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Die
Erfindung betrifft eine Sleeve und ein Spannwerkzeug zur Verwendung
in einem System, das aus einem Spannwerkzeug und mindestens einer
Sleeve besteht.
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In
der Flexodruckindustrie sind zahlreiche derartige Systeme im Einsatz,
bei denen die Sleeves mit Hilfe von Luftdruck montiert werden. Die
Trägerzylinder für die Sleeves sind dabei relativ
einfach aufgebaut, hingegen sind die Sleeves selbst komplex. Beispiele
sind in der
EP 0 865
933 A1 und in der
EP 1
361 073 A2 gezeigt. Die Sleeves bestehen dabei aus mehreren
Schichten, um das Montieren und Spannen zu ermöglichen.
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Aus
dem Tiefdruckbereich sind Systeme bekannt, welche mit mehreren Spannsegmenten
arbeiten, wie bei der
US 5,971,314 und
der
US 4,624,184 , wobei
die letztere hydraulische Spannsegmente verwendet. Diese Systeme
besitzen viele Bauteile und verfügen über keine
homogene Spannkraft über die gesamte Fläche der
Sleeves. Andererseits gibt es hydraulische Spannsysteme, die zwar
die homogene Spannkraft bieten, wie zum Beispiel das System nach
der
US 3,166,013 , welche
aber keine ausreichende Biegesteifigkeit und Druckfestigkeit aufweisen
und auch keine ausreichend starke Kraftübertragung auf
die zu spannenden Sleeves sicherstellen können.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System aus mindestens
einer Sleeve und einem Spannwerkzeug und auch ein Verfahren zum Herstellen
einer Sleeve zur Verfügung zu stellen, die deutlich günstiger
in der Herstellung und auch qualitativ hochwertiger sind als die
Systeme, die bisher verwendet werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Sleeve nach Anspruch 1 gelöst.
Ein Spannwerkzeug zur Verwendung in einem System aus einem Spannwerkzeug und
mindestens einer Sleeve ist in Anspruch 8 definiert. Ein Verfahren
zum Herstellen einer Sleeve ist in Anspruch 15 angegeben.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, daß die Sleeve, die in einem System aus einem
Spannwerkzeug und mindestens einer Sleeve verwendet werden soll,
aus vollständig einem gießbaren Material hergestellt
ist. Dabei kann das gießbare Material ein elastomerer oder
duromerer Kunststoff sein, insbesondere ein Epoxyharz, oder aber
ein Metall oder eine Metall-Legierung. Das gießbare Material
kann dabei mit das Elastizitätsmodul und/oder die Formsteifigkeit
und/oder die Leitfähigkeit erhöhenden und/oder
das Gewicht reduzierenden Füll stoffen versetzt sein, insbesondere
Glasfasern, Glasballonen, Aramidfasern, Kohlenstoff-Faser, elektrisch
leitfähigen Fasern und bandförmigen Materialien.
Die Sleeves werden somit in einem Gießverfahren hergestellt,
das sowohl im Vakuum als auch unter normalen Atmosphärendruck
oder Überdruck durchgeführt werden kann.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik, der vorrangig Polyurethanschäume
verwendet, haben beispielsweise Epoxyharze mit einer Glasfaser-
oder Glasballonfüllung eine erhöhte mechanische
Festigkeit und eine bessere Formbeständigkeit bei wesentlich
geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten und deutlich höherer
Druckfestigkeit. Beim Guß von nach der Erfindung geeigneten
Metallen oder Metall-Legierungen, wie Aluminium oder Buntmetallen, beispielsweise
Kupfer, gelten dieselben Vorteile. Die erhöhte Formbeständigkeit
bewirkt in den verschiedenen Veredelungsprozessen, wie Gummierung, Galvanisierung,
Beschichtung mit verschiedensten Materialen als auch im späteren
Druckprozeß eine deutlich verbesserte Maßhaltigkeit,
was Rundlaufeigenschafen und Umfang betrifft und sorgt somit für ein
verbessertes und stabileres Druckergebnis.
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Das
Innenprofil der Sleeve kann dabei konisch oder zylindrisch sein.
Konische Innenkonturen können auf einem entsprechenden
kegeligen Werkzeug hergestellt werden, wobei aufgrund der Entformungsschräge
eine spätere Entformung kein Problem darstellt. Bei Innenkonturen,
die nicht konisch sind, wird die Sleeve auf einem expandierten Formwerkzeug
hergestellt, welches nach der Abformung kontraktiert wird und dadurch
eine problemlose Entformung zuläßt. Die Außenform,
also die Gießform, kann dabei analog zum Fertigungskern
auch als expandierbare Form ausgelegt sein.
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Je
nach Wahl der Materialzusammensetzung können unterschiedliche
Kraft-Dehnungskurven der Sleeves eingestellt werden. Je nach Auslegung
und Expansionsdruck bei der Herstellung einer Sleeve auf einem expandierbaren
Kern können verschiedenste Innenkonturen erzeugt werden,
beispielsweise können Sleeves hergestellt werden, die über
ihre Länge eine variierende Wanddicke aufweisen und somit
die spätere Biegung, wie sie in einer Druckmaschine auftritt,
ausgleichen. Die variierende Wandstärke wird dabei nicht über
einen späteren Zerspanungsprozeß erzeugt, sondern über
das variable Kernprofil des Herstellwerkzeugs. Erfindungsgemäß ist
dabei der Fertigungskern wie das unten beschriebene Spannwerkzeug
aufgebaut.
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Die
Erfindung beschreibt somit ein zylindrisches als auch ein konisches
Sleevesystem, das im wesentlichen in nur einem Arbeitsgang hergestellt wird
und später flexibel an den benötigen Druckumfang
bzw. Prägeumfang angepaßt werden kann, ohne daß dieses
in der Fertigung vorher berücksichtigt werden müßte.
Die erfindungsgemäßen Sleeves sind dabei in der
Verarbeitung als auch im Druckprozeß wesentlich formstabiler
als herkömmliche Sleeves. So können für
die günstigere Anpassung an die verschiedenen Druckumfänge
auch mehrere Sleeves unter Verwendung des erfindungsgemäßen Spannwerkzeugs
ineinander geschoben und gleichzeitig gespannt werden, ohne daß besondere
Bohrungen, Ventile oder andere Hilfsmittel benötigt werden.
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Die
zum Einsatz kommenden Trägerkerne für die Sleeves
sind dabei in ihrer Herstellung ähnlich aufwendig wie vergleichbare,
mit Luft arbeitende Systeme, aber deutlich günstiger als
mechanische oder hydraulische Spannwellen, die heute in der Flexo-
bzw. Tiefdruckindustrie verwendet werden. Da die Trägerkerne
jedoch in wesentlich geringeren Stückzahlen als die Sleeves
benötigt werden, ergibt für den Anwender der neuen
Technologie nicht nur ein Qualitäts-, sondern auch ein
Kostenvorteil.
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Ein
Spannwerkzeug zur Verwendung in einem System aus einem Spannwerkzeug
und mindestens einer Sleeve weist einen Innenkörper mit
einer Mittelachse und einen Außenkörper mit einer
Mittelachse, die zur Mittelachse des Innenkörpers koaxial
liegt, auf, wobei der Innenkörper und der Außenkörper
im Bereich ihrer Stirnseiten unter Bildung von Zugankern fest und
druckdicht miteinander verbunden sind und eine Einrichtung zum Beaufschlagen der
zu seiner Mittelachse weisenden Fläche des Außenkörpers
mit Druck vorgesehen ist, wobei erfindungsgemäß der
Außenkörper im Bereich zwischen den Zugankern
ein Material mit niedrigerem Elastizitätsmodul als dem
restlichen Materials des Außenkörpers aufweist.
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Diese
Einrichtung zum Beaufschlagen der zu seiner Mittelachse weisenden
Fläche des Außenkörpers mit Druck weist
bevorzugt mindestens einen im Innenkörper vorgesehenen
Kanal auf, der in die von seiner Mittelachse wegweisenden Fläche
des Innenkörpers mündet.
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Vorzugsweise
ist der Innenkörper im Bereich seiner Stirnseiten zur Bildung
der Zuganker mit größerer Wandstärke
ausgebildet ist als in einem Mittelbereich. Weiter bevorzugt ist
der Bereich größerer Wandstärke des Innenkörpers
als Ringflansch ausgebildet, an dem die Stirnseiten des Außenkörpers anliegen.
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Schließlich
kann der Außenkörper eine zumindest in axialer
Richtung variable Wandstärke aufweisen.
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Das
Spannwerkzeug trägt dem Erfordernis Rechnung, daß für
hochwertige Druck- und Prägeanwendungen ein sehr homogenes
Spannen der Sleeves auf einem Trägerkern bzw. einer Spannwelle
gewährleistet sein muß. Herkömmliche,
segmentierte mechanische oder hydraulische Spannsysteme sind für
ein hochwertiges Druckergebnis nachteilig, da jegliche Welligkeit,
Druckunterschiede über den Umfang oder die Länge
des Spannmittels und unterschiedliche Dehnungen an der Oberfläche
des Spannmittels eine negative Auswirkung auf das spätere
Druckergebnis haben.
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Damit
wird insbesondere in Verbindung mit einer oder mehreren Sleeves
der vorliegenden Erfindung ein hoch maßhaltiges System
geschaffen, das dem immer größer werdenden Qualitätsanspruch
der Industrie genügt.
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Ein
erfindungsgemäßes Spannwerkzeug kann zum Herstellen
einer Sleeve verwendet werden.
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Ein
Verfahren zum Herstellen einer Sleeve weist folgende Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines Fertigungskerns mit
den Merkmalen eines erfindungsgemäßen Spannwerkzeuges;
- b) Expandieren des Fertigungskerns auf das gewünschte
Innenmaß der Sleeve;
- c) Umschließen des Fertigungskerns mit einer Außenform;
- d) Vergießen des Hohlraums zwischen Fertigungskern
und Außenform mit gießbarem Material, welches
gegebenenfalls mit Füllstoffen versetzt ist;
- e) Aushärten des gießbaren Materials; und
- f) Aufheben der Expansion des Fertigungskerns.
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Dabei
kann vorgesehen sein, daß die Außenform als Außenrohr
auf der Sleeve verbleibt. In den Hohlraum zwischen Fertigungskern
und Außenform können Funktionselemente, wie Identifikationschips,
eingebracht und in einem Arbeitsgang mit vergossen werden.
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Im
folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden. Dabei zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht eines Spannwerkzeuges nach dem Stand
der Technik;
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2a eine
Längsschnittansicht eines Spannwerkzeuges nach einer ersten
Ausführungsform;
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2b eine
Längsschnittansicht eines Spannwerkzeuges nach einer zweiten
Ausführungsform;
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3 eine
Längsschnittansicht eines Spannwerkzeugs ähnlich 2 mit variabler Wandstärke des
Außenkörpers;
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4 ein
System aus einem Spannwerkzeug und mehreren Sleeves;
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5 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens für die Herstellung
von Sleeves, die nicht über eine Entformungsschräge
verfügen;
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6 eine
Längsschnittansicht durch eine Sleeve mit metallischem
Außenrohr;
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7 eine
Längsschnittansicht durch ein System aus Spannwerkzeug
mit Sleeve nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Ein
Spannwerkzeug oder Spannkern besteht im wesentlichen aus zwei Bauteilen,
dem Innenkörper und dem Außenkörper.
Nach dem Beispiel der 1, das den Stand der Technik
darstellt, insbesondere dem Teilbild (a), ist ein Außenkörper 10 aus Stahl
an seinen Enden durch Schweißnähte 12, 12' mit
einem koaxial angeordneten Innenkörper 20 fest verbunden.
Die Bereiche 14, 14' dienen dabei als Zuganker,
damit der Außenkörper 10 nicht schwimmend
gelagert ist. Über einen durch den Innenkörper geführten
Kanal 18 kann der Außenkörper 10 über ein
Medium mit Druck beaufschlagt und expandiert werden. Dieser sich
zwischen dem Innenkörper 20 und dem Außenkörper 10 aufbauende
Druck sorgt dafür, daß, wie in Teilbild (b) dargestellt,
sich der Außenkörper 10 unter Bildung
eines Druckraumes 16 von dem Innenkörper 20 abhebt.
Für den Aufbau hoher Drücke und die Übertragung
großer Kräfte ist dieses System allerdings nicht
geeignet, da die Verbindung in den Bereichen der Zuganker 14, 14',
die in der Regel als Schrumpfsitz ausgelegt sind, nicht stabil genug
ist und es sich daher bei solchen starken Belastungen wie eine schwimmende
Lagerung verhält.
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2a zeigt,
wie diese Nachteile durch ein Spannwerkzeug nach der Erfindung kompensiert werden
können. Hier sind die Randbereiche 24, 24' des
Außenkörpers 10, die die Zuganker bilden,
wesentlich stärker dimensioniert als im Stand der Technik
nach 1. Damit der Bereich zwischen den beiden Zugankern 24, 24' sich
dennoch ausreichend dehnen läßt, weist er eine
Beschichtung 22 aus einem Material mit einem wesentlich
geringeren Elastizitätsmodul als dem restlichen Material
des Außenkörpers 10 auf. Ein geeignetes
Materialsystem kann beispielsweise aus Stahl mit einem entsprechend
hohen Elastizitätsmodul und Epoxyharzen mit einem entsprechend
niedrigen Elastizitätsmodul bestehen. Damit kann der Innenkörper 20 aufgrund
der stabilen Zuganker 24, 24 somit wesentlich
dicker als beim Stand der Technik gewählt werden und eine
wesentlich höhere Biegesteifigkeit bereitstellen. Diese
erhöhte Biegesteifigkeit wird zudem durch die Beschichtung 22 des
Bereiches zwischen den beiden Zugankern 24, 24' noch
deutlich verbessert, da sie aufgrund der großen Wandstärke
das Widerstandsmoment des Verbundes deutlich erhöht, ohne
die Dehnung wesentlich zu verringern. Das System verhält
sich in der Praxis ähnlich wie ein herkömmlicher Stahlkern.
Die schwimmende Lagerung und geringe Biegesteifigkeit sind kompensiert.
Die Biegelinie kann aber noch deutlich verbessert werden, wie es im
Zusammenhang mit 3 erläutert ist.
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2b zeigt
eine Variante, bei der die Beschichtung 22 des Bereiches
zwischen den beiden Zugankern 24, 24' direkt an
den Innenkörper 20 angrenzt, so daß der
freiliegende Teil des Außenkörpers 20 materialeinheitlich
ist, beispielsweise aus Stahl.
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In 3 ist
ein Spannwerkzeug dargestellt, bei dem der Teil des Außenkörpers 10 mit
hohem Elastizitätsmodul in Längsrichtung mit unterschiedlichen
Wandstärken ausgebildet ist. Dabei weist die Wand in ihren
Endbereichen A, C eine höhere Wandstärke auf als
im mittleren Bereich B. Im expandierten Zustand dehnen sich dann
die Bereiche B mit der geringeren Wandstärke stärker
als die A, C mit einer größeren Wandstärke.
Da das variable Dickenprofil sich nicht an der Oberfläche
wiederfindet, kann die Oberfläche im nicht expandierten
Zustand beispielsweise zylindrisch oder auch kegelig sein, ohne
eine Bombage an der Oberfläche aufzuweisen. Dies erhöht
den nutzbaren Spannweg und macht die Bearbeitung des Materials mit
geringerem Elastizitätsmodul der Beschichtung 22 einfacher.
Es entsteht ein Spannwerkzeug, das über eine sehr homogene
Biegekompensation und hohe Biegesteifigkeit verfügt und
große Kräfte übertragen kann.
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Analog
dazu können auch Sleeves mit variabler Wandstärke
hergestellt werden, ohne daß man dabei auf einen Kurvenschliff
oder vergleichbare Fertigungsverfahren zurückgreifen müßte.
Zu diesem Zweck wird ein Fertigungskern eingesetzt, der über eine
variable Wand stärke verfingt. Durch die unterschiedlichen
Wandstärken ergeben sich bei der Expansion unterschiedliche
Dehnungen und Wege. Wird nun auf diesem Fertigungskern eine Sleeve
hergestellt und nach der Aushärtung zylindrisch bearbeitet,
so ergibt sich eine Sleeve mit unterschiedlicher Wandstärke.
Diese Sleeve kann nachher auf einem Spannkern mit homogenem Spannweg
gespannt werden. Das System aus Spannkern und Sleeve hat somit unterschiedliche
Außendurchmesser, die beispielsweise für die Biegekompensation
nützlich sein können.
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4 zeigt
ein System mit mehreren aufgespannten Sleeves 30, 40.
Die Sleeves 30, 40 werden dazu auf den entspannten
Spannkern aufgeschoben. Anschließend wird der Spannkern
durch Einbringen eines fluiden Mediums durch den Kanal 18 zum
Aufbau eines Druckraums 16 expandiert, wobei der Außenkörper 10 vom
Innenkörper 20 abhebt. Die Spannkraft dehnt zunächst
die über der Beschichtung 22 liegende Sleeve 30 und überträgt
einen Teil der Spannkraft auf die darüberliegende Sleeve 40.
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Ein
Verfahren für die Herstellung von Sleeves nach einer Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 veranschaulicht. Dabei wird
als Fertigungskern vorzugsweise ein solcher verwendet, der die Merkmale
des Spannwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist. Zunächst wird, wie in Teilbild (a) veranschaulicht,
der Fertigungskern 100 auf das gewünschte Innenmaß der
Sleeve expandiert. Anschließend wird der Fertigungskern 100 mit einer
Außenform 110 derart umschlossen, daß sich ein
Hohlraum 120 zwischen Fertigungskern 100 und Außenform 10 ergibt.
Dieser Hohlraum 120 wird nun mit gießbarem Material,
welches gegebenenfalls mit Füllstoffen versetzt ist, vergossen.
Anschließend wird das gießbare Material ausgehärtet,
die Sleeve 140 ist fertiggestellt. Die Expansion des Fertigungskerns 100 wird
aufgehoben, wie in Teilbild (b) zu sehen, so daß die Sleeve 140 zum
Entnehmen bereit ist. Der Außenmantel 110 kann
dazu abgenommen werden oder nach einer Variante, die in 6 dargestellt
ist, gleichzeitig das Außenrohr der Sleeve bilden. Dabei kann
vorgesehen sein, vor dem Vergießen in den Hohlraum 120 Funktionselemente 150,
wie Identifikationschips, einzubringen.
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7 zeigt
einen Luftzylinder 200, wie er beispielhaft in einer heutigen
Flexodruckmaschine zu finden ist. Um diesen Luftzylinder 200 wahlweise
für den Einsatz von herkömmlichen Flexosleeves
als auch für die in der Erfindung beschriebenen Sleeves einsetzen
zu können, befindet sich auf dem Luftzylinder 200 ein
Adapter 210. Der Adapter wird über einen Anschluß 218 mit
Hilfe eines fluiden Mediums expandiert, beispielsweise hydraulisch,
und sorgt somit durch Erweiterung des Druckraums 216 für
den nötigen Reibschluß zwischen dem Luftzylinder 200 und der
Sleeve 220. Wird der Spanndruck aufgehoben, so können
wahlweise die Sleeve 220 als auch der Adapter 210 vom
Luftzylinder 200 abgezogen werden. Zuganker 214, 214' dienen
dazu, den Adapter 210 in beide Richtungen, sowohl zur Sleeve 220 als auch
zum Luftzylinder 200 hin, zu dehnen. Die Innenfläche
des Adapters ist dabei in der Regel zylindrisch geformt, die Außenfläche
je nach Sleeve in der Regel zylindrisch oder konisch.
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Das
beschriebene System kann auch für den Tiefdruck, Offsetdruck
bzw. Intagliodruck Im Rollen- und im Bogenverfahren und zur Prägung
von bahn- und bogenförmigen Materialien eingesetzt werden.
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Generell
ist die Erfindung zur Herstellung von sehr maßhaltigen
Hohlkörpern geeignet. Zur hochwertigeren und schnelleren
Herstellung der Sleeves können die Werkzeuge über
einen Temperierungskreislauf verfügen. Die Fertigungskerne
können ebenfalls über einen solchen Temperierungskreislauf
verfügen, und der hydraulische Spanndruck kann in der Maschine
variabel eingestellt werden. Die Spannmittel selber zeichnen sich
zudem durch eine absolut ebene Oberfläche aus, die im Vergleich
zum Stand der Technik keinerlei Welligkeit besitzt. Hierdurch können
in der Erfindung selbsttragende als auch nicht selbsttragende Sleeves
aus den unterschiedlichsten Materialien eingesetzt und mit den Spannwerkzeugen
gespannt werden.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den
Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0865933
A1 [0002]
- - EP 1361073 A2 [0002]
- - US 5971314 [0003]
- - US 4624184 [0003]
- - US 3166013 [0003]