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Einleitung
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Die
Erfindung betrifft eine Vibrationsplatte mit einem plattenförmigen
Bodenkontaktelement, das mittels eines mit dem Bodenkontaktelement
verbundenen Schwingungserregers in Schwingungen versetzbar ist und
eine ebene Kontaktfläche zur Einleitung von Kräften
in einen zu verdichtenden Untergrund besitzt, und mit einem über
elastische Kopplungselemente mit dem Bodenkontaktelement verbundenen
Oberwagen, der einen Antriebsmotor für den Schwingungserreger
sowie eine Deichsel zur manuellen Führung der Vibrationsplatte
durch eine Bedienperson aufweist, wobei die Deichsel mit Dämpfungsmitteln
zur Verminderung der auf die Bedienperson einwirkenden Beschleunigungen
von Deichselschwingungen versehen ist.
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Zur
Bodenverfestigung werden besonders auf kleineren und mittelgroßen
Flächen oder bei engen Verhältnissen wie zum Beispiel
in Gräben gerne Vibrationsplatten eingesetzt, die dabei
in der Regel von einer Bedienperson manuell geführt werden müssen.
Die über Schwingungserreger erzeugten Vibrationen verfestigen
allerdings nicht nur den Untergrund, sondern werden auch über
das an der Vibrationsplatte befestigte manuelle Führungselement, das
zum Beispiel eine Deichsel oder ein Führungsbügel
sein kann, auf die das Bodenverdichtungsgerät bedienende
Person übertragen. Solche auf den Menschen übertragene
Vibrationen können jedoch mit der Zeit zu Gesundheitsschäden
führen, die sich in Durchblutungsstörungen, Knochen-
und Gelenkschäden sowie in neurologischen oder Muskelerkrankungen äußern.
Um solche beruflich bedingten Erkrankungen zu vermeiden, existieren
EU-weit Richtlinien, die den Expositionszeitraum bei einer bestimmten
Schwingungsbelastung festlegen. Beschleunigungswerte unter 2,5 m/s2 sind unkritisch und ermöglichen
ein 8-stündiges Arbeiten.
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Vibrationsplatten
erzeugen jedoch üblicherweise Beschleunigungswerte zwischen
4 m/s2 und 15 m/s2,
teilweise auch darüber hinaus gehende Werte. Um Bediener
und Baustellenbetreiber möglichst wenig einzuschränken,
sind die Hersteller von Bodenverdichtungsgeräten daher
bestrebt, Vibrationsplatten so zu gestalten, dass die von ihnen
erzeugten Vibrationen nicht in ihrer Gänze auf die Bedienperson übertragen
werden, und setzen dementsprechend Dämpfungsmittel ein.
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So
wird in der europäischen Patentschrift
EP 1 127 983 B1 ein vibrationsgedämpfter
Bügelgriff vorgeschlagen, der über zwei Gummipuffer
und mit einem zusätzlichen Dämpfungsgewicht versehen
gesondert am Ende der Deichsel und mit einem Abstand zur Deichsel
der Vibrationsplatte befestigt ist. Hierdurch sollen insbesondere
höhere Schwingungsfrequenzen eliminiert werden, die speziell
für Durchblutungsstörungen und Nervenschädigungen
verantwortlich gemacht werden.
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Ein ähnlicher
Lösungsansatz wird in Druckschrift
EP 1 557 495 A2 offenbart.
Hier werden zur Vibrationsdämpfung insgesamt sechs Gummipuffer
an einem Verbindungsgelenk zwischen der Deichsel und dem Rahmen
des Oberwagens der Vibrationsplatte eingesetzt. Eine ebenfalls vorhandene
Dämpfungsmasse ist zwischen den Lagerbuchsen des Verbindungsgelenks
angebracht, so dass die Bedienperson keine Kraft zum Heben dieser
Masse aufwenden muss.
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Ein
etwas anderer Ansatz wird mit der in der Druckschrift
DE 10 2007 003 927 A1 beschriebenen Vorrichtung
zur Schwingungsdämpfung verfolgt. Anstelle von gummielastischen
Dämpfungselementen an Verbindungsgelenken zwischen der
Deichsel und dem Verdichtungsgerät an sich beziehungsweise zwischen
der Deichsel und zusätzlichen Griffelementen, sollen zwei
Doppelgelenke ein zusätzliches Handgriffteil mit der Deichsel
verbinden. Durch diese Doppelgelenke wird ein Großteil
der von der Vibrationsplatte kommenden Schwingungen sowohl waagerecht
als auch senkrecht in den Gelenken in leichte Drehbewegungen umgewandelt.
Mit zusätzlichen gummielastischen Dämpfungselementen
in den Gelenken ist die Bedienperson nur noch in geringem Ausmaß von
den Vibrationen betroffen.
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Der
Nachteil dieser Dämpfungsmaßnahmen ist jedoch,
dass zum einen der materielle und technische Aufwand sehr hoch sein
kann, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen, zum
anderen gummielastische Dämpfungselemente beziehungsweise schwingungsabsorbierende
Mehrfachgelenke durch die Vibrationen selbst, aber auch durch Versprödung einem
Verschleiß unterliegen, was zu kostentreibenden Reparaturen
führen kann. Zudem können je nach Härte
des gummielastischen Materials immer nur bestimmte Frequenzbänder
aus dem Schwingungsspektrum absorbiert werden, und sind die Dämpfungselemente
sehr weich ausgebildet, um ein möglichst breites Frequenzspektrum
abzudecken, so führt dies zu Problemen bei der Steuerung
des Bodenverdichtungsgerätes. Auch führen die
vorgenannten Doppelgelenke zu einer gewissen Labilität der
Deichsel und damit zu einer Indirektheit der Steuerung, woraus bei
der Bedienung Probleme im Falle einer Notwendigkeit schneller Manöver
entstehen können.
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Aufgabe
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der
Technik, ein Dämpfungselement für eine Vibrationsplatte
zu entwickeln, das ein Großteil der Vibrationen absorbiert,
die von der Vibrationsplatte über die Deichsel auf die
Bedienperson übertragen werden, wobei unter anderem diejenigen
Vibrationen absorbiert werden sollen, die in Längsrichtung
der Deichsel wirken. Gleichzeitig soll das Dämpfungselement
durch seinen Aufbau und eine kostengünstige Materialwahl
geringe Herstellungskosten verursachen.
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Lösung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Dämpfungsmittel mindestens ein lang gestrecktes,
gekrümmtes Dämpfungselement umfassen, mit dem
eine Bewegung der Deichsel in ihrer Längsrichtung durch
Biegung und/oder Torsion um eine Mittellinie des Dämpfungselements längenmäßig
kompensierbar ist. Nicht nur die hochfrequenten Vibrationen eines
Bodenverdichtungsgerätes können zu Gesundheitsschäden
führen, sondern auch Stöße, die sich
in Längsrichtung der Deichsel fortpflanzen, haben oftmals
negative Auswirkungen, insbesondere auf die Gelenke und Knochen
der Arme der Bedienperson. Durch den Einbau eines gekrümmten
Dämpfungselementes an die Deichsel der Vibrationsplatte,
bei dem die Stoßenergie durch Biegung beziehungsweise Torsion
des Dämpfungselementes absorbiert wird, können
solche Gesundheitsschäden vermieden werden.
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Dies
wird vorteilhafter weise dadurch erreicht, dass sich zur Stoßkompensation
ein Krümmungsradius des mindestens einen Dämpfungselements
um eine Neutralposition herum ändert. Durch die Änderung
des Krümmungsradius' treten im Dämpfungselement
sowohl Kompressions- als auch Dilatationskräfte auf und
die Materialschichten im Dämpfungselement werden gegeneinander
verschert. Solche Scherkräfte sind hocheffektiv beim Abbau
von Energien, so dass durch einen solchen Aufbau eines Dämpfungselementes
die Vibrations-, vor allem aber die niederfrequenten Stoßenergien von
der Vibrationsplatte nur sehr schlecht übertragen werden,
so dass die Einwirkung auf die Bedienperson entsprechend gering
ist.
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Insbesondere
können zwei Dämpfungselemente spiegelbildlich
nebeneinander angeordnet sein. Ist vorzugsweise mindestens ein Dämpfungselement
ein C-förmig oder U-förmig gekrümmtes
Stabelement, so können beide Dämpfungselemente
zusammen eine Kreisform, eine Ellipsenform oder eine Ovalform beschreiben,
was den Dämpfungselementen bei hoher Absorptionsfähigkeit
für Schwingungen und Stöße eine erhöhte
Stabilität verleiht.
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Weiterhin
soll vorgesehen sein, dass mindestens ein Dämpfungselement
an einem Ende mit einem von dem Oberwagen ausgehenden Grundkörper
der Deichsel und an einem gegenüber liegenden Ende mit
einem Handgriff für die Bedienperson verbunden ist. Durch
die Zwischenkopplung des Dämpfungselementes zwischen Deichsel
und Handgriff erhält man eine sehr hohe Schwingungsdämpfung
bei gleichzeitig guter Steuerbarkeit der Vibrationsplatte, da auf
diese Weise kaum Hebelwirkungen auftreten.
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Für
einen geringen Materialverbrauch für das Dämpfungselement
und einen geringen Herstellungsaufwand, vornehmlich aber zur Erhaltung
einer bestmöglichen Steuermöglichkeit, soll eine
besondere Ausführungsform vorsehen, dass sich mindestens ein
Dämpfungselement in einem Abschnitt der Deichsel befindet,
der sich – von dem bedienerseitigen Ende der Deichsel betrachtet – von
diesem Ende über maximal 30%, vorzugsweise maximal 25%,
weiter vorzugsweise maximal 20% der Gesamtlänge der Deichsel
erstreckt.
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Mindestens
ein Dämpfungselement kann zumindest teilweise aus Elastomermaterial
bestehen, das zudem vorzugsweise als Schlauchkörper oder Rohrkörper
ausgeformt sein soll. Die Verwendung von Elastomermaterial bietet
sich wegen seiner guten schwingungsdämpfenden Eigenschaften
an. In Form eines Schlauch- oder Rohrkörpers erhält
man eine hohe Stabilität bei niedrigem Materialverbrauch. Auch
erlaubt die Schlauch- beziehungsweise Rohrform den Einschub eines
biegsamen Körpers, mit dem die Härte und die Dämpfungseigenschaften
des Dämpfungsmaterials beeinflusst werden können.
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Insbesondere
soll der Schlauch- oder Rohrkörper jeweils mit einem ersten,
dem Oberwagen zugewandten Endabschnitt auf einen zylinderförmigen Endstück
des Grundkörpers der Deichsel aufgeschoben oder in eine
in dem Grundkörper befindliche, zylinderförmige
Haltebohrung der Deichsel eingeschoben werden können und/oder
mit einem zweiten, dem Oberwagen abgewandten Endabschnitt auf einen
zylinderförmigen Haltestift des Haltegriffs aufgeschoben
oder in eine zylinderförmige Haltebohrung des Haltegriffs
eingeschoben werden können. Die Dämpfungselemente
auf diese Art und Weise an der Deichsel beziehungsweise am Haltegriff
zu befestigen, ist eine technisch unkomplizierte Lösung,
die es zudem erlaubt, sie bei Bedarf wieder zu entfernen. So können
durch Verschleiß auftretende Reparaturkosten sehr niedrig
gehalten werden.
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Bei
Vibrationsplatten treten nicht nur Schwingungen und Stöße
in vertikaler Richtung und in Längsrichtung der Vibrationsplatte
auf, sondern auch Taumel-, Kipp- und Drehschwingungen. Daher soll weiterhin
vorgesehen sein, dass mit dem mindestens einen Dämpfungselement auch
Schwingungen der Deichsel um ihre Schwenkachse durch Biegung um eine
Mittellinie des mindestens einen Dämpfungselements wegmäßig
kompensierbar sind.
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Ausführungsbeispiel
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels für eine Vibrationsplatte
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine Gesamtansicht einer Vibrationsplatte mit dem erfindungsgemäßen
Dämpfungselement,
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2:
eine Detailansicht weiterer Dämpfungselemente gemäß 1,
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3:
eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Dämpfungselementes
der Vibrationsplatte gemäß 1,
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4:
einen Schnitt in Längsrichtung der Deichsel durch das erfindungsgemäße
Dämpfungselement gemäß 3.
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In 1 ist
eine in seinem grundsätzlichen Aufbau dem Stand der Technik
entsprechende Vibrationsplatte 1 dargestellt. Sie besteht
aus einem Bodenkontaktelement 2, auf dem ein Schwingungserreger 3 und
ein Oberwagen 4 angebracht sind. Der mit dem Bodenkontaktelement 2 fest
verbundene und lediglich eine einzige Unwuchtwelle aufweisende Schwingungserreger 3 sitzt
nicht mittig auf dem Bodenkontaktelement 2, sondern ist
in dessen vorderem Bereich untergebracht, so dass während
des Betriebs nicht nur eine Vibration in vertikaler Richtung zur
Verdichtung des Untergrundes, sondern auch eine Vorwärtsbewegung
erzeugt wird. Durch die Verwendung eines 1-Wellen-Schwingungserregers 3 wird
die gesamte Vibrationsplatte 1 leichter, kompakter und
technisch weniger kompliziert und somit besonders preisgünstig.
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Auf
dem Oberwagen 4 befindet sich ein Antriebsmotor 5,
der über einen Riemenantrieb 6 mit dem Schwingungserreger 3 verbunden
ist. Behältnisse 7 für Kraft- und Schmierstoffe
für den Betrieb der Vibrationsplatte 1 sind auf
dem Oberwagen 4 oberhalb des Antriebsmotors 5 angeordnet.
Am hinteren Ende des Oberwagens 4 ist eine Deichsel 8 zur
Steuerung der Vibrationsplatte befestigt. Die Deichsel 8 besteht
aus zwei langgestreckten, parallel angeordneten runden Holmen 9,
die an ihren freien Enden durch ein rohrförmiges Verbindungsteil 10 verbunden sind.
Dieses rohrförmige Verbindungsteil 10 ist länger
als der Abstand zwischen den beiden Holmen 9 und ragt somit
mit Endstücken 11 seitlich ein wenig über
die durch den Holmabstand definierte Deichselbreite hinaus (s. auch 3).
Des weiteren ist am Oberwagen 4 noch ein Bügel 12 befestigt,
an dem die Vibrationsplatte 1 zum Transport angehoben werden kann.
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Um
ein freies Schwingen des Bodenkontaktelementes zu ermöglichen,
gleichzeitig aber Schäden am Antriebsmotor 6 durch
die Vibrationen zu vermeiden, ist dieser soweit wie möglich,
dem Stand der Technik entsprechend, vom Bodenkontaktelement 2 schwingungsmäßig
entkoppelt. Dies geschieht, wie in 2 zu erkennen
ist, über gummielastische Dämpfungselemente 13,
die zwischen dem Bodenkontaktelement 2 und Befestigungsstreben 14 des Oberwagens 4 eingefügt
sind. An diesen Befestigungsstreben 14 des Oberwagens 4 ist
die Deichsel 8 mit Drehgelenken 15 gelagert, so
dass die Deichsel 8 um eine durch die vorgenannten Drehgelenke 15 definierte
Achse schwenkbar ist. Diese Drehgelenke 15 werden dabei
aus durch mit den Befestigungsstreben 14 verbundenen Lagerbuchsen 16 und
aus an der Deichsel 8 angefügten Lagerachsen 17 gebildet, zwischen
denen sich wiederum gummielastische Dämpfungselemente 18 befinden.
Für den Transport kann die Deichsel 8 an den Drehgelenken 15 vom
der Vibrationsplatte 1 getrennt werden, indem ein Haltesplint 19 aus
der jeweiligen Lagerachse 17 herausgezogen wird und die
Holme 9 der Deichsel 8 ein wenig zueinander zusammengedrückt
werden. Am hinteren Ende der Befestigungsstreben 14 des
Oberwagens 4 angebrachte Bolzen 20, die zur Schwingungsdämpfung
ebenfalls mit einem gummielastischem Dämpfungselement 21 ummantelt
sind, bilden einen Anschlag für die Begrenzung der Schwenkbewegung der
Deichsel 8.
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Wie
in 3 im Detail gezeigt, ist am freien Ende der Deichsel 8 ein
Haltegriff 22 angebracht, der aus einem elastischen, schlauchartigen
Kunststoffmaterial bestehen und damit ebenfalls als Dämpfungselement 23 wirken
soll. Der Haltegriff 22 besitzt eine ovale beziehungsweise
eine aus zwei Halbkreisen mit zwischen den Halbkreisen eingesetzten
Distanzstücken 24 bestehende Form, wobei eines
der Distanzstücke 24 das rohrförmige
Verbindungsteil 10 am freien Ende der Deichsel ist. Das
zweite Distanzstück 24 ist, wie aus 4 zu
entnehmen ist, ein zylinderförmiger Metallstab 26 aus
Vollmaterial, der durch seine Masse zusätzliche vibrationsdämpfende Eigenschaften
besitzt und die Schwingungsamplitude des Distanzstücks 24 relativ
zu der übrigen Deichsel 8 vermindert. Der größte
Teil der Vibrationen wird jedoch durch die beiden halbkreisförmigen,
elastischen Seitenteile 25 des Haltegriffes 22 aus schlauchartigem
Kunststoffmaterial absorbiert, die durch leichtes Biegen und Verdrehen
die über die Deichsel 8 übertragenen
Schwingungen aufnehmen. Durch die Halbkreisform der Seitenteile 25 können insbesondere
auch Schwingungen und Stöße, die in Längsrichtung
der Deichsel 8 auftreten, gut abgefedert werden. Aber auch
Schwingungsbewegungen der Deichsel 8 um deren Schwenkachse
können von den Seitenteilen 25 gut kompensiert
werden.
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Zur
Verbindung des Haltegriffs 22 mit der Deichsel 8 wird
das elastische Schlauchmaterial über die Endstücke 11 des
rohrförmigen Verbindungsteils 10 am freien Ende
der Deichsel 8 geschoben. Um einen guten Halt zu gewährleisten,
kann das Schlauchmaterial mit den Endstücken 11 des
Verbindungsteils 10 zusätzlich verklebt beziehungsweise
mit Schlauchschellen oder sonstigen Fixiermitteln befestigt werden.
Das als Vollzylinder-Metallstab 26 ausgeformte zweite Distanzstück 24 wird
dagegen zur Gänze vom elastischen Schlauchmaterial umhüllt. Dies
bietet den Vorteil, dass zum einen die Bedienperson einen griffigen
Halt hat, zum anderen wird dadurch eine weitere Vibrationsdämpfung
erreicht. Die Vibrationsdämpfung kann noch gesteigert werden, indem
der Haltegriff 22 im Haltebereich, der dem zweiten Distanzstück 24 entspricht,
mit einem extra weichen, gummielastischen oder geschäumten
Material, wie zum Beispiel Moosgummi, umhüllt wird.
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Das
elastische Schlauchmaterial des Haltegriffes 22 soll insbesondere
eine so ausreichend hohe Festigkeit und Steifigkeit besitzen, dass
im Normalbetrieb eine gute Steuerung des Bodenverdichtungsgerätes 1 ermöglicht
wird. Sollten jedoch einmal erhöhte Steuerungskräfte
nötig sein, die über den Haltegriff 22 nicht
mehr vollständig auf das Bodenverdichtungsgerät 1 übertragen
werden können, so besteht die Möglichkeit, dass
die Bedienperson die Steuerung kurzzeitig auch am rohrförmigen
Verbindungsteil 10 am freien Ende der Deichsel 8 ausübt.
Bei Manipulation an dieser Stelle besitzt die Deichsel 8 eine
Steifigkeit, wie sie auch bei Konstruktionen ohne die erfindungsgemäßen
Dämpfungselemente 23 vorliegt.
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In
Kombination mit den weiter oben beschriebenen Dämpfungselementen 13, 18 sowie 21 und besonders
durch den Einsatz eines solchen schwingungsgedämpften Haltegriffs 22 mit
Dämpfungselementen 23 lassen sich Beschleunigungswerte
von weit unter 2,5 m/s2 erreichen, so dass
auch bei langen Betriebszeiten und täglichem Einsatz des
Bodenverdichtungsgerätes keine Gefahr von Gesundheitsschäden
für das Bedienungspersonal besteht. Zudem ist ein solcher
schwingungsgedämpfter Haltegriff 22 durch die
Auswahl der entsprechenden Materialien und den unkomplizierten Aufbau
sehr kostengünstig herzustellen.
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- 1
- Vibrationsplatte
- 2
- Bodenkontaktelement
- 3
- Schwingungserreger
- 4
- Oberwagen
- 5
- Antriebsmotor
- 6
- Riemenantrieb
- 7
- Behältnis
- 8
- Deichsel
- 9
- Holm
- 10
- Verbindungsteil
- 11
- Endstück
- 12
- Bügel
- 13
- Dämpfungselement
- 14
- Befestigungsstrebe
- 15
- Drehgelenk
- 16
- Lagerbuchse
- 17
- Lagerachse
- 18
- Dämpfungselement
- 19
- Haltesplint
- 20
- Bolzen
- 21
- Dämpfungselement
- 22
- Haltegriff
- 23
- Dämpfungselement
- 24
- Distanzstück
- 25
- Seitenteil
- 26
- Metallstab
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1127983
B1 [0004]
- - EP 1557495 A2 [0005]
- - DE 102007003927 A1 [0006]