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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange, sowie eine Vorrichtung mit einem Steuergerät eingerichtet zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
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Verfahren zum Stanznieten dienen zum Verbinden von wenigstens zwei Werkstücken, wobei ein Niet mittels eines Stempels oder eines Stempelwerkzeugs in die wenigstens zwei Werkstücke eingedrückt wird, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, der mit dem Stempelwerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt ist, dass der Niet oder die Werkstücke sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Werkstücken herzustellen.
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Aus dem Stand der Technik sind Stanznietverfahren bekannt, bei denen die Qualitätsüberwachung durch eine Hüllkurve des Kraft/Weg-Verlaufs durchgeführt wird. Bei der Verbindung von Bauteilen aus sprödem Material mittels eines Stanznietverfahrens kann es aufgrund der Ausübung der Kraft zu Defekten, beispielsweise Rissen, kommen. Das Auftreten eines solchen Defekts führt dabei zu gewissen kurzzeitigen Schwankungen in der Kraft, die auf den Stempel und die Bauteile ausgeübt wird. Dabei kann untersucht werden, ob sich der Kraftverlauf innerhalb bestimmter Grenzwerte der Hüllkurve bewegt. Eine Abweichung von der Hüllkurve führt zu einem Anlagenstopp, der eine manuelle Kontrolle und ein Ausschleusen betroffener Bauteile erforderlich macht. Nicht jede Abweichung von der Hüllkurve bedeutet, dass die Qualität der erhaltenen Bauteile unzureichend ist, deshalb werden die Bauteile geprüft und festgelegt, welche Bauteile tatsächlich betroffen sind. In der Regel ist dabei nur ein geringer Anteil der Bauteile betroffen. Deshalb wird die Hüllkurve anhand von definierten Fertigungslosen eingelernt.
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Dieser Vorgang ist allerding aufwendig, da dieser für jede Art von Bauteil neu durchgeführt und eine Vielzahl an Parametern eingestellt werden muss.
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Bekannt sind ebenfalls Verfahren wobei bei einer Stanznietvorrichtung die Stempelkraft und deren Gradient bezüglich des Eindrückwegs des Stempels während des Setzens des Niets ermittelt werden. Bei einem auftretenden Defekt der Nietverbindung kommt es zu einer Schwankung im Gradientenverlauf. Der Gradient der Kraft wird dabei während bestimmten Zeit- und/oder Wegbereichen während des Eindrückens des Niets ermittelt. Schwankungen des Gradienten der Stempelkraft sind in der Regel verhältnismäßig klein, so dass solche Schwankungen im Rahmen einer Überwachung des Kraftverlaufs innerhalb bestimmter Grenzen nicht erkannt werden.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2016 214 943 A1 offenbart ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung, wobei die wenigstens zwei Bauteile zwischen einem Stempel und einem Gegenhalter angeordnet werden, wobei ein zwischen dem Stempel und einem dem Stempel zugewandten Bauteil der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet mittels des Stempels in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt wird, indem der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird, und wobei während des Eindrückens des Niets zumindest zeitweise ein Gradient der Kraft ermittelt wird. Des Weiteren ist eine Fertigungseinrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung offenbart.
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch, dass bei der Anwendung eines Grenzwerts auf eine Kraft oder einen Gradienten der Kraft, welche zum Eindrücken des Niets in die zwei zu verbindenden Bauteile notwendig ist, verbundene Teile aussortiert werden, die überhaupt nicht fehlerhaft sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange, sowie Vorrichtung mit einem Steuergerät eingerichtet zum Durchführen eines solchen Verfahrens bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine genauere Qualitätsüberwachung möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange bereitgestellt wird, wobei die wenigstens zwei Werkstücke zwischen einem Stempel und einem Gegenhalter angeordnet werden, und wobei ein zwischen dem Stempel und einem dem Stempel zugewandten Werkstück angeordnetes Niet mittels des Stempels in die wenigstens zwei Werkstücke eingedrückt wird, indem der Stempel mit einer Kraft F in Richtung des Gegenhalters beaufschlagt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass a) für eine Mehrzahl an Fügevorgängen vor dem Fügen jeweils eine Gesamtdicke, eine Nietlänge, und eine Aufbiegungskonstante der Fügezange erfasst werden, b) für die Mehrzahl an Fügevorgängen während und/oder nach dem Fügen jeweils ein Stempelweg bei einer bestimmten Kraft, eine Endkraft, ein Wegendwert bei der Endkraft, ein Setzweg des Niets, und eine Nietkopfendlage erfasst werden,
c) in Abhängigkeit der in Schritt a) und Schritt b) erfassten Parameter ein absolutes Kraft/Weg-Fenster und/oder ein relatives Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen ermittelt werden, und d) ein ermitteltes absolutes Kraft/Weg-Fenster und/oder ein relatives Kraft/Weg-Endfenster mindestens eines weiteren Fügevorgangs mit dem in Schritt c) ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder dem relativen Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen verglichen werden, wobei der mindestens eine weitere Fügevorgang überwacht wird, so dass ein Defekt beim Fügen erkannt wird.
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Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei Werkstücke eine Gesamtdicke auf, insbesondere eine Gesamtblechdicke.
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Vorzugsweise werden durch die Anwendung des Verfahrens zur Prozessüberwachung die qualitätsbestimmenden Bereiche deterministisch bestimmt.
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Unter einem Defekt wird insbesondere ein Riss verstanden.
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Unter einem qualitätsbestimmenden Bereich wird insbesondere ein Bereich eines absoluten Kraft/Weg-Fensters und/oder ein Bereich eines relativen Kraft/Weg-Endfensters verstanden, der für die Qualität eines Fügevorgangs und/oder von gefügten wenigstens zwei Werkstücken von Bedeutung ist, insbesondere in dem ein Defekt erkennbar ist.
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Vorzugsweise ist das Werkstück aus einem Metall oder einer metallischen Legierung ausgebildet.
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Vorzugsweise wird beim Fügen der wenigstens zwei Werkstücke ein Bauteil erhalten.
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Unter einem Bauteil wird insbesondere ein Teil eines Fahrzeugs verstanden, insbesondere ein Karosseriebauteil, bevorzugt eines Personenkraftwagens, Lastkraftwagens, Busses, Wohnmobils, Baufahrzeugs, Nutzfahrzeugs, oder auch Schienenfahrzeugs, Bootes, Schiffs oder Luftfahrzeugs.
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Vorzugsweise ist das Bauteil ein beschichtetes Bauteil, insbesondere ein lackiertes oder ein galvanisiertes Bauteil.
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Vorzugsweise wird die Prozessüberwachung automatisch durchgeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise wird eine verbesserte Qualitätsüberwachung gewährleistet. Vorteilhafterweise wird die Anzahl der fälschlicherweise als defekt erkannten Bauteile reduziert. Vorteilhafterweise wird die Verfügbarkeit von Bauteilen erhöht, insbesondere werden Anlagestopps reduziert. Vorteilhafterweise werden Kosten reduziert und eine schnellere Produktion ermöglicht. Vorteilhafterweise ist keine Überwachung des gesamten Fügevorgangs erforderlich. Vorteilhafterweise ist der Aufwand zum Einlernen bei der Inbetriebnahme der Anlage und im Serienbetrieb verringert. Vorteilhafterweise werden keine speziell geschulten Mitarbeiter benötigt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass relevante qualitätsbestimmende Bereiche des Fügevorgangs ermittelt werden, wobei die Prozessüberwachung auf die relevanten qualitätsbestimmenden Bereiche reduziert wird.
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Vorzugsweise werden die qualitätsbestimmenden Bereiche einer Hüllkurve definiert und die Prozessüberwachung auf qualitätsbestimmende Bereiche der Hüllkurve reduziert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die relevanten qualitätsbestimmenden Bereiche zeitabhängig und/oder wegabhängig bestimmt werden.
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Vorzugsweise werden in Schritt c) ein Kraft/Weg-Verlauf und/oder ein Kraft/Zeit-Verlauf, insbesondere ein Gradient eines Kraft/Weg-Verlaufs und/oder eines Kraft/Zeit-Verlaufs, erfasst. Vorzugsweise wird aus dem Kraft/Weg-Verlauf und/oder dem Kraft/Zeit-Verlauf ein Gradient ermittelt. Dadurch wird gewährleistet, dass ein fehlerhaftes Eindrücken des Niets in die zwei zu verbindenden Werkstücke erkannt wird, da ein derartig fehlerhaftes Verbinden meistens mit einer ruckartigen Eindrückbewegung verbunden ist. Eine solche ruckartige Eindrückbewegung ist in einem Kraft/Weg-Verlauf als steiler Anstieg oder Absinken zu erkennen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt d) ab einem bestimmten Schwellenwert einer Differenz des ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fensters und des relativen Kraft/Weg-Endfensters des weiteren Fügevorgangs und dem ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder dem relativen Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen ein Defekt beim Fügen erkannt wird.
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Unter einem Schwellenwert wird insbesondere eine bestimmte Differenz eines ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fensters und eines relativen Kraft/Weg-Endfensters eines weiteren Fügevorgangs und einem ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder einem relativen Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen verstanden oberhalb des Schwellenwerts ein Defekt beim Fügen erkannt wird während unterhalb des Schwellenwerts kein Defekt beim Fügen erkannt wird. Der Schwellenwert kann in Abhängigkeit der Anforderungen bestimmt bzw. festgelegt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwellenwert durch einen Vergleich mit mindestens einem Standardbauteil und/oder durch Einlernen anhand einer Mehrzahl an Fügevorgängen ermittelt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Parameter in Schritt a) und in Schritt b) in mindestens einem bestimmten Zeit- und/oder Wegbereich während dem Eindrücken des Stempels ermittelt werden, bevorzugt in mindestens einem Zeit- und/oder Wegbereich in dem erfahrungsgemäß ein Defekt zu erwarten ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass kein Gradient zur Prozessüberwachung, insbesondere zum Erkennen eines Defekts beim Fügen, verwendet wird, insbesondere kein Gradient der Kraft während des Eindrückens des Niets.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erfassten Parameter in Schritt a) und b) zum Ermitteln des absoluten Kraft/Weg-Fensters und/oder des relativen Kraft/Weg-Endfensters unterschiedlich gewichtet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein weiterer Parameter, insbesondere ein Kraft/Weg-Verlauf und/oder ein Kraft/Zeit-Verlauf des Fügevorgangs, für die Prozessüberwachung verwendet werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung mit einem Steuergerät eingerichtet zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, wobei die Vorrichtung weiter eine Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange, einem Stempel und einem Gegenhalter aufweist, wobei der Stempel mit einer Kraft F in Richtung des Gegenhalters beaufschlagbar ist, so dass ein Niet in wenigstens zwei zwischen dem Stempel und dem Gegenhalter angeordnete Werkstücke eindrückbar ist, wobei die Vorrichtung Sensoren zum Erfassen der Parameter, und mindestens eine Auswerteeinheit zum Ermitteln eines absoluten Kraft/Weg-Fensters und eines relativen Kraft/Weg-Endfensters einer Mehrzahl an Fügevorgängen und dessen Vergleich mit einem ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder einem relativen Kraft/Weg-Endfenster mindestens eines weiteren Fügevorgangs aufweist. Dabei ergeben sich für die Vorrichtung insbesondere die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange erläutert wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange in einem Fließdiagramm.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange in einem Fließdiagramm. In dem Verfahren zur Prozessüberwachung beim Fügen von wenigstens zwei Werkstücken mittels einer Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange werden die wenigstens zwei Werkstücke zwischen einem Stempel und einem Gegenhalter angeordnet, wobei ein zwischen dem Stempel und einem dem Stempel zugewandten Werkstück angeordnetes Niet mittels des Stempels in die wenigstens zwei Werkstücke eingedrückt wird, indem der Stempel mit einer Kraft F in Richtung des Gegenhalters beaufschlagt wird. Dabei werden in Schritt a) für eine Mehrzahl an Fügevorgängen vor dem Fügen jeweils eine Gesamtdicke, eine Nietlänge, und eine Aufbiegungskonstante der Fügezange erfasst. In Schritt b) werden für die Mehrzahl an Fügevorgängen während und/oder nach dem Fügen jeweils ein Stempelweg bei einer bestimmten Kraft, eine Endkraft, ein Wegendwert bei der Endkraft, ein Setzweg des Niets, und eine Nietkopfendlage erfasst. In Schritt c) werden in Abhängigkeit der in Schritt a) und Schritt b) erfassten Parameter ein absolutes Kraft/Weg-Fenster und/oder ein relatives Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen ermittelt. In Schritt d) werden ein ermitteltes absolutes Kraft/Weg-Fenster und/oder ein relatives Kraft/Weg-Endfenster mindestens eines weiteren Fügevorgangs mit dem in Schritt c) ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder dem relativen Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen verglichen, wobei der mindestens eine weitere Fügevorgang überwacht wird, so dass ein Defekt beim Fügen erkannt wird.
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Dadurch wird eine verbesserte Qualitätsüberwachung gewährleistet. Die Anzahl der fälschlicherweise als defekt erkannten Bauteile wird reduziert. Vorteilhafterweise werden Kosten reduziert und eine schnellere Produktion ermöglicht.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung werden relevante qualitätsbestimmende Bereiche des Fügevorgangs ermittelt, wobei die Prozessüberwachung auf die relevanten qualitätsbestimmenden Bereiche reduziert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die relevanten qualitätsbestimmenden Bereiche zeitabhängig und/oder wegabhängig bestimmt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in Schritt d) ab einem bestimmten Schwellenwert einer Differenz des ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fensters und des relativen Kraft/Weg-Endfensters des weiteren Fügevorgangs und dem ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder dem relativen Kraft/Weg-Endfenster der Mehrzahl an Fügevorgängen ein Defekt beim Fügen erkannt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Schwellenwert durch einen Vergleich mit mindestens einem Standardbauteil und/oder durch Einlernen anhand einer Mehrzahl an Fügevorgängen ermittelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Parameter in Schritt a) und in Schritt b) in mindestens einem bestimmten Zeit- und/oder Wegbereich während dem Eindrücken des Stempels ermittelt, bevorzugt in mindestens einem Zeit- und/oder Wegbereich in dem erfahrungsgemäß ein Defekt zu erwarten ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird kein Gradient zur Prozessüberwachung, insbesondere zum Erkennen eines Defekts beim Fügen, verwendet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die erfassten Parameter in Schritt a) und b) zum Ermitteln des absoluten Kraft/Weg-Fensters und/oder des relativen Kraft/Weg-Endfensters unterschiedlich gewichtet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein weiterer Parameter, insbesondere ein Kraft/Weg-Verlauf und/oder ein Kraft/Zeit-Verlauf des Fügevorgangs, für die Prozessüberwachung verwendet.
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Das Verfahren wird insbesondere in einer Vorrichtung mit einem Steuergerät, das zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist, durchgeführt. Die Vorrichtung weist eine Stanznietvorrichtung mit einer Fügezange, einem Stempel und einem Gegenhalter auf, wobei der Stempel mit einer Kraft F in Richtung des Gegenhalters beaufschlagbar ist, so dass ein Niet in wenigstens zwei zwischen dem Stempel und dem Gegenhalter angeordnete Werkstücke eindrückbar ist, wobei die Vorrichtung Sensoren zum Erfassen der Parameter, und mindestens eine Auswerteeinheit zum Ermitteln eines absoluten Kraft/Weg-Fensters und eines relativen Kraft/Weg-Endfensters einer Mehrzahl an Fügevorgängen und dessen Vergleich mit einem ermittelten absoluten Kraft/Weg-Fenster und/oder einem relativen Kraft/Weg-Endfenster mindestens eines weiteren Fügevorgangs aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016214943 A1 [0006]
