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Die Erfindung betrifft eine Schmelzsicherung.
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In der
DE 10 2008 027 189 A1 ist ein Sicherheitselement für Photovoltaikanlagen, umfassen eine Schmelzsicherung mit zwei elektrischen Kontakten, offenbart, die über eine Steckverbindung elektrisch verbunden sind. Jeder elektrische Kontakt ist von einem Isolierkörper fest umgriffen, wobei diese über eine Lötverbindung mechanisch verbunden sind. Zwischen den Isolierkörpern ist eine Feder eingespannt. Bei Temperaturen, die höher als die Schmelztemperatur eines Lots der Lötverbindung ist, beispielsweise in einem Brandfall, schmilzt dieses Lot, wodurch die Verbindung zwischen den Isolierkörpern gelöst ist. Diese werden dann durch eine Federkraft der Feder etwa in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt, wodurch die von den Isolierkörpern fest umgriffenen Kontakte ebenfalls voneinander getrennt werden.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist die vorrichtungstechnisch äußerst aufwendige Ausgestaltung der Schmelzsicherung. Des Weiteren ist nachteilig, dass die Lötverbindung lediglich durch Fremderhitzung und nicht aufgrund einer Erhitzung durch einen erhöhten Stromfluss durch die Kontakte schmilzt.
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In der
JP 113 171 44 A ist eine weitere Schmelzsicherung dargestellt. Hierbei sind zwei elektrische Kontakte mechanisch über ein Verbindungselement miteinander verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt mit einem leitfähigen plattenförmigen Element, das über eine Lötverbindung mit den Kontakten verbunden ist. Das plattenförmige Element ist über eine sich an der mechanischen Verbindung abstützenden Feder mit einer Federkraft beaufschlagt. Über die Lötverbindung zwischen den Kontakten und dem plattenförmigen Element fließt ein elektrischer Strom. Wird die Schmelztemperatur eines Lots der Lötverbindung aufgrund eines vorbestimmten Stromflusses überschritten, dann wird das plattenförmige Element durch die Federkraft der Feder in Richtung weg von den Kontakten beschleunigt, wodurch die elektrische Verbindung der Kontakte unterbrochen ist.
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Diese Lösung hat den Nachteil, dass die elektrischen Kontakte nicht mechanisch voneinander getrennt werden, wodurch das plattenförmige Element unter ungünstigen Umständen erneut eine elektrische Kontaktierung der beiden Kontakte schafft.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzsicherung zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach aufgebaut ist und eine hohe Sicherheit gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schmelzsicherung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß weist eine Schmelzsicherung zwei über eine Lötverbindung mechanisch und elektrisch verbundene Kontaktelemente auf. Hierbei ist ein elastisches Element vorgesehen, das bei Erreichen oder Überschreiten einer Schmelztemperatur der Lötverbindung die Kontaktelemente mechanisch und elektrisch voneinander trennt.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Schmelzsicherung vorrichtungstechnisch äußerst einfach aufgebaut ist, da die Kontaktelemente über die Lötverbindung mechanisch und elektrisch kontaktiert werden. Bei einem Schmelzen der Lötverbindung durch Fremderhitzung oder aufgrund eines erhöhten Stromflusses durch die Lötverbindung werden die Kontakte mechanisch und elektrisch voneinander durch das sich entspannende elastische Element getrennt.
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Das elastische Element ist vorteilhafterweise als Feder ausgebildet, die sich im verbundenen Zustand der Kontaktelemente einfach an einem der Kontaktelemente abstützt und das andere Kontaktelement mit einer Federkraft beaufschlagt.
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Vorzugsweise ist ein erstes Kontaktelement als eine die Feder aufnehmende Kontaktbuchse ausgebildet, wodurch die Feder in verbundenem Zustand der Kontaktelemente innerhalb der Kontaktbuchse gehaltert ist und somit eine kompakt aufgebaute Schmelzsicherung geschaffen ist, bei der die Federkraft dauerhaft gesichert ist.
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Um die Feder elektrisch von der Kontaktbuchse zu isolieren und somit eine Schmelzsicherung mit einer erhöhten Sicherheit zu schaffen, ist zwischen der Feder und der Kontaktbuchse eine Isolierbuchse in die Kontaktbuchse eingesetzt. Dadurch wird auch ein definierter Stromfluss nur über die Lötverbindung ermöglicht.
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Um die Kontaktbuchse auch am Außenumfang gegenüber der Umgebung zu isolieren, ist diese von einer Isolierhülse zumindest abschnittsweise umgriffen. Bei getrennten Kontaktelementen ist selbst unter ungünstigen Umständen eine elektrische Kontaktierung der Kontaktelemente kaum mehr möglich.
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Das zweite Kontaktelement ist vorzugsweise als Kontakthülse ausgebildet und etwa koaxial zur Kontaktbuchse angeordnet, wodurch die Kontakte einen kompakten Verbund bilden.
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Bevorzugterweise werden die Kontakte einfach stirnseitig miteinander verlötet.
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Um eine einfache Montage der Kontaktelemente zu schaffen, sind die Kontaktelemente, die Isolierbuchse und die Isolierhülse mit einem rotationssymmetrischen Querschnitt ausgebildet, womit diese in Umfangsrichtung beliebig relativ zueinander angeordnet werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in einer von dem zweiten Kontaktelement abweisenden Stirnfläche der Kontaktbuchse ein kreiszylindrischer Kontaktzapfen mit einem Außengewinde ausgebildet, der sich etwa koaxial zur Kontaktbuchse erstreckt. Das zweite Kontaktelement kann eine axiale Durchgangsbohrung mit einem Innengewinde aufweisen. Durch diese Maßnahme ist die Schmelzsicherung mechanisch über Schraubverbindungen beispielsweise mit Stromzuführungen fest verbindbar.
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Wenn das Außen- und das Innengewinde gleichartig sind, ist die erfindungsgemäße Schmelzsicherung flexibel einsetzbar und entfernbar, wobei die beiden betroffenen Anschlüsse auch direkt miteinander verbunden werden können. Hiermit ist auch eine einfache Nachrüstbarkeit der Schmelzsicherung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise sind die Kontaktbuchse und/oder die Kontakthülse derart ausgestaltet, dass ein Werkzeug zur Übertragung eines Drehmoments auf die Schmelzsicherung angreifen kann, um diese einfach zu montieren oder demontieren.
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Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einer Längsschnittansicht eine Schmelzsicherung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
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2 in einer perspektivischen Darstellung die Schmelzsicherung aus 1;
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3 in einer Längsschnittansicht die Schmelzsicherung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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4 in einer perspektivischen Darstellung die Schmelzsicherung aus 3.
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1 zeigt in einer Längsschnittansicht eine Schmelzsicherung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese wird beispielsweise für elektrische Vorrichtungen einer Ansaugluftvorwärmung oder einer Innenraumheizung in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Treten bei derartigen Vorrichtungen Störungen auf – wie beispielsweise der Ausfall eines Leistungstransistors oder eines Schaltelements oder ein Kurzschluss von Heizleiterbahnen –, so können diese zu erhöhten Temperaturen und einer Erhitzung der Vorrichtung bis zum Entflamm führen. Um die Stromzufuhr der Vorrichtung bei erhöhten Temperaturen zu unterbrechen, wird die Schmelzsicherung 1 eingesetzt.
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Die Schmelzsicherung 1 ist weitgehend rotationssymmetrisch gestaltet und hat zwei Kontaktelemente, wobei ein erstes Kontaktelement als topfförmige Kontaktbuchse 2 und das zweite Kontaktelement als Kontakthülse 4 ausgebildet sind. Eine Außenmantelfläche 6 der Kontaktbuchse 2 ist von einer Isolierhülse 8 umgriffen. Innerhalb der Kontaktbuchse 2 ist eine topfförmige Isolierbuchse 10 eingesetzt. In dieser wiederum ist eine Feder 12 angeordnet, die sich an einer Bodenfläche 14 der Isolierbuchse 10 abstützt und die Kontakthülse 4 mit einer Federkraft über eine der Kontaktbuchse 2 zuweisende Stirnfläche 16 beaufschlagt. Die Kontaktbuchse 2 und die Kontakthülse 4 sind etwa koaxial zueinander angeordnet und stirnseitig miteinander über eine Lötverbindung 18 verlötet.
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Die Kontaktbuchse 2, die Kontakthülse 4, die Isolierhülse 8 und die Isolierbuchse 10 weisen jeweils einen rotationssymmetrischen Querschnitt auf.
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Die Kontaktbuchse 2 ist an ihrem von der Kontakthülse 4 abweisenden Ende radial mit einer Stufe 20 zurückgestuft. In diese greift ein ringförmiger Radialvorsprung 22 der äußeren Isolierhülse 8 ein. Eine von der Kontakthülse 4 wegweisende Stirnfläche 24 der Isolierhülse 8 und eine Stirnfläche 26 der Kontaktbuchse 2 bilden dabei eine etwa ebene gemeinsame Fläche aus. Die Kontaktbuchse 2 hat weiter an einem der Kontakthülse 4 zuweisenden Endabschnitt einen radial nach außen kragenden Radialbund 28. Dieser wiederum taucht in eine radial zurückgestufte Stufe 30 der Isolierhülse 8 ein.
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Die Kontakthülse 4 ist an ihrem der Kontaktbuchse 2 zuweisenden Endabschnitt 31 ebenfalls radial mit einer Stufe 32 zurückgestuft. Durch diese ist eine dem Radialbund 28 der Kontaktbuchse 2 gegenüberliegende Ringstirnfläche 34 gebildet, deren Außendurchmesser etwa dem Außendurchmesser des Radialbunds 28 der Kontaktbuchse 2 entspricht und dessen Innendurchmesser etwas größer als der Innendurchmesser der Kontaktbuchse 2 ist. Der radial zurückgestufte Endabschnitt 31 taucht in eine radiale Innenaussparung 35 der Kontaktbuchse 2 etwa bis zur Hälfte in Axialrichtung ein.
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Mit der Stirnfläche 16 liegt der Endabschnitt 31 an einer ringförmigen Axialfläche der Innenaussparung 35 und an einer Ringstirnfläche 36 der Isolierbuchse 10 etwa an. Die Isolierbuchse 10 ist dann zwischen einer Bodenfläche 38 der Kontaktbuchse 2 und der Stirnfläche 16 der Kontakthülse 4 fest gehaltert. Ein Außendurchmesser der Isolierhülse 8 entspricht etwa dem Innendurchmesser der Kontaktbuchse 2, wodurch die Isolierbuchse 10 im Wesentlichen spielfrei in der Kontaktbuchse 2 aufgenommen ist.
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Durch den Radialbund 28 der Kontaktbuchse 2 weist diese eine radial vergrößerte der Kontakthülse 4 zuweisende Ringstirnfläche 40 auf. Zwischen der Ringstirnfläche 40 der Kontaktbuchse 2 und der Ringstirnfläche 34 der Kontakthülse 4 ist ein Spalt gebildet, in dem das Lot der Lötverbindung 18 zumindest abschnittsweise umlaufend um die Ringstirnfläche 34 und 40 eingebracht ist.
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Die Isolierhülse 8 weist eine größere axiale Länge als die Außenmantelfläche 6 der Kontaktbuchse 2 auf, wodurch sich diese über die Lötverbindung 18 in Axialrichtung hinaus erstreckt.
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An der Stirnfläche 26 der Kontaktbuchse 2 ist in Axialrichtung ein etwa kreiszylindrischer Kontaktzapfen 42 ausgebildet. Dieser weist ein Außengewinde 44 auf. Die Kontakthülse 4 hat koaxial eine Durchgangsbohrung 46 mit einem gleichartig zum Außengewinde 44 ausgebildetes Innengewinde 48. An die Gewinde 44, 48 – die beispielsweise M8-Gewinde sind – sind elektrische Stromzuführungen fest anschraubbar oder die Schmelzsicherung 1 wird über den Kontaktzapfen 42 und das Außengewinde 44 in eine Schmelzsicherungsaufnahme einer Vorrichtung eingeschraubt oder über die Durchgangsbohrung 46 mit dem Innengewinde 48 auf eine Aufnahme der Vorrichtung aufgeschraubt.
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Weist beispielsweise eine elektrische Leitung der Vorrichtung eine Verschraubung mit einem Innen- und einem Außengewinde auf, die den Gewinden 44, 48 entsprechen, so kann zum Nachrüsten der Schmelzsicherung 1 die Verschraubung einfach gelöst und die Schmelzsicherung 1 über die Gewinde 44, 48 zwischen dem Innen- und dem Außengewinde der Leitung eingeschraubt werden.
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Die Kontaktbuchse 2 und die Kontakthülse 4 bestehen aus einem gut elektrisch leitenden und Wärme leitenden Material, wie z. B. Messing. Die Isolierhülse 8 und die Isolierbuchse 10 bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Keramik.
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Ein Strom fließt im Einsatz der Schmelzsicherung 1 von der Kontaktbuchse 2 im Wesentlichen über die Lötverbindung 18 zur Kontakthülse 4 oder umgekehrt. Steigt nun der Stromfluss in der Schmelzsicherung, beispielsweise aufgrund einer Störung einer elektrischen Vorrichtung, in der die Schmelzsicherung 1 eingesetzt ist, so erhöht sich die Temperatur des vom Strom durchflossenen Lots der Lötverbindung 18. Erreicht oder übersteigt die Temperatur des Lots dessen Schmelztemperatur, so schmilzt die Lötverbindung 18, wodurch die Kontaktbuchse 2 und die Kontakthülse 4 durch die sich entspannende Feder 12 etwa in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt werden. Hierdurch werden diese mechanisch und elektrisch voneinander getrennt. Eine elektrische Kontaktierung der Kontaktbuchse 2 und der Kontakthülse 4 nach dem Trennvorgang wird durch die Isolierhülse 8 und die Isolierbuchse 10 weitestgehend vermieden.
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Die Lötverbindung 18 schmilzt auch bei Erreichen der Schmelztemperatur des Lots aufgrund einer äußeren Erhitzung, beispielsweise in einem Brandfall der Vorrichtung.
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Die Schmelztemperatur der Lötverbindung 18 ist abhängig vom Lot und somit durch Änderung der Materialeigenschaften des Lots einstellbar.
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Im verbundenen Zustand der Kontaktbuchse 2 und der Kontakthülse 4 sind zwischen ihnen hohe mechanische Axialkräfte und Drehmomente (beispielsweise 50 Nm) übertragbar. Des Weiteren weist dieser Verbund eine hohe mechanische Steifigkeit auf, die robust gegenüber Vibrationen und Biegebelastungen ist.
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Die Schmelzsicherung 1 ist äußerst kompakt mit einer geringen Anzahl an Bauteilen aufgebaut. Eine derartige Schmelzsicherung 1 ist vorzugsweise auch zur Nachrüstung von elektronischen Vorrichtungen geeignet und ist durch die herkömmliche Schraubverbindungen in Form des Kontaktzapfens 42 und der Durchgangsbohrung 46 mit dem Außengewinde 44 und dem Innengewinde 48 mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand einfach montierbar.
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Die Schmelzsicherung 1 kann auch ohne die Isolierbuchse 10 ausgeführt werden, allerdings könnten dann die Kontaktbuchse 2 und die Kontakthülse 4, falls diese nach dem Trennvorgang jeweils die Feder 12 berühren, über diese weiterhin elektrisch kontaktiert sein. Mit der Isolierbuchse 10 ist somit eine sichere elektrische Trennung realisierbar.
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Es ist denkbar, anstelle der Isolierbuchse 10, die Feder 12 aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material oder elektrisch isoliert auszubilden.
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2 stellt die Schmelzsicherung 1 in einer perspektivischen Abbildung dar. Hierbei ist die kreiszylindrische Ausgestaltung der Kontaktbuchse 2, der Kontakthülse 4 und der Isolierhülse 8 erkennbar.
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In 3 ist in einer Längsschnittansicht die Schmelzsicherung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus 1 ist an der Stirnfläche 26 der Kontaktbuchse 2 in Axialrichtung ein Mehrkantsockel 50 ausgebildet, der zumindest umfangsseitig zwei etwa parallel zueinander sich erstreckende Werkzeugangriffsflächen 52, 54 aufweist. Diese sind mit einer bestimmten Schlüsselweite zueinander beabstandet, wodurch ein entsprechender Schraubschlüssel an diese angreifen und ein Drehmoment auf die Schmelzsicherung 1 zur einfachen Montage übertragen kann. Der Mehrkantsockel 50 ist beispielsweise als 2-, 4-, 6- oder 8-kant ausgestaltbar.
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Der Kontaktzapfen erstreckt sich in 3 von einer der Feder 12 abweisenden Stirnfläche 56 des Mehrkantsockels 50 in axialer Richtung.
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4 zeigt die Schmelzsicherung 1 aus 3 in einer perspektivischen Darstellung. Hierbei ist die 6-kantige Ausbildung des Mehrkantsockel 50 erkennbar, womit dieser umfangsseitig drei jeweils parallel zueinander verlaufende Flächenpaare aufweist.
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Es ist denkbar anstelle oder zusätzlich zum Mehrkantsockel 50 an der Kontakthülse 4 Werkzeugangriffsflächen auszubilden.
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Offenbart ist eine Schmelzsicherung mit über eine Lötverbindung mechanisch und elektrisch verbundenen Kontaktelementen. Hierbei ist eine Feder vorgesehen, die die Kontaktelemente mechanisch und elektrisch trennt, wenn eine Schmelztemperatur eines Lots der Lötverbindung erreicht oder überschritten wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schmelzsicherung
- 2
- Kontaktbuchse
- 4
- Kontakthülse
- 6
- Außenmantelfläche
- 8
- Isolierhülse
- 10
- Isolierbuchse
- 12
- Feder
- 14
- Bodenfläche
- 16
- Stirnfläche
- 18
- Lötverbindung
- 20
- Stufe
- 22
- Radialvorsprung
- 24
- Stirnfläche
- 26
- Stirnfläche
- 28
- Radialbund
- 30
- Stufe
- 31
- Endabschnitt
- 32
- Stufe
- 34
- Ringstirnfläche
- 35
- Innenaussparung
- 36
- Ringstirnfläche
- 38
- Bodenfläche
- 40
- Ringstirnfläche
- 42
- Kontaktzapfen
- 44
- Außengewinde
- 46
- Durchgangsbohrung
- 48
- Innengewinde
- 50
- Mehrkantsockel
- 52
- Werkzeugangriffsfläche
- 54
- Werkzeugangriffsfläche
- 56
- Stirnfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027189 A1 [0002]
- JP 11317144 A [0004]
