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Die
Erfindung betrifft einen Hausbereich-Durchlauferhitzer zum Durchleiten
eines strömungsfähigen Mediums und mit einer Heizeinrichtung
zum Erwärmen des Mediums sowie ein Haushaltsgerät
mit einem solchen Hausbereich-Durchlauferhitzer.
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Zur
Erwärmung von Luft, Lauge oder Wasser ist im Haushaltsbereich
allgemein bekannt, Durchlauferhitzer bereitzustellen, welche eine
Leitung zum Durchleiten eines strömungsfähigen
Mediums und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Mediums aufweisen.
Beispielsweise kann die Heizeinrichtung aus einem Brenner bestehen,
welcher mit einer gasgestützten Flamme die Leitung und
darüber das strömungsfähige Medium erhitzt.
Ebenfalls bekannt ist der Einsatz einer Heizeinrichtung in Form
eines stromdurchflossenen Widerstandsdrahts, welcher sich erwärmt
und die von dem Widerstandsdraht umwickelte Leitung und darüber
das darin befindliche Medium erhitzt.
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Im
Haushaltsbereich sind verschiedenartige Geräte bekannt,
welche einen Hausbereich-Durchlauferhitzer aufweisen, der auf Grundlage
einer solchen Technik das strömungsfähige Medium
erwärmt bzw. erhitzt.
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Allgemein
bekannt sind aus
JP 2004-135998 ,
JP 2005-177331 oder
US 5,724,750 Waschmaschinen,
Wäschetrockner oder kombinierte Waschtrockner, bei welchen
eine ferromagnetische Wäschetrommel mittels eines magnetischen
Wechselfeldes erwärmt wird. Dazu sind außerhalb
der Wäschetrommel zumindest eine oder mehrere Spulen zum
Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes angeordnet. Aufgrund der
Wäschebeladung der Wäschetrommel gerät
die Wäschetrommel bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit
bei einem Schleudergang in Schwingungen, welche die Wäschetrommel unrund
laufen lassen. Bedingt dadurch ist nachteilhaft erforderlich, dass
die Induktionsspulen zum Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes
mit einem großen Abstand von der Trommel angeordnet werden.
Um die Trommel ausreichend erwärmen zu können,
müssen daher entsprechend große elektrische Ströme
an die Spulen angelegt werden.
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Ebenfalls
allgemein bekannt ist der Einsatz von Induktionsheizungen in Herden
zum Erwärmen von Kochgut.
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Im
Bereich der Haustechnik ist zur physikalischen ”Wasserentkalkung” außerdem
bekannt, durch magnetische Wechselfelder eine Umwandlung von im
Wasser enthaltenen ”Kalk” in eine Kalkform zu
bewirken, welche sich nicht in Leitungen absetzt.
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Allgemein
bekannt aus dem Anlagenbau sind außerdem Induktionsöfen
zur Erwärmung von Metallen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hausbereich-Durchlauferhitzer
bereitzustellen, welcher besonders zuverlässig, sicher
und energiesparend betreibbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mittels eines Hausbereich-Durchlauferhitzers und eines
Haushaltsgeräts nach dem jeweiligen unabhängigen
Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Der
Hausbereich-Durchlauferhitzer weist eine Leitung mit mindestens
einem Strömungskanal zum Durchleiten eines strömungsfähigen
Mediums (Flüssigkeit und/oder Gas) auf, als auch eine Heizeinrichtung
zum Erwärmen des Mediums, wobei die Heizeinrichtung als
zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes eine Spule und ferner
mindestens einen durch das magnetische Wechselfeld erwärmbaren
Heizkörper aufweist.
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Eine
solche Anordnung nutzt somit aus, dass eine primäre Energie,
welche durch die Spule als einer Primär-Wicklung bereitgestellt
wird, durch magnetische Induktion in dem sekundärseitig
angebrachten Heizkörper übertragen wird. Unter
Ausnutzung des Transformator- oder des Wirbelstrom-Prinzips wird
in den Heizkörpern entsprechend Wärme erzeugt
und von diesen an das benachbarte Medium übertragen. Durch
die induktive Leistungsübertragung von der Spule auf den
Heizkörper kann eine Verlustleistung gering gehalten werden,
wodurch sich ein solcher Durchlauferhitzer energiesparend betreiben
lässt.
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Die
primäre Energiequelle (Spule) und der oder die Heizkörper
sind elektrisch voneinander getrennt (galvanisch getrennt) so dass
auf Kontakte und Kabel für die Übertragung von
Strom bis in den zu erwärmenden Bereich verzichtet werden
kann. Dadurch wird eine preisgünstige und korrosionsunanfälligere
Bauweise erreicht. Besonders vorteilhaft ist, dass elektrische Komponenten
weitab von jeglichen flüssigkeitsführenden Komponenten
angeordnet sind und dadurch ein Berührungsschutz von spannungsführenden
Teilen gewährleistet ist, was die Betriebssicherheit erhöht.
Ein weiterer Vorteil ist die mögliche Umwandlung des im
Wasser enthaltenen ”Kalks” in eine Kalkform, welche
sich nicht mehr an Geräteoberflächen, wie z. B.
Heizkörpern, anlagert, was die Zuverlässigkeit
weiter erhöht.
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Ein
solcher Hausbereich-Durchlauferhitzer ist insbesondere einsetzbar
in einem Haushaltsgerät wie einem Warmwasser-Durchlauferhitzer,
einer Waschmaschine, einem Wäschetrockner, einem Waschtrockner
oder einer Spülmaschine. Prinzipiell kann ein solcher Hausbereich-Durchlauferhitzer
aber auch Haushaltsinstallationen wie Heizungen oder den Sanitärbereich
betreffen.
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Zur
besonders verlustarmen Energieübertragung auf den oder
die Heizkörper wird die Spule mittels eines Resonanzwandlers
betrieben oder stellt einen Teil davon dar.
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Der
mindestens eine Heizkörper kann in den mindestens einen
Strömungskanal eingebracht sein, da sich so auf konstruktiv
einfache Weise eine großflächige Kontaktfläche
mit dem Strömungsmedium erreichen lässt. Dazu
kann der mindestens eine Heizkörper insbesondere eine Vielzahl
von Einzelheizkörpern aufweisen, welche vorteilhafterweise
einen genügenden Zwischenraum für das Strömungsmedium lassen.
Entsprechend ist das Verhältnis der Oberfläche,
welche mit dem zu erwärmenden Medium in Kontakt steht,
und dem inneren Volumen des Heizkörpers, einstellbar, um
eine hohe Wärmeübertragungsrate und damit eine
geringe Ansprechzeit zu erlangen. Besonders bevorzugt werden Einzelheizkörper
mit kugelförmiger Grundform, da diese ein Raumvolumen und
zwischen den Kugeln ein Durchtrittsvolumen für das Medium
in besonders vorteilhafter Ausgestaltung ermöglichen. Außerdem
weisen Kugeln eine relativ glatte und wirbelhemmende Oberfläche
auf.
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Zur
Erwärmung auf Basis des Wirbelstrom-Prinzips kann der mindestens
eine Heizkörper einen elektrisch leitfähigen Einzelheizkörper
aufweisen. Zur besonders hohen Energieabsorption kann der Einzelheizkörper
ein ferromagnetisches Material aufweisen, vorzugsweise auf Eisenbasis
(Ferrit, Stahl usw.).
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Zur
Realisierung einer transformatorischen Kopplung, die einer induktiven
Kopplung zwischen einem trennbaren Primärteil und Sekundärteil
eines Transformators entspricht, kann der mindestens eine Heizkörper
mindestens eine Sekundärwicklung (”Sekundärspule”)
aufweisen, insbesondere eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung.
Durch das von der Spule (”Primärspule”)
erzeugte magnetische Wechselfeld wird in der Sekundärspule,
deren Wicklung ein oder mehrere Windungen aufweisen kann, ein Strom
erzeugt, der aufgrund des Kurzschlusses in Wärme umgewandelt
wird. Insbesondere hierbei ist ein Resonanzwandler vorteilhaft einsetzbar.
Zur besonders effektiven Wärmeerzeugung weist die Sekundärspule
einen Widerstandsheizdraht als Wicklungsdraht auf. Alternativ oder
zusätzlich kann die Spule mit Heizwiderständen
als Last versehen sein. Der Heizkörper kann mehrere Einzelheizkörper
mit jeweils einer Sekundärspule oder mehreren Sekundärspulen
aufweisen.
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Zur
effektiven Leistungsaufnahme kann der mindestens eine Heizkörper
einen Spulenkern aus einem ferrithaltigen Material aufweisen, z.
B. in Form eines Schalenkerns.
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Die
Spule zur Erzeugung des magnetischen Wechselfelds kann zur einfachen
Herstellung und Erlangung einer hohen Zuverlässigkeit außerhalb
einer Wandung der Leitung angeordnet sein. Damit der Strömungskanal
nicht oder zumindest nicht Wesentlich zur Erwärmung des
Heizkörpers durch die Wandung abgeschirmt wird, ist die
Wandung vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise oder bereichsweise
frei von einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, z. B.
aus Kunststoff ausgebildet. Dadurch kann das magnetische Wechselfeld
im Wesentlichen ungestört in den Strömungsbereich
mit dem zumindest einen sich darin befindlichen Heizkörper
eindringen.
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Gemäß einer
weiteren, aber auch kombinierbaren Ausführungsform ist
der mindestens eine Heizkörper zumindest teilweise als
ein Bestandteil der Wandung ausgebildet. In diesem Sinne können
natürlich auch mehrere voneinander beabstandete Wandungsabschnitte
einer Wandung der Leitung als solche Heizkörper ausgebildet
sein, also elektrisch leitendes, insbesondere metallisches, speziell
ferromagnetisches, Material aufweisen. Vorteilhaft bei solchen Anordnungen
ist eine außenseitige thermische Abschirmung, so dass die
in den Wandungsbereichen der Leitung entstehende Wärme
vorzugsweise nur in Richtung des von der Leitung durchströmten Mediums
abgegeben wird. Die Wan dung kann auch sich erwärmende,
in den mindestens einen Strömungskanal ragende Wärmeübertragungselemente wie
Längsrippen usw. aufweisen.
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Das
Medium kann insbesondere Luft, Wasser oder eine Lauge aufweisen,
wie es als Nutzmedium oder als Wärmeträger im
Haushalt eingesetzt wird.
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Insbesondere,
wenn der mindestens eine Heizkörper in Kontakt mit Feuchtigkeit
gelangen kann, insbesondere also innerhalb des Strömungsbereichs
des Mediums angeordnet ist, weist er vorteilhaft einen Korrosionsschutz
auf. Ein Korrosionsschutz ist insbesondere zweckmäßig,
da ferromagnetische Materialien zum Oxidieren bzw. „Rosten” neigen.
Insbesondere bei von Wasser oder einer Lauge als dem Medium durchströmten
Leitungen ist daher eine Beschichtung auf der Außenseite
der Heizkörper mit einem Korrosionsschutz vorteilhaft. Alternativ
oder zusätzlich können mindestens dem Strömungsmedium
ausgesetzte Bereiche des Heizkörpers aus einem rostfreien
Material bestehen.
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Bei
einem besonders bevorzugten derartigen Hausbereich-Durchlauferhitzer
ist die Leitung rohrförmig ausgestaltet und außenseitig
mit einer Induktorspule als der Spule umwickelt, und ein Heizbereich
mit dem mindestens einen Heizkörper ist innerhalb des von
der Spule umwickelten Bereichs in der Wandung und/oder in dem mindestens
einen Strömungskanal ausgebildet.
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In
den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
schematisch genauer beschrieben. Dabei sind zur besseren Übersichtlichkeit
gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform eines bevorzugten Hausbereich-Durchlauferhitzers
in teilweiser Schnittansicht und
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2 eine
zweite Ausführungsform eines Hausbereich-Durchlauferhitzers
in Schnittansicht.
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Der
anhand 1 beispielhaft dargestellte Hausbereich-Durchlauferhitzer 16 eines
Wäschetrocknungsgeräts (Waschtrockner oder Wäschetrockner)
H weist eine rohrförmige Leitung 1 auf. Die Leitung 1 weist
eine Wandung 2 auf, welche einen Strömungskanal 3 umschließt.
Die äußere Oberfläche der Wandung 2 ist
mit einer Spule 5 umwickelt, die bei Anlegen eines Wechselstroms
in dem von ihr umschlossenen Volumen ein magnetisches Wechselfeld
erzeugt und somit als Induktionsspule dient. An ihren Enden ist
an der Wandung 2 jeweils ein Flansch 4 ausgebildet,
welcher als Abrutschschutz für eine Spule 5 dient.
Die Wandung 2 ist aus einem nichtleitenden Material, z.
B. Kunststoff, ausgebildet, um dem von der Spule 5 erzeugten
elektromagnetischen Wechselfeld eine möglichst geringe
Abschirmung zu bieten.
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In
dem Strömungskanal 3 der Leitung 1 angeordnet
befindet sich als Heizkörper eine Vielzahl von kugelförmig
ausgebildeten Einzelheizkörpern 6, die als separate
Körper hergestellt worden sind. Die Einzelheizkörper 6 bestehen
aus einem Material welches sich bei einem Anlegen des Wechselstroms
mittels der Spule 5 aufgrund von darin induzierten Wirbelströmen
erwärmt. Zwar kann das Material allgemein ein elektrisch
leitfähiges Material sein, insbesondere ein Metall, jedoch
wird hier zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrads ein ferromagnetisches Material
oder einem Material mit hohem ferromagnetischem Gehalt verwendet,
speziell ein korrosionsgeschütztes Eisenmaterial.
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Eine
Steuereinrichtung 8 als Ansteuer- und Regelelektronik dient
dazu, eine von einem Stromversorgungsanschluss 9 bereitgestellte
Leistung aufzunehmen und über Spulenanschlussleitungen 10 einen
Wechselstrom an die Spule 5 so anzulegen, dass die Spule 5 das
magnetische Wechselfeld im Strömungskanal 3 im
Bereich der Heizkörper 6 erzeugt und die Heizkörper 6 erwärmt
bzw. erhitzt. Bei Umströmen der erwärmten Heizkörper 6 erwärmt sich
auch das Medium M. Am Ausgangsbereich der Leitung 1 ist
im oder am Strömungskanal 3 ein Temperatursensor 7 angeordnet,
welcher zum Erfassen der Ausgangstemperatur eines Mediums M dient, welches
den Innenraum 3 in Richtung des Temperatursensors 7 durchströmt
und dabei die Heizkörper 6 umspült. Vorzugsweise
ist die Steuereinrichtung 8 ausgelegt, eine Temperatur
mittels einer durch den Temperatursensor 7 erfassten und über
eine Signalleitung 11 an die Steuereinrichtung 8 angelegten Temperatursignals
zu regeln.
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Vorzugsweise
sind die einzelnen Heizkörper 6 mit einem Korrosionsschutz 12 versehen,
welcher beispielsweise als Beschichtung ausgebildet sein kann.
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Zum
Anschließen der Leitung 1 an ein externes Leitungssystem
weist die Leitung 1 vorzugsweise an den beiden stirnseitigen
Enden jeweils einen Rohrstutzen 13 auf, durch welches das
Medium M in den Strömungskanal 3 hereingeführt
bzw. auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Strömungskanal 3 abgeführt
wird.
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Der
Durchlauferhitzer 17 aus 2 zeigt
bis auf den Heizkörper 6* dieselben Komponenten
wie der Durchlauferhitzer 16 aus 1, weshalb
gegenüber 1 vor allem der Heizkörper 6* genauer
beschrieben wird.
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Anstelle
einer Vielzahl kugelförmiger Heizkörper befindet
sich bei dieser Ausführungsform nun sich längs
durch den Strömungskanal 3 erstreckender und von
der Wandung 2 zum Umspülen mit dem Medium ausreichend
beabstandeter Heizkörper 6*, in dessen Hohlraum 18 sich
aneinandergereiht mehrere Einzelheizkörper 19 befinden.
Die Einzelheizkörper 19 weisen jeweils einen Schalenkern 14 aus
Ferritmaterial auf, in dem eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung 15 untergebracht
ist. Während ein magnetisches Wechselfeld an den Sekundärwicklungen 15 anliegt,
werden diese erwärmt und erwärmen dadurch den
Ferritkern 14. Die Ferritkerne 14 wiederum erwärmen
den Heizkörper 6*, und dieser das Strömungsmedium
M.
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Selbstverständlich
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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So
sind die verschiedenen Ausführungsformen auch kombinierbar
ausgestaltet. Beispielswiese können eine Vielzahl von einzelnen
Heizkörpern nach 1 jeweils
mit Sekundärwicklungen umwickelt sein. Auch kann anstelle
eines einzelnen länglich ausgebildeten ferrithaltigen Körpers 14 eine
Anordnung mehrerer derartiger Körper hintereinander oder
nebeneinander in dem Innenraum 3 angeordnet sein.
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Die
beispielhaft dargestellten Einzelheizkörper aus 1 müssen
nicht kugelförmig ausgebildet sein, sondern können
auch andersartig geformte sein, z. B. scheibenförmig oder
ringförmig.
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Gemäß einer
alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltung, welche prinzipiell
auch kombinierbar mit den beiden beschriebenen Ausführungsformen
ausgestaltbar ist, kann auch die Wandung oder mindestens ein Abschnitt
der Wandung als der Heizkörper ausgestaltet sein. Dazu
weist die Wandung 2 dann entsprechend elektrische leitenden,
insbesondere ferromagnetische, Abschnitte auf oder ist als ganzes
ferromagnetisch ausgebildet, so dass das von der Spule 5 erzeugte
magnetische Wechselfeld die Wandung der Leitung erwärmt.
Bei einer solchen Ausgestaltung ist vorzugsweise außenseitig
der Wandung eine wärmereflektierende und/oder wärmeisolierende
Schicht angeordnet, um eine möglichst vollständige Übertragung
der Wärme in Richtung des Innenraums und des Mediums zu
ermöglichen.
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Während
vorstehend eine Anordnung aus einem zylinderförmigen Rohr
als der Wandung mit einer diese Anordnung umwickelnden Spule beschrieben
ist, sind prinzipiell auch anders dimensionierte Ausgestaltungen
möglich. Anstelle eines kreisförmigen Rohrs kann
auch ein eckiges, elliptisches oder anderweitig geformtes Leitungssystem
verwendet werden. Auch muss die Spule nicht zwingend um die Leitung 1 herum
gewickelt sein, sondern kann prinzipiell auch aus einer Vielzahl
von seitlich flächig auf der Wandung oder benachbart zur
Wandung angeordneten Vielzahl einzelner Spulenleiter ausgestaltet sein.
Die Spule kann, mit einer entsprechenden elektrischen Isolierung,
auch innerhalb der Wandung angeordnet sein oder in die Wandung integriert
sein, z. B. eingegossen sein.
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Auch
können die Spulen und Spulenkerne anders ausgestaltet sein,
z. B. mit einem anderen Material als einem Ferriten für
einen Spulenkern.
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Alternativ
zu einer Korrosionsbeschichtung kann bereits das Grundmaterial korrosionsfest
sein, z. B. rostfreier Stahl, und es kann so auf eine Beschichtung
verzichtet werden.
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- 1
- Heizeinrichtung
- 2
- Wandung
- 3
- Strömungskanal
- 4
- Flansch
- 5
- Spule
- 6,
6*
- Heizkörper
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Steuereinrichtung
- 9
- Stromversorgungsanschluss
- 10
- Spulenanschlussleitung
- 11
- Signalleitung
- 12
- Korrosionsschutz
- 13
- Rohrstutzen
- 14
- ferrithaltiger
Körper
- 15
- Sekundärwicklung
- 16
- Durchlauferhitzer
- 17
- Durchlauferhitzer
- 18
- Hohlraum
- 19
- Einzelheizkörper
- H
- Wäschetrocknungsgerät
- M
- strömungsfähiges
Medium
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-135998 [0004]
- - JP 2005-177331 [0004]
- - US 5724750 [0004]