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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur qualitativen Überwachung
der Abisolierung von Leitungsenden und eine zur Qualitätsüberwachung
benötigte Vorrichtung.
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Elektrische
und elektronische Bauteile wie – Sensoren, Aktuatoren,
Generatoren und andere – werden in Fahrzeugen sehr oft
mit Steckverbindern angeschlossen. In den Steckverbindern werden Steckkontakte
oder Leitungsstecker aufgenommen. Die Steckkontakte und Leitungsstecker
werden mittels Crimpen mit den Leitungen an deren Ende verbunden.
Die elektrischen Leitungen weisen um die Leiter einen Mantel aus
elektrisch nicht leitfähigem Material zur Isolation des
Leiters auf. Diese Isolation muss vor dem Crimpen am Ende einer
Leitung entfernt werden. Das Entfernen der Isolation am Ende einer
Leitung wird beispielsweise wie dabei folgt vorgenommen.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt bewegt sich mindestens
ein als Werkzeug dienendes Abisoliermesser 10 radial auf
eine Leitung 12 zu und durchtrennt die Isolation. Es rotiert
im Einzelfall um die auf einer gedachten x-Achse liegende Leitungsmitte
und zieht das mindestens angeschnittene Ende der Isolation in x-Richtung
von dem Leitungsende. Das Abisoliermesser 10 rotiert, während
es sich radial auf die Leitung 12 zu bewegt in einer y-Ebene,
die in 2 anhand des y-Pfeiles und des eingezeichneten
Kreises verdeutlicht wird.
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Bei
der beschriebenen Art des Abisolierens kann es, bedingt durch verschiedene
Einflüsse, nicht ausgeschlossen werden, dass neben der
Isolation der ganze Leiter geschädigt oder durchtrennt
oder Einzellitzen eines Litzenleiters geschädigt oder durchtrennt
werden.
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Werden
der Leiter oder Einzellitzen eines Litzenleiters durchtrennt fehlen
diese beim Crimpen. Die Verpressung im Leitercrimp ist nicht möglich
oder kann unzureichend ausfallen, was zu einem nicht vorhandenen
oder instabilen Crimpwiderstand führt. Insbesondere bei
dünnen Litzenleitungen kann bereits eine fehlende Einzellitze
das Crimpergebnis und somit den späteren elektrischen Kontakt
eines Kontaktelementes ungünstig beeinflussen.
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Nach
dem Stand der Technik ist zur Überprüfung der
Crimpqualität und somit der Qualität des elektrischen
Kontaktelementes ein Verfahren zur Crimpkraftüberwachung
bekannt, bei dem die aufgebrachte Crimpkraft beim Crimpen eines
Leiters überwacht wird. Insbesondere bei dünnen
Leitungen kann bereits eine fehlende Einzellitze die spätere Funktion
der Leitung durch das mangelhafte Kontaktelement ungünstig
beeinflussen. Ein Fehler beim Abisolierender Leitung ist jedoch
insbesondere bei kleinen Leiterquerschnitten mit der Crimpkraftüberwachung
nur schwer oder gar nicht feststellbar, da die Kräfte beim
Crimpen einer Leitung mit beispielsweise einer fehlenden Einzellitze
gegenüber einer beim Abisolieren nicht geschädigten
Leitung kaum differieren. Durch die Crimpkraftüberwachung
lässt sich somit, bedingt durch konstruktive Gegebenheiten,
nicht bei allen zu crimpenden Kontaktelementen eine geeignete Überwachung
durchführen.
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Um
festzustellen, ob überhaupt eine Crimpkraftüberwachung
zur Fehlererkennung beim vorhergehenden Verfahrensschritt, dem Abisolieren
der Leitungsenden einsetzbar ist, wird folgendermaßen vorgegangen:
Unter Verwendung eines sogenannten ”Headrooms” und
einem ”relativen Streuungsmaß” kann eine
kontaktelementspezifische Überwachungsfähigkeit
ermittelt werden, um das Design von zukünftigen Kontaktteilen
zu optimieren, um so den Einsatz von schlecht überwachbaren
Kontaktteilen gegebenenfalls von vorn herein vermeiden zu können.
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Der „Headroom” wird
bestimmt vom Verhältnis der Crimpkraft-Spitzenwerte einer
optimalen Crimpverbindung und eines Leer-Anschlages als prozentuale
Abweichung (üblicherweise in xx,x% angegeben). Bei der
optimalen Crimpverbindung sind Drahtcrimphülse und Isolierungsunterstützung
gefüllt und die Crimphöhe auf Nennwert eingestellt.
Beim einem Leer-Anschlag ist die Leitung nur in der Isolierungsunterstützung
gecrimpt. Für die Ermittlung des „Headrooms” wird
der kleinste, zulässige Leitungsquerschnitt des jeweiligen
Kontaktteiles verwendet. Der Spitzenwert ist das Maximum in der
Crimpkurve.
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Die
Streuung ”relatives Streuungsmaß” ist die
Abweichung der Spitzenwerte von mindestens 1.000 für in
Ordnung befundenen Crimpverbindungen. Das „relative Streumaß” v
wird in Prozent angegeben. Die „relative Streuung” ist
die Abweichung der Spitzenwerte, die über mindestens 1.000
GUT-Anschläge gemessen wird. Sie wird als „relatives
Streuungsmaß” v in Prozent über die nachfolgende
zugehörige Formel 3 errechnet.
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Formel
3 – Relatives Streuungsmaß v in Prozent:
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Die Überwachungsfähigkeit
eines Kontaktelementes ist somit durch den „Headroom” und
das „relative Streuungsmaß” gekennzeichnet.
Nach einem Lern-/Kalibriervorgang mit geprüften GUT-Anschlägen
werden mit dem Crimpüberwachungssystem eine Serie von mindestens
1.000 GUT-Anschlägen gefahren und die Spitzenwerte dokumentiert,
um deren relative Streuung n zu ermitteln. Danach werden mindestens
50 Leer-Anschläge gefahren und deren Spitzenwerte dokumentiert,
um den Mittelwert für den „Headroom” zu
berechnen. Aus den GUT- und Leer-Anschlägen wird der Mittelwert
errechnet. Für die Ermittlung des „Headrooms” wird
die Formel 1 verwendet.
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- x1
- = Mittelwert der Spitzenwerte
der Leer-Anschläge
- x
- = Mittelwert der Spitzenwerte
der GUT-Anschläge
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Für
die Spitzenwerte der 1.000 GUT-Anschläge werden der Mittelwert
x und die Standardabweichung s nach der Formel 2 errechnet.
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Formel
2 – Standardabweichung s:
(„s” entspricht
Funktion STABW in MS Excel 5.0)
- n
- = Anzahl der Messwerte
- x
- = Spitzenwert (GUT-Anschlag)
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Aus
den Werten s und x wird dann die „relative Streuung” in
Prozent nach der Formel 3 errechnet.
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Die Überwachungsfähigkeit
des Kontaktelementes kann über die relative Streuung in
% (y-Achse) und den „Headroom” in % (x-Achse)
der 3 entnommen werden. Bei einer „relativen
Streuung” ≤ 1,0% und einem „Headroom” ≥ 35%
sind die Kontaktelemente mittels Crimpkraftüberwachung überhaupt erst
mit einer bestimmten Sicherheit überwachungsfähig.
Gerade bei dünnen Leitungen ergibt sich jedoch zumeist
bei dieser Prüfung auf Überwachungsfähigkeit,
dass die „relative Streuung” über 1,0%
liegt oder der „Headroom” kleiner 35% ist, so
dass eine Crimpkraftüberwachung nicht möglich
ist.
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Wie
aus der Beschreibung deutlich wird, ist diese Vorgehensweise zu
Ermittlung der Überwachungsfähigkeit sehr aufwändig
und im Ergebnis kann die Crimpkraftüberwachung wegen der
fehlenden Überwachungsfähigkeit insbesondere bei
dünnen Leitungen gar nicht zur indirekten Überwachung des
Abisolierens von Leitungsenden unter Nutzung der Crimpkraftüberwachung
eingesetzt werden.
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Diese
Problematik gilt für alle bekannten Überwachungsverfahren,
die auf der Basis der Überwachung der Crimpkraft funktionieren.
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So
wurden andere Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung
eines Crimpvorganges geschaffen.
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In
der
DE 199 03 194
A1 wird eine Crimp-Prozessüberwachung folgendermaßen
durchgeführt. Ein Crimp wird beim automatischen Crimpen in
einer Crimpvorrichtung dadurch überwacht, dass jeweils
von dem Ende eines, eine Isolationsummantelung aufweisenden, Leiterdrahtes
mit einer Abisoliermesseinrichtung jeweils ein Isolationsabschnitt abgetrennt,
vom Leiterdrahtende abgezogen und anschließend mit Crimpwerkzeugen
gecrimpt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Isolationsabschnitt
auf Metall detektiert und im Falle der Detektion von Metall der
zum Isolationsabschnitt gehörende Leiterdraht ermittelt
und gegebenenfalls aussortiert wird. Fehler beim Abisolieren des
Leiterdrahtendes werden durch Metalldetektion im Isolationsabschnitt
festgestellt, jedoch ist dieser nachgeschaltete Prozess zur Prüfung
jedes Isolationsabschnittes eine aufwändige Maßnahme
zur Überwachung der Qualität beim Abisolieren
von Leitungsenden.
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Die
DE 42 15 163 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Überwachung der mechanischen und elektrischen
Zuverlässigkeit von Crimpverbindungen während
des Crimpens eines aus einem Blechstanzteil geformten, elektrischen
Kontaktelements an einen elektrischen Leiterdraht in Crimpwerkzeugen
einer Crimpmaschine, das kontinuierlich fertigungsbegleitend arbeitet
und aufgrund einer Wegmessung Sollwertabweichungen ermittelt und
signalisiert, wobei ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Crimpwerkzeuge
in Leiterdrahtaxialrichtung verursachter Fließweg von Kontaktelement-
und/oder Leiterdrahtmaterial gemessen wird. Die zugehörige
Vorrichtung ist durch ein Abtastgerät gekennzeichnet, das
mit einem senkrecht zur Fließbewegung verlaufenden Lichtstrahl
eine Markierung und/oder eine Kante des Kontaktelementes erfasst
sowie eine dem Abtastgerät gegenüberliegend angeordnete
Auswerteeinheit. Das Abisolieren eines Leitungsendes selber wird nicht überwacht.
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Schließlich
beschreibt die
DE
195 48 533 C2 noch ein weiteres Verfahren zur Überwachung
der Qualität von zwischen Kontaktelementen und Elektrokabeln
vorliegenden Crimpverbindungen, die mittels einer Crimpvorrichtung
hergestellt werden, welche einen vertikal hin- und herbewegbaren
Crimpstempel zum Crimpen eines Kontaktelementes an einen entmantelten
Drahtabschnitt eines Elektrokabels und einen, dem Crimpstempel gegenüberliegenden, Amboss
aufweist, wobei der Crimpstempel von einem, einen Servomotor und
einen Kurbelmechanismus aufweisenden, Aktivierungsmittel vertikal
angetrieben wird. Bei dem Verfahren werden die dem Servomotor zugeführten
Speisestromwerte erfasst werden, während das Kontaktelement
angecrimpt wird, die erfassten Speisestromwerte werden mit Referenz-Speisestromwerten
unter Ermitteln einer Differenz zwischen denselben verglichen und
es wird basierend auf der ermittelten Differenz zwischen den erfassten
Speisestromwerten und den Referenz-Speisestromwerten entschieden,
ob das Kontaktelement korrekt angecrimpt worden ist.
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Eine
direkte Überprüfung beim Abisolieren einer elektrischen
Leitung ist aus der
DE
40 25 380 C1 bekannt. Hier ist eine Messanordnung in einem festen
Abstand zu einem Absaugrohrstutzen, der die abgezogenen Isoliermaterialstücke
absaugt, angebracht, wobei zwischen der Messanordnung und dem Rohrstutzen
eine hochfrequente Wechselspannung angelegt wird. Ein Kapazitätsmessgerät
misst die Kapazität der Anordnung. Beim Abisolieren eines Leiters
schneiden die Messer zunächst in die Isolierung ein und
anschließend wird das Kabel mit Hilfe der Backen von der
Messeranordnung weggezogen und das abgeschnittene Isoliermaterialstück
wird vom Absaugstutzen abgesaugt. Wurde beim Einschneiden der Leiter
oder eine Litze einer Litzenleitung abgetrennt, so erhöht
sich die Kapazität zwischen Messeranordnung und Absaugrohrstutzen. Auf
diese Weise ist sogenannte das Abschneiden einzelner Litzen einer
Litzenleitung nachweisbar. Die Anordnung kann in automatisch arbeitende
Abisolierwerkzeuge eingebaut werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht, ausgehend von dem genannten Stand
der Technik darin, insbesondere für dünne Leitungen
ein Verfahren und eine einfache Vorrichtung zur direkten Überwachung der
Qualität des Abisolierens einer Leitung zu schaffen, damit
eine Schädigung des durch Abisolieren zum nachfolgenden
Crimpen vorbereiteten Leitungsendes bereits direkt während
des Abisolierens und nicht erst beim Crimpen festgestellt wird.
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Die
Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs der
Patentansprüche 1 und 4 durch ein Verfahren und eine Vorrichtung
derart gelöst, dass ein Abisolierwerkzeug einer Abisoliervorrichtung
und der mindestens eine elektrische Leiter mindestens einer abzuisolierenden
Leitung über eine elektrische Verbindung unter Anlegen
einer vorgebbaren Spannung miteinander verbunden werden, wodurch
beim Abisolieren der Leitung dann ein Stromfluss registriert wird,
wenn das Abisolierwerkzeug mit dem elektrischen Leiter der Leitung
einen Stromkreis bildet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen 4 näher
erläutert.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung sind für alle Leitungen 12 ausführbar
beziehungsweise verwendbar, die mindestens einen elektrischen Leiter 12B und
mindestens eine als elektrische Isolierung fungierende Ummantelung 12A aufweisen.
Dabei ist es unerheblich, ob die Leitung 12 aus einem massiven
Leiter 12B, wie beispielsweise einem Einzeldraht, einem
strukturierten Leiter 12B, wie beispielsweise einer Lichtleitfaser,
oder einem mehradrigen Bündel von Litzen-Leitern 12B mit
einer Vielzahl von Einzellitzen aufgebaut ist. Entscheidend ist,
dass der Leiter elektrisch leitend ist.
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Bekannt
ist ein Verfahren zum Abisolieren einer auf einer Leitung 12 angeordneten
Ummantelung 12A mit einem oder mehreren elektrischen Leitern 12B,
bei dem ein Abisolieren der Ummantelung 12A mit Hilfe mindestens
eines Abisolierwerkzeuges 10 vorgenommen wird, indem die
Ummantelung 12A eines oder mehrerer elektrischer Leiter 12B zumindest angeschnitten
und vom Leiter 12B abgezogen wird.
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Es
ist vorgesehen, dass das Abisolierwerkzeug 10 und der mindestens
eine elektrische Leiter 12B der Leitung 12 über
eine elektrische Verbindung 20 unter Anlegen einer mit
einer Spannungsquelle 18 vorgebbaren Spannung miteinander
verbunden werden, wodurch beim Abisolieren der Leitung 12 in
einem Strommesser 16 dann ein Stromfluss registriert wird,
wenn das Abisolierwerkzeug 10 mit dem elektrischen Leiter 12B der
Leitung 12 einen geschlossenen Stromkreis bildet.
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Beispielsweise
werden dünne Litzenleiter 12B von Litzenleitungen 12,
bei denen der elektrische Leiter 12B aus einer Vielzahl
von Einzellitzen besteht, durch das Abisoliermesser 10 geschädigt, indem
mindestens eine Einzellitze 12B durchtrennt wird. Insbesondere
solche Schädigungen sind, wie in der Beschreibungseinleitung
erläutert, mit den herkömmlichen Verfahren qualitativ
gar nicht oder nur aufwändig überwachbar.
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Nach
dem neuen Verfahren wird bereits dann, wenn das Abisoliermesser 10 einer
Abisoliervorrichtung eine Einzellitze 12B berührt
ein spannungsbehafteter geschlossener Stromkreis gebildet, bei dem
ein messbarer Strom in einer messbaren Zeitspanne fließt.
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Berührt
das Abisoliermesser 10 eine Einzellitze eines Litzenleiters 12B treffen
nämlich zwei metallische Teile aufeinander, so dass für
die Dauer dieser Berührung ein den Stromkreis schließender
elektrischer Kontakt entsteht.
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Vorgeschlagen
wird den Stromfluss im elektrischen Kontakt zwischen dem Litzenleiter 12B und dem
Abisoliermesser 10 bei einer permanent vorhandenen in ihrer
Höhe vorgebbaren Spannung festzustellen.
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Bevorzugt
wird die Leitung als Meterware in der Regel in einem Fass 14 geliefert.
Das heißt, eine große Länge der Leitung 12 wird
in aufgewickeltem Zustand in einem Fass 14 angeliefert.
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Ein
Ende der elektrischen Leitung 12 wird über den
mindestens einen Leiter 12B mit einem Pol einer Spannungsquelle 18 angeschlossen,
dass andere Ende der Leitung 12 wird in die Abisoliervorrichtung
eingeführt. Das Abisoliermesser 10 ist gegen die Abisoliervorrichtung
elektrisch isoliert und wird mit dem anderen Pol der genannten Spannungsquelle 18 verbunden.
Eine permanent aufrechterhaltende Spannung wird mittels einer Spannungsquelle 18 angelegt.
Lässt sich in diesem Aufbau ein Stromfluss in einem in
der elektrischen Verbindungsleitung 20 installierten Strommesser 16 feststellen,
kann darauf geschlossen werden, dass das Abisoliermesser 10 einen
Leiter oder mindestens eine Einzellitze eines Litzenleiters 12B berührt
und abgetrennt hat.
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Die
Höhe des Stromes und die Dauer des Stromflusses zum Zeitpunkt
des Abisolierens der Leitung 12 ist ein Maß für
die Schädigung des elektrischen Leiters 12B.
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Nach
dem Abisolieren der Leitung 12 wird die Leitung 12 mit
Hilfe eines Schneidwerkzeuges abgeschnitten und die Ummantelung 12A anschließend
von dem Leitungsende des Leiters 12B abgezogen. Wird ein
Mangel beim Abisolieren des Leitungsendes über den im geschlossenen
Stromkreis angeordneten Strommesser ein Stromfluss festgestellt,
so wird die abisolierte und abgeschnittene Leitung 12 vorsorglich
als fehlerhaft aussortiert.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung eignen sich besonders zur qualitativen Überwachung der Abisolierung
von Leitungsenden dünner Leitungen 12. Diese Leitungen 12 sind
mit den herkömmlichen Verfahren gar nicht oder nur aufwändig überwachbar, während
bei dem vorgestellten Verfahren nicht nur eine Sensierung an sich
sondern durch die Dauer des Stromflusses und die Höhe des
Stromes ein hoher Sensierungsgrad erreicht wird.
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Die
Vorgehensweise bei der Auswahl des geeignetsten Verfahrens ist Folgende.
Zunächst wird festgestellt, ob das Crimpen einer Leitung 12 mittels Crimpkraftüberwachung
auf Qualität überwacht werden kann. Ist dies der
Fall, kann zusätzlich das hier vorgestellte Verfahren als Überprüfungsschritt
mit Hilfe der Vorrichtung vorgeschaltet oder es kann sogar auf die
Crimpkraftüberwachung verzichtet werden. Ist keine Qualitätsüberwachung
mittels Crimpkraftüberwachung möglich, wird das
neue Verfahren und die Vorrichtung zur Überwachung des
Abisoliervorganges eingesetzt.
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Das
vorgestellte Verfahren und die Vorrichtung eignen sich also auch
zur qualitativen Überwachung der Abisolierung von Leitungsenden
dickerer Leitungen 12, wobei das Verfahren und die Vorrichtung
in Kombination mit anderen qualitativen Überwachungsverfahren,
insbesondere der Crimpkraftüberwachung, kombiniert angewendet
werden können.
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- 10
- Abisolierwerkzeug/Abisoliermesser
- 12
- Leitung
- 12A
- Isolierung
- 12B
- Leiter
- 14
- Leitungsfass
- 16
- Stromsensor
- 18
- Spannungsquelle
- 20
- elektrische
Leitung
- x
- x-Achse
- y
- y-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19903194
A1 [0020]
- - DE 4215163 A1 [0021]
- - DE 19548533 C2 [0022]
- - DE 4025380 C1 [0023]
