesen ßauarten aucn eine Förderung von
wasser oder ähnlichen Flüssigkeiten, insbesondere wenn diese Feststoffanteile enthalten,
nicht möglich. Es gibt zwar rotierende Verdrängerpumpen, beispielsweise die Monopumpe,
die Flüssigkeiten mit EíeststofEanteilen foreern können.Sie sind aber ausserst störanfällig
gegen Trockenlauf una erreichen ausserdem nur geringe Druckhöhen und Fördermengen.
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Kolbenpumpen ublicher Bauart bauen auf Grund des kurbeltriebes groß,
benötigen Ventile, sind nicnt selbstansaugend und trockenlaufsicxler. Eine Selbstansaugung
kann nur mittels zusätzlichem Fußventil in aer Saugleitung erreicht werden. Dieses
Ventil arbeitet aber nur bei Klarflüssigkeiten betriebssicher. £)as Fördern von
Flüssigkeiten mit gröberen Feststoffanteilen ist bei Pumpen, die mit Ventilen ausgerüstet
sina, nur bedingt möglich.
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Kreisel- und Kanalradpumpen sind zwar für die E'örderung von Flüssigkeiten
mit Feststoffanteilen geeignet, erreichen aber bei kle@ nerer Ausführung, also mit
weniyen Stufen nur geringe Druckhöhen.
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Sie sina ohne Zusatzeinrichtungen nicht sèlbstansaugend.
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Alle diese Nachteile und Mängel vermeidet aie mit vorliegender Erfindung
vorgeschlagene ventillose Rotationskolbenpumpe. Sie baut einfach und relativ klein
ist ventillos. selbstansaugend und trockenlaufsicher, sowie unempfindlich gegen
Förderströme mit größeren Feststoffanteilen selbst bei grober Körnung.
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Erfindungsgemäss besteht die ventillose Rotationskolbenpumpe aus einem
Gehäuse, zwei oder mehreren Flügeln (Drehkolben), die in einer Antriebs-@ohlwelle
verlagert sind und einer feststehenden Profilachse, die die Stellung der Flügel
in den einzelnen Arbeitsphasen bestimmt.
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Die Antriebshohlwelle ist in dem Pumpengehäuse derart exzentrisch
verlagert, daß in dem einen Bereich, dem Arbeitsbereich, ein ausreichender Förderquerschnitt
zwischen der Hohlwelle und dem Gehause verbleibt und in aem anderen Bereich@ dem
Trennbereich, aie hohlwelle dichtend an dem Gehäuse anliegt, und somit die Trennung
zwischen Druck- und Saugseite übernimmt.
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Die Flügel, die das Ansaugen und Fördern des Meiums bewirKen, ragen
in dem Arbeitsbereich soweit aus der Hohlwelle heraus, daß sie die Gehäusewand erreichen.
Im Trennbereich, in dem Hohlwelle und Gehäusewand durch dichtendes aneinander Vorbeigleiten
die
aug- und Druckseite trennen, sind sie soweit in die Hohlwelle
eingezogen, daß die dichtende Beruhrung zwischen Hohlwelle - und Gehäusewand gewährleistet
ist.
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Die Profilachse ist innerhalb der Hohlwelle angeordnet und in dem
Pumpengenäuse fest verlagert. Sie hat im wesentlichen die Aufgabe die Flügel im
ArDeitsbereich, d.h. in dem Bereich, in dem das Medium angesaugt bzw. gefördert
wird und ferner im Trennbereich in die entsprechende Stellung zu Pumpengehäuse und
Hohlwelle zu führen.
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Wie die eigentlichen Pumpenräume, Saugstutzen, Arbeitsbereich und
Druckstutzen, so ist auch die Hohlwelle mit der zu fördernden Flüssigkeit cellt,
Diese Ausfuhrung bietet den Vorteil, daß die Spalte, z.B. zwischen Flügel und Honlwelle,
aus Dichtungsgründen nicht zu eng sein brauchen. Trotzdem bleiben die Spaltverluste
gering, da die mit Flüssigkeit gefüllte Hohlwelle praktisch kein apaltwasser aufnehmen
kann. Weiterhin wird durch diese Anordnung erreicht, daß keine trockene Reibung
auftritt. Die Flüssigkeit wirkt als Schmiermittel. Der Verschleiß wird dadurch in
engen Grenzen gehalten.
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oine Abdichtung erfolg; einmal zwischen Honlwelle und Pumpengehäuse
und zum anderen zwischen Hohlwelle und Profilachse. Diese Abdichtung ist einfach
zu erreichen, da nur sich gegeneinander verdrehende Xreisflächen zu dicnten sind.
Diese Art der Abdichtung ist technisch einwandfrei zu lösen.
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Beim Umlauf der Hohlwelle und somit auch aer Flügel ändern sich die
Volumen zwischen Hohlwelle, Profilachse und Flügeln. Auf der Druckseite der Pumpe
wird das Volumen zwischen zwei Flügeln im inneren der Hohlwelle größer und auf der
Saugseite wiederum kleiner. Ed « folglich im Inneren der hohlwelle laufend Flüssigkeit
umgepumpt.
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Die Flüssigkeit befindet sich daher in stetiger zirkulation und in
Relativbewegung zur Hohlwelle. Diese Zirkulation der im der Hohiwalle befindlichen
Flüssigkeit ist ein wesentlicher Vorteil
ninsichtlich der Wärmeabführung
und Kühlung der Pumpe und zwar insbesondere dann, wenn ein gewisser Teilstrom oder
Leckstrom aus dem Inneren der Hohlwelle durch eine Leitung nach aussen abgeführt
wird.
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In gleicher Art kann zusätzlich Fördermedium, z.B. Wasser in dia Hohlwelle
angesaugt werden. In diesem Falle ergibt sich ein vollendeter Kühlungskreislauf.
Diese konstruktive Iiösung ist von entscheidendem Vorteil, wenn nicht gar Voraussetzung
für die Trockenlaufsicherung der Pumpe. Aucn wenn die Pumpe nicht fördert, was beispielsweise
immer in der Ansaugphase der Fall ist, bleibt sie durch die im Inneren der Hohlwelle
umgepumpt Flüssigkeit geschmiert und gekühlt. Bei intermetlerenuer Arbeitsweise
braucht daher diese Pumpe nicht abgeschaltet zu werden, sondern kann durchlaufen.
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Die Flügel, die das Ansaugen und Fördern bewirken, sind radial verschiebbar
in der Hohlwelle gelagert und stützen sich im Inneren aer hohlwelle auf der Profilachse
ab. en wesentliches Merkmal dieser Konstruktion ist, daß Profilachse, Hohlwelle
und Pumpengehäuse im Arbeitsbereich konzentriscne Kreisflächen um einen Mittelpunkt
bilaen. Die Flügel erfahren daner im Arbeitsbereich keine Relativbewegung zur Hohlwelle.
Ausserdem bleibt durch diese Anordnung der Föruerquerscnnitt der Pumpe vom Saugstutzen
bis zum Druckstutzen gleich groß. Es gibt eine Verengungen oder Erweiterungen, was
für das Fördern von verschmutzten Flüssigkeiten, besonders bei grober Körnung, einen
entscheidenden Vorteil bietet.
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In dem Trennbereich zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe sind die
Flügel soweit in die Hohlwelle eingeführt, daß sich die Hohlwelle mit dem hierfür
vorgesehenen Kreisabschnitt dichtend an das Pumpengehäuse anlegt. bei dieser konstruktiven
Anordnung kann der dichtende Kreisabsahnitt relativ groß ausgeführt werden, was
eine sehr gute Trennung von Druck- und Saugseite ermöglicht. Auf Grund dieser guten
Trennung und Abdichtung eianet sich die Pumpe einmal ftir höchste Drücke und ist
zum anderen selbstansaugend.
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Die konzentrische Anordnung von Hohlwelle und Pumpengehäuse im Arbeitsbereich
ermöglicht ein genaues Abstimmen der Flügeldichtflache zum Pumpengehäuse und gewährleistet
einen gleichmäßigen Spalt.
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Das Einziehen aer Flügel in die hohlwelle geschieht nach Verlassen
des Arbeitsbereiches auf aer Druckseite der Pumpe. Der Flügel liegt dann nicht raehr
am Pumpengehäuse an, So daß er allseitig unter dem Druck des Fördermediums steht.
Durch den auf die Stirnseite des Flügels einwirkenden Druck wird dieser in die hohlwelle
eingeschoben. Durch eine Gehäuseerweiterung am Ende des Arbeitsbereiches wird ein
scnnellex und gleichmässiger Druckaufbau uber den Stirnflächen der Flugel erreicht.
Um ein sicheres Einzienen der Flügel auch während der Anfahrperiode oder bei Trockenlaur
aer rui:ipe zu gewährleisten, ist zusätzlich eine entsprechend ausgebildete Kurvenschiene
vorgesehen. Das Ausfahren Qer Flügel beginnt sofort nach Verlassen des Trennbereiches
und wird durch die Profilachse bewirkt.
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Das Einzienen bzw. Ausfahren der Flügel findet sowohl auf der Saugseite
wie auch auf der Druckseite in einem Bereich statt, in dem die Flügel auf beiden
Seiten gleichmässig druckbelastet sind.
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Sie werden somit nicht einseitig an die Spaltwand der Hohlwelle angedrückt,
sonuern runren die Radialbewegung "schwimmend" im Spaltwasaer aus. Diese Konstruktion
vermeidet daher fast jede Reibung und somit auch Verschleiß. Weiterhin wird hierdurch
eine unzulässige Erwärmung vermieden zumal das in das Innere der Hohlwelle eintretende
Spaltwasser nocn zusätzlich kunlend wirkt.
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Diesen Merkmalen wurde auch für das Abgleiten der Flügel auf der Profilachse
Rechnung getragen. durch die exzentrische Anordnung der Profilachse zur Hohlwelle
verengt sich der Raum zwischen zwei Flügeln aut der Saugseite der Pumpe und erreicht
im Arbeitsbereich sein kleinstes Volumen. Hierdurch wird Flüssigkeit aus dem einen
Raum in den anderen verdrängt. Diese verdrängte Flüssigkeit wird
zur
Schmierung und Wärmeabführung in dem Gleitbereich zwischen Flügel un« Profilachse
verwandt, indem sie durch im Flügel entsprechend angeordnete Bohrungen auf die Gleitbahn
geführt wird.
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Um einen gleichmäßigen Spalt zwischen der Stirnfläche der Flegel und
dem Pumpengehäuse zu gewährleisten, werden die Flügel zweckmässigerweise mit entsprechenden
Schultern versehen, die sich in erreichter Endlage an aer Innenseite der Hohlwelle
anlegen.
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Ausserdem gewährleisten diese Schultern, daß die Flügel nicht durch
die Fliehkraft zuweit herausgedrückt werden. Weiterhin wird im Arbeitsbereich durch
Anliegen der Schultern am Inneren der Hohlwelle eine zusätzliche Dichtwirkung erzielt.
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Durch die Möglichkeit, die Pumpe voll symmetrisch zu bauen, ist sie
gleich gut für Rechts- und Linkslauf gecignet. Auch kann sie ohne weiteres als Flüssigkeitsmotor
eingesetzt werden.
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Die Profilachse ist in dem Pumpengehäuse fest verlagert. Angetrieben
wird die Hohlwelle. Die Lager fflr die Hohlwelle kennen sowohl auf der Profilachse,
als auch im Pumpengehäuse vorgesehen werden. Für den Antrieb tritt die Hohlwelle
zweckmässigerweise auf der einen Seite aus dem Pumpengehäuse heraus. In einfachster
Art kann der Antrieb der Hohlwelle beispielsweise durch Riemen- oder Keilriementrieb
erfolgen. Die Hohlwelle kann aber auch mit einer Aussen- oder Innenverzahnung für
den Antrieb durch Zahnräder versehen werden. Hier bietet sich konstruktiv an, daß
das Pumpengehäuse direkt mit dem Getriebegehäuse verbunden wird. Da das Getriebe
mit öl geschmiert werden muss, werden zwischen Pumpen-und Getriebegehäuse zwei Dichtungen
vorgesehen. Zwischen beiden Dichtungen wird eine nach Aussen führende bohrung angeordnet.
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Hierdurch ist bei Undichtwerden sofort zu erkennen, ob die Pumpen-oder
Getriebeseite undicht ist.
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Je nach Einsatz a1s Pumpe oder Motor dient die Hohlwelle als Antriebs-
oder Antriebswelle.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen näher
erläutert: Fig. 1: Schematische Darstellung der Rotationskolbenpumpe im Querschnitt.
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Fig. 2: Schematische Darstellung der Rotationskolbenpumpe inl Längsschnitt
(Schnitt A-A aer Fig. 1).
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Fig. 3: rofilachse mit Rückführungskurve für die Flügel.
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Fig. 4: flügel mit Anlagescnulter.
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Fig. 5: Schematische Darstellung eines kombinierten Pumpen-Getriebegehäuses.
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lig. 1 stellt die Rotationskolbenpumpe scneraatiscn im Querschnitt
dar. 1 ist das Pumpengehäuse mit Saugstutzen 2 und Druckstutzen 3.
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Mit 4 ist der Teil des Pumpengehäuses bezeichnet, der die Trennung
zwischen Saugseite und Druckseite bewirkt, indem die hohlwelle 6 dichtend an dem
Gehäuseteil 4 anliegt. Mit 5 ist der Förderquerschnitt zwiscnen Pumpengehäuse 1
und Hohlwelle 6 bezeichnet. Der Förderquerschnitt 5 ist vo Saugstutzen 2 bis zum
Druckstutzen 3 gleichbleibend groß. In den Schlitzen 7 der Hohlwelle b sind die
Förderflügel 6 radial beweglich angeordnet. Die Stellung der Förder@l Flügel 8 zum
Pumpengehäuse 1, bzw. zur Hohlwelle 6, wird durch die feststehende Profilachse 9
bestimmt. In dem Bereich des gleichbleinenden Förderquerschnittes 5 liegt die Mantellinie
lo der Pro achse 9 kon@entrisch zur Hohlwelle 6 und zum Pumpengehäuse 1.
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V@rläßt der Farderflügel 8 den Förderbereich 5, wird er entsprechend
Linie 12 in die hohlwelle 6 zurückgeführt. Die Xantellinie 11 der Profilachse 9
ist dementsprechend ausgebildet. Im Bereich des Gehäusetsila 4, also in dem Trennbereich
zwischen Saug- ond Druckseite sind die Förderflügel 8 ganz in die Hohlwelle 6 eingezogen.
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Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A der Fig. 1. 1 stellt wiederum das Pumpengehäuse
lit dem Förd#erquerschnitt 5 und dem trennenden Gehäuseteil 4 dar. 6 ist die Hohlwelle,
die durch die Dichtungen
17 gegenüber dem Pumpengehäuse 1 und durch
die Dichtungen 20 gegenüber der Profilachse 9 abgedichtet ist. Die Förderflügel
8 sind einmal in der eingezogenen und einmal in der ausgefahrenen Stellung dargestellt.
Sie werden in dem Schlitz 7 der Hohlwelle 6 geführt. Die Hohlwelle 6 ist mittels
der Lager 24 auf der Profilacase 9 verlagert, die für die Aufnahme der Lager 24
entsprechende Lagersitze 21 enthält. Die Hohlwelle 6 ist mit einer Keilriemenscheibe
18 für den Antrieb mittels Keilrieinen versehen.
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Die Profilachse 9 ist auf der einen Seite mittels Lagerzapfen 22 in
der Verlagerung 14 des Pumpendeckels 13 und auf der anderen Seite mittels Lagerzapfen
23 in der Verlagerung 16 fest verlagert. Das Lager 16 ist durch den Tragarm 15 mit
dem Pumpengehäuse 1 verunden. Die Dichtungen 20 für die Abdichtung zwischen Hohlwelle
6 und Profilachse 9 sind in dem zentrischen eil 19 der Profilachse 9, der gleichzeitig
als Anlage fur die Lager 24 dient, angeordnet.
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Fig. 3 zeigt die Ausbildung der Profilachse 9 mit besonderen Führungsleisten
27 für die Rückführung der Föraerflügel 8 in die Hohlwelle 6 entsprechend der Rückführungslinie
12 der Fig. 1.
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An den zentrischen Teilen 19 der Profilachse 9, n welchen die Dichtungen
20 angeordnet sind, sind Führungsleisten 27 vorgesehen, die in Ausflehmungen 25
der Förderflügel 8 eingreifen. 26 sind Ausnehmungen in der Profilachse 9, die ein
Übertritt der F6rderflüssigkeit aus der einen in die andere Kammer ermöglichen.
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Die rörderflügel 8 sind wiederum in Schlitzen 7 der RohIwelle 6 geführt.
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Fig. 4 zeigt weitere Einzelheiten. Die Förderflügel 8 sind mit Anlageschultern
30 versehen, welche sich bei der am weitesten ausgefahrenen Lage gegen die Hohlwelle
6 legen. In den Schlitzen 7 der Hohlwelle 6 sind ausserdem besondere FührungsbUchsen
29 für die Förderflügel 8 vorgesehen. Um eine geringe Reibung zwischen Förderflügel
8 und Profilachse 9 zu erreichen, ist der Fuß 31 der Förderflügel 8 kurvenförmig
ausgebildet una mit einer Bohrung 32 versenen, durch die Förderflüssigkeit zwischen
die Profilachse 9 und aen FuB 31 des Förderflügels 8 gelangen kann. Am Ende des
Förderbereiches
ist das Pumpengehäuse 1 durch Absatz 28 im Durchmesser vergrößert.
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Fig. 5 ist die schematische Darstellung einer Rotationskolbenpumpe
mit kombiniertem Pumpen-Getriebegehäuse. Uie Hohlwelle 6 ist auf der einen Seite
mit einer innenverzahlung 35 versenken, in die das Antriebsritzel 37 der Antriebswelle
36 eingreift. An das Pumpengehäuse 1 ist aas Getriebegehäuse 38 dicht angeflanscht.
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Das Getriebegehäuse 38 ist mit der Verlagerung 39 für den Lagerzapfen
23 der -Brofilacilse 9 und mit der Verlagerung 40 für die ugellager 41 zur Lagerung
er Antriebswelle 36 versehen.
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Die Dichtung zwischen Gehause 1 und Hohlwelle 6 erfolgt mittels zwei
Dichtungen 33. Zwiscnen aen Dichtungen 33 ist eine Bohrung 34 angeoranet. Die Hohlwelle
6 ist wiederum mittels der Lager 24 auf aem Lagersitz 21 der Profilachse 9 verlagert.
Die Abdichtung zwischen Iiohlwelle 6 und Profilachse 9 erfolgt durch die Dichtungen
20, die in aem Teil 19 der Profilachse 9 angeordnet sind.
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Patentansprüche: