EP1880111B1 - Vakuum-pumpenanordnung - Google Patents

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EP1880111B1
EP1880111B1 EP06754953A EP06754953A EP1880111B1 EP 1880111 B1 EP1880111 B1 EP 1880111B1 EP 06754953 A EP06754953 A EP 06754953A EP 06754953 A EP06754953 A EP 06754953A EP 1880111 B1 EP1880111 B1 EP 1880111B1
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EP
European Patent Office
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pump
housing
vacuum chamber
vacuum
flange
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EP06754953A
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Dirk Kalisch
Robert Stolle
Heinz-Dieter Odendahl
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Leybold GmbH
Original Assignee
Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/601—Mounting; Assembling; Disassembling specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps

Definitions

  • the invention relates to a vacuum pump arrangement, in particular a turbomolecular pump arrangement.
  • Vacuum pumps such as turbomolecular pumps, are connected to a vacuum chamber housing to create a vacuum in a vacuum chamber.
  • the connection takes place via a pump flange connected to the pump housing and corresponding holding elements, such as so-called claws.
  • the claws are connected to the pump flange on which, for example, a projection of the claw engages in a groove or groove of the pump flange.
  • US 2003/0175113 describes a turbomolecular pump with a pump housing and a vacuum chamber housing, each having a flange.
  • the flange of the pump housing and the flange of the vacuum chamber housing are screwed together by a plurality of screws.
  • a clamp is provided, which encompasses the two flanges. The clamp is bolted to the flange of the pump housing and to the flange of the vacuum chamber housing by means of several screws.
  • WO 2005/015028 describes a retaining clip for securing a generic vacuum pump to a housing, wherein a triangular intermediate element is provided, which is arranged between the retaining clip and the pump housing. If it comes in case of damage to a rotation of the pump housing relative to the retaining clip is by friction forces the Intermediate element taken from the pump housing. The tip of the triangle is in this case arranged such that when driving the intermediate element, the frictional forces between the intermediate element and the pump housing increase and thus a rotation of the pump housing is prevented.
  • a similar pump arrangement is also off JP 2000-073986A known.
  • the object of the invention is to increase the safety of vacuum pump assemblies in case of damage.
  • the vacuum pump arrangement according to the invention which is in particular a turbomolecular pump arrangement, has in particular a pump with high weight and / or high rotational speeds of the rotor.
  • the vacuum pump assembly has a pump housing in which a rotor and a stator are arranged. With the pump housing, a pump flange is connected, wherein the pump flange can also be formed directly as part of the housing.
  • a vacuum chamber housing holding elements are provided for attachment of the pump housing to a vacuum chamber housing holding elements are provided.
  • at least one holding element has an anti-twist device which is connected to the vacuum chamber housing works together.
  • At least one holding element is provided with an anti-rotation device according to the invention.
  • two, in particular opposing holding elements are provided with anti-rotation.
  • the holding element according to the invention can be combined with anti-rotation with conventional single-holding elements.
  • a plurality of retaining elements are provided with anti-rotation, in particular with at least three distributed on the circumference of the pump flange arranged holding elements.
  • the pump flange is preferably formed annular.
  • the holding element may comprise a pin, which preferably engages in a recess or bore provided on the pump chamber housing.
  • the retaining element preferably has a fastening element, such as a screw.
  • a preferred embodiment of the retaining element according to the invention thus has an anti-rotation, for example in the form of a pin engaging in a recess, and a fastening element which is screwed into a provided on the vacuum chamber housing thread.
  • the anti-rotation device is designed as a fastening element, in particular as a screw, so that the holding element according to the invention has at least two, in particular identically designed fastening elements. Since both fasteners provided in the vacuum chamber housing recesses, such as Threaded holes, engage, serve both fasteners both for attachment and to prevent rotation.
  • the pump flange connected to the pump housing or formed as part of the pump housing preferably has an annular groove. This can be interrupted, but preferably runs along the entire circumference.
  • the holding elements preferably have a particular annular segment-shaped approach, which engages in the groove.
  • the radius of the groove substantially corresponds to the radius of the lugs.
  • a vacuum pump arrangement has a pump housing 10, in which a rotor 14 rotating about a longitudinal axis 12 is arranged. Between the individual rotor blades 14 stator blades 16 connected to the housing 10 are arranged. The rotor 14 is fixedly connected via a connecting element 18 to a drive shaft 20. Accordingly, the stator 16 is fixedly connected to the housing 10 via a connecting element 22.
  • the housing 10 is fastened to a vacuum chamber housing 26 in the region of an opening 28.
  • the housing has an annular in the illustrated embodiment, pump flange 30.
  • the pump flange 30 is L-shaped in cross section, so that an annular groove 32 is formed.
  • the pump housing 10 is fastened via the flange 30 to the vacuum chamber housing 26.
  • the holding element 34 has an in particular annular segment-shaped projection 36, which engages in the groove 32 of the pump flange 30.
  • a screw 38 is provided as a fastening element.
  • the holding element 34 according to the invention (FIG. Fig. 2 ), a fastening element 38 and an anti-rotation 40, wherein in the illustrated embodiment, both the fastener 38 and the anti-rotation 40 as Screw are formed.
  • the rotation lock 40 engages in a recess 42, which is a threaded bore in the vacuum chamber housing 26 in the illustrated embodiment.
  • the retaining elements 34 according to the invention have, in addition to a fastening element 38, an anti-rotation lock 40, it is ensured when a damage occurs that twisting of the fastening elements 34 does not occur. Despite the high moments occurring in the event of damage, such as when blocking the rotor 14, which are transmitted from the rotor 14 via the stator 16 into the pump housing 10, no rotation of the holding elements 34 takes place, as is the case with corresponding single holding elements 44 (FIG. Fig. 2 ).
  • FIG. 2 illustrated perspective view of the pump housing 10 is a view of the flange side of the pump housing, wherein on the annular flange 30 four inventive holding elements 34 and four individual holding elements 44 are arranged.
  • the holding elements 34 according to the invention each have an annular projection 36 which in the groove 32 of the pump flange 30 (FIGS. Fig. 1 ) intervenes. Further, each support member 34, two screws 38, 40 are provided which serve as a fastener or rotation.
  • the screws 38, 40 are guided through through holes 46 provided in the holding element 34.
  • a single retaining element 44 shown in case of damage.
  • the single retaining element 44 is fastened in the vacuum chamber housing 10 via a screw 48. Due to the high occurring moments in case of damage, the pump housing 10 is rotated in the direction of an arrow 50. This results in a rotation of a single retaining element 44 in the counterclockwise direction. This can lead to damage of the flange 30 and the vacuum chamber housing 26.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Pumpenanordnung, insbesondere eine Turbomolekular-Pumpenanordnung.
  • Vakuum-Pumpen, wie beispielsweise Turbomolekular-Pumpen, sind zur Erzeugung eines Vakuums in einer Vakuumkammer mit einem Vakuumkammergehäuse verbunden. Die Verbindung erfolgt hierbei über einen mit dem Pumpengehäuse verbundenen Pumpenflansch und entsprechenden Halteelementen, wie beispielsweise sogenannten Pratzen. Die Pratzen sind mit dem Pumpenflansch verbunden, an dem beispielsweise ein Ansatz der Pratze in eine Rille oder Nut des Pumpenflansches eingreift. Die Befestigung der Pratzen an dem Vakuumkammergehäuse erfolgt über eine Schraube. Da derartige Vakuum-Pumpen ein Gewicht von bis zu 65 kg aufweisen können und der in dem Pumpengehäuse angeordnete Rotor Drehzahlen im Bereich von 30.000 bis 100.000 U/min erreichen kann, sind an die Sicherheit hohe Anforderungen gestellt. Auf Grund des hohen Gewichts und der hohen Rotorgeschwindigkeiten muss eine sichere Befestigung der Vakuum-Pumpe an dem Vakuum-Kammergehäuse gewährleistet sein, um mit hoher Sicherheit die Gefährdung von Bedienpersonal auszuschließen. Insbesondere bei dem Schadensfall des Blockieren des Rotors treten schlagartig hohe Momente auf, die vom Rotor über den Stator auf das Pumpengehäuse und von dem Pumpengehäuse über die Pratzen auf das Vakuumkammergehäuse übertragen werden. Bei derart großen Momenten, die im Bereich von mehreren tausend Nm liegen können, kann ein Verdrehen des Pumpengehäuses gegenüber dem Vakuumkammergehäuse erfolgen. Dies kann zu Beschädigungen des Vakuumkammergehäuses im Bereich der Befestigung der Pratzen führen. Insbesondere die Beschädigung des Vakuumkammergehäuses ist nachteilig, da zusätzlich zum Austausch der Vakuum-Pumpe auch eine Reparatur des Vakuumkammergehäuses erforderlich ist. Dies ist nicht nur kostenintensiv, sondern unterbricht eine Produktion ggf. für einen längeren Zeitraum. Ggf. kann es sogar vorkommen, dass die Pratzen am Pumpenflansch vollständig ausbrechen und die Vakuum-Pumpe nicht mehr am Vakuumkammergehäuse gehalten wird, so dass die Vakuum-Pumpe herunterfallen kann. Neben Beschädigungen des Vakuumkammergehäuses besteht hierdurch ein hohes Verletzungsrisiko des Bedienpersonals.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere ab einem Flanschdurchmesser von 160 mm vorstehende Probleme auftreten können.
  • US 2003/0175113 beschreibt eine Turbomolekularpumpe mit einem Pumpengehäuse und einem Vakuumkammergehäuse, die jeweils einen Flansch aufweisen. Der Flansch des Pumpengehäuses und der Flansch des Vakuumkammergehäuses sind durch mehrere Schrauben miteinander verschraubt. Zusätzlich ist eine Klammer vorgesehen, die die beiden Flansche umgreift. Die Klammer ist mit Hilfe mehrerer Schrauben jeweils mit dem Flansch des Pumpengehäuses und mit dem Flansch des Vakuumkammergehäuses verschraubt.
  • WO 2005/015028 beschreibt eine Halteklammer zum Befestigen einer gattungsgemäße Vakuumpumpe an einem Gehäuse, wobei ein dreieckförmiges Zwischenelement vorgesehen ist, das zwischen der Halteklammer und dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Kommt es im Schadensfall zu einer Rotation des Pumpengehäuses relativ zur Halteklammer wird durch Friktionskräfte das Zwischenelement vom Pumpengehäuse mitgenommen. Die Spitze des Dreiecks ist hierbei derart angeordnet, dass sich beim Mitnehmen des Zwischenelements die Reibungskräfte zwischen dem Zwischenelement und dem Pumpengehäuse erhöhen und somit eine Rotation des Pumpengehäuses unterbunden wird. Eine ähnliche Pumpenanordnung ist auch aus JP 2000-073986A bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, im Schadensfall die Sicherheit von Vakuum-Pumpenanordnungen zu erhöhen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die erfindungsgemäße Vakuum-Pumpenanordnung, bei der es sich insbesondere um eine Turbomolekular-Pumpenanordnung handelt, weist insbesondere eine Pumpe mit hohem Gewicht und/ oder hohen Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors auf. Die Vakuum-Pumpenanordnung weist ein Pumpengehäuse auf, in dem ein Rotor und ein Stator angeordnet sind. Mit dem Pumpengehäuse ist ein Pumpenflansch verbunden, wobei der Pumpenflansch auch unmittelbar als Teil des Gehäuses ausgebildet sein kann. Zur Befestigung des Pumpengehäuses an einem Vakuumkammergehäuse sind Halteelemente vorgesehen. Erfindungsgemäß weist mindestens ein Halteelement eine Verdrehsicherung auf, die mit dem Vakuumkammergehäuse zusammen wirkt. Durch das Vorsehen einer derartigen Verdrehsicherung ist sichergestellt, dass im Schadensfall, insbesondere beim schlagartigen Blockieren des Rotors, auf Grund der auftretenden hohen Momente kein Verdrehen des Halteelements, wie der Pratze, erfolgt. Hierdurch ist insbesondere ein Lösen der Verbindung zwischen dem Pumpenflansch und dem Vakuumkammergehäuse vermieden, so dass die Sicherheit verbessert ist. Ferner ist die Gefahr des Beschädigens des Vakuumkammergehäuses im Bereich der Befestigung des Halteelements verringert.
  • Vorzugsweise ist mindestens ein Halteelement mit einer erfindungsgemäßen Verdrehsicherung vorgesehen. Vorzugsweise sind zwei, insbesondere einander gegenüberliegende Halteelemente mit Verdrehsicherung vorgesehen. Hierbei kann das erfindungsgemäße Halteelement mit Verdrehsicherung mit herkömmlichen Einzel-Halteelementen kombiniert sein. Vorzugsweise sind mehrere Halteelemente mit Verdrehsicherung, insbesondere mit mindestens drei am Umfang des Pumpenflansches verteilt angeordneten Halteelementen vorgesehen. Hierbei ist der Pumpenflansch vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet.
  • Als Verdrehsicherung kann das Halteelement einen Stift aufweisen, der vorzugsweise in eine am Pumpenkammergehäuse vorgesehene Ausnehmung bzw. Bohrung eingreift. Zusätzlich weist das Halteelement vorzugsweise ein Befestigungselement, wie eine Schraube, auf. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halteelements weist somit eine Verdrehsicherung, beispielsweise in Form eines in eine Ausnehmung eingreifenden Stiftes, und ein Befestigungselement auf, das in ein an dem Vakuumkammergehäuse vorgesehenes Gewinde eingeschraubt wird. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auch die Verdrehsicherung als Befestigungselement, insbesondere als Schraube, ausgebildet, so dass das erfindungsgemäße Halteelement mindestens zwei insbesondere identisch ausgebildete Befestigungselemente aufweist. Da beide Befestigungselemente in in dem Vakuumkammergehäuse vorgesehene Ausnehmungen, wie Gewindebohrungen, eingreifen, dienen beide Befestigungselemente sowohl zur Befestigung als auch zur Verdrehsicherung.
  • Der mit dem Pumpengehäuse verbundene oder als Teil des Pumpengehäuses ausgebildete Pumpenflansch weist vorzugsweise eine kreisringförmige Nut auf. Diese kann unterbrochen sein, verläuft vorzugsweise jedoch am gesamten Umfang. Die Halteelemente weisen vorzugsweise einen insbesondere kreisringsegmentförmigen Ansatz auf, der in die Nut eingreift. Hierdurch ist die Montage der Pumpe erheblich vereinfacht, da die Lage des Pumpengehäuses relativ zum Vakuumkammergehäuse variiert werden kann, ohne das die Lage der Halteelemente verändert werden muss.
  • Vorzugsweise entspricht der Radius der Nut im Wesentlichen dem Radius der Ansätze. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass beim Auftreten eines sehr großen Moments im Schadensfall das Pumpengehäuse gegenüber den Halteelementen eine Drehung ausführen kann, sobald die durch das auftretende Moment zwischen dem Pumpenflansch und den Ansätzen der Halteelemente auftretenden Kräfte größer als die Reibungskräfte in diesem Bereich sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht einer Vakuum-Pumpenanordnung,
    Fig. 2
    eine schematische, perspektivische Ansicht eines Pumpengehäuses,
    Fig. 3
    eine schematische, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Halteelements, und
    Fig. 4
    eine schematische Draufsicht eines Teils einer Vakuum-Pumpenanordnung mit einem Halteelement nach dem Stand der Technik im Schadensfall.
  • Eine Vakuum-Pumpenanordnung weist ein Pumpengehäuse 10 auf, in dem ein um eine Längsachse 12 rotierender Rotor 14 angeordnet ist. Zwischen den einzelnen Rotorblättern 14 sind mit dem Gehäuse 10 verbundene Statorschaufeln 16 angeordnet. Der Rotor 14 ist über ein Verbindungselement 18 mit einer Antriebswelle 20 fest verbunden. Entsprechend ist der Stator 16 über ein Verbindungselement 22 mit dem Gehäuse 10 fest verbunden.
  • Zur Erzeugung eines Vakuums in einer Vakuumkammer 24 ist das Gehäuse 10 an einem Vakuumkammergehäuse 26 im Bereich einer Öffnung 28 befestigt.
  • Zur Befestigung weist das Gehäuse einen im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisringförmigen Pumpenflansch 30 auf. Der Pumpenflansch 30 ist im Querschnitt L-förmig, so dass eine kreisringförmige Nut 32 ausgebildet ist.
  • Mit Hilfe eines Halteelements 34 erfolgt eine Befestigung des Pumpengehäuses 10 über den Flansch 30 an dem Vakuumkammergehäuse 26. Hierzu weist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Halteelement 34 einen insbesondere kreisringsegmentförmigen Ansatz 36 auf, der in die Nut 32 des Pumpenflansches 30 eingreift.
  • Zur Befestigung des Halteelements 34 an dem Vakuumkammergehäuse ist als Befestigungselement eine Schraube 38 vorgesehen. Hierbei weist das erfindungsgemäße Halteelement 34 (Fig. 2) ein Befestigungselement 38 sowie eine Verdrehsicherung 40 auf, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl das Befestigungselement 38 als auch die Verdrehsicherung 40 als Schraube ausgebildet sind. Die Verdrehsicherung 40 greift in eine Ausnehmung 42 ein, bei der es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Gewindebohrung in dem Vakuumkammergehäuse 26 handelt.
  • Da die erfindungsgemäßen Halteelemente 34 neben einem Befestigungselement 38 eine Verdrehsicherung 40 aufweisen, ist beim Auftreten eines Schadensfalls gewährleistet, dass ein Verdrehen der Befestigungselemente 34 nicht auftritt. Trotz der im Schadensfall, wie beim Blockieren des Rotors 14, auftretenden hohen Momente, die von dem Rotor 14 über den Stator 16 in das Pumpengehäuse 10 übertragen werden, erfolgt hierbei kein Verdrehen der Halteelemente 34, wie es bei entsprechenden Einfach-Halteelementen 44 (Fig. 2) erfolgen kann.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten perspektivischen Ansicht des Pumpengehäuses 10 handelt es sich um eine Ansicht auf die Flanschseite des Pumpengehäuses, wobei an dem kreisringförmigen Flansch 30 vier erfindungsgemäße Halteelemente 34 sowie vier Einzel-Halteelemente 44 angeordnet sind. Die erfindungsgemäßen Halteelemente 34 weisen jeweils einen kreisringförmigen Ansatz 36 auf, der in die Nut 32 des Pumpenflansches 30 (Fig. 1) eingreift. Ferner sind je Halteelement 34 zwei Schrauben 38, 40 vorgesehen, die als Befestigungselement bzw. Verdrehsicherung dienen.
  • Die Schrauben 38, 40 sind durch in dem Halteelement 34 vorgesehene Durchgangsbohrungen 46 geführt.
  • Zur Verdeutlichung des Standes der Technik ist in Fig. 4 ein Einzel-Halteelement 44 im Schadensfall dargestellt. Das Einzel-Halteelement 44 ist über eine Schraube 48 in dem Vakuumkammergehäuse 10 befestigt. Auf Grund der hohen auftretenden Momente im Schadensfall erfolgt ein Drehen des Pumpengehäuses 10 in Richtung eines Pfeils 50. Hierdurch erfolgt ein Verdrehen eines Einzel-Halteelements 44 im Gegen-Uhrzeigersinn. Dies kann zu Beschädigungen des Flansches 30 sowie des Vakuumkammergehäuses 26 führen.

Claims (5)

  1. Vakuum-Pumpenanordnung, insbesondere Turbomolekular-Pumpenanordnung, mit
    einem in einem Pumpengehäuse (10) angeordneten Rotor (14) und einem Stator (16),
    einem mit dem Pumpengehäuse (10) verbundenen Pumpenflansch (30), und
    mindestens einem mit dem Pumpengehäuse (10) und einem Vakuumkammergehäuse (26) verbundenen Halteelement (34) zum Befestigen des Pumpengehäuses (10) an dem Vakuumkammergehäuse (26),
    wobei das Halteelement (34) mit einer mit dem Vakuumkammergehäuse (26) zusammen wirkenden Verdrehsicherung (40) verbunden ist,
    wobei der Pumpenflansch (30) eine kreisringförmige Nut (32) aufweist, in die ein kreisringsegmentförmiger Ansatz (36) des Halteelements (34) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Radius der Nut (32) im Wesentlichen dem Radius des Ansatzes (36) entspricht, so dass im Schadensfall das Pumpengehäuse (10) gegenüber dem Halteelement (34) eine Drehung ausführen kann, sobald die durch das auftretende Moment zwischen dem Pumpenflansch (30) und dem Ansatz (36) des Halteelements (34) auftretenden Kräfte größer als die Reibungskräfte in diesem Bereich sind.
  2. Vakuum-Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (40) in eine in dem Vakuumkammergehäuse (26) vorgesehene Ausnehmung (42) eingreift.
  3. Vakuum-Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (34) ein zusätzlich zu der Verdrehsicherung (40) vorgesehenes Befestigungselement (38) aufweist.
  4. Vakuum-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (40) zusätzlich als weiteres Befestigungselement ausgebildet ist.
  5. Vakuum-Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Halteelemente (34) am Umfang des vorzugsweise kreisringförmigen Pumpenflansches (30) angeordnet sind.
EP06754953A 2005-05-07 2006-05-02 Vakuum-pumpenanordnung Not-in-force EP1880111B1 (de)

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Publication Number Publication Date
EP1880111A1 EP1880111A1 (de) 2008-01-23
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US (1) US20090068011A1 (de)
EP (1) EP1880111B1 (de)
JP (1) JP2009500549A (de)
CN (1) CN100575711C (de)
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