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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer durch Verklebung in einen Rahmen eingesetzten Scheibe nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 sowie eine lösbare Klebeverbindung zwischen einer Scheibe und einem Rahmen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 3 und 4.
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Aus der
DE 600 19 109 T2 ist ein Verfahren zum Entfernen einer durch Verklebung in einen Rahmen eingesetzten Scheibe bekannt, bei dem eine Zusammensetzung, die thermoexpandierbaren Mikrokapseln umfasst, in einem Klebstoff oder in einer Grundierung oder an einer Grenzfläche zwischen zwei Schichten dispergiert ist, so dass sich bei Einwirkung einer Wärmequelle auf den abgebundenen Klebstoff die thermoexpandierbaren Mikrokapseln ausdehnen und somit die Kohäsion des Klebstoffs und die Grenzflächenbindung zur angrenzenden Struktur schwächen, so dass die Scheibe aus dem Rahmen entfernt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren weiter zu entwickeln sowie eine optimierte lösbare Klebeverbindung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Die Ansprüche 3 und 4 geben lösbare Klebeverbindungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an.
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Kerngedanke der Erfindung nach Anspruch 1 und 2 ist es, ein zweistufiges Verfahren zum Lösen der Klebeverbindung anzuwenden, bei dem in einem ersten Schritt die für das Lösen der Verklebung verantwortliche Funktionsschicht expandiert und in einem zweiten Schritt die Funktionsschicht versprödet wird. Nachfolgend kann die Scheibe in einem dritten Schritt in besonders leichter Weise aus dem Rahmen entfernt werden.
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Während bei dem aus der
DE 600 19 109 T2 bekannten einstufigen Verfahren nach der thermischen Aktivierung in der Regel noch vergleichsweise hohe Verbindungskräfte in der Verklebung vorliegen, durch die das Entfernen der Scheibe aus dem Rahmen erschwert wird, wird durch die erfindungsgemäß auf die Expansion der wirksamen Bestandteile in der Funktionsschicht folgende Versprödung erreicht, dass die verbleibenden Verbindungskräfte durch die über die Versprödung bewirkten zusätzlichen inneren Kräfte auf ein Minimum reduziert werden und somit die Scheibe mit sehr geringen Restkräften aus dem Rahmen entnommen werden kann.
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Gemäß Anspruch 1 erfolgen die beiden Schritte des Expandierens und des Versprödens auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Gemäß Anspruch 2 wird nach erfolgtem Expandieren durch anhaltendes Einbringen von Wärmeenergie auf demselben Temperaturniveau die Versprödung erreicht.
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Gemäß Anspruch 3 kann die Funktionsschicht „wirksame Bestandteile” (Partikel) enthalten, die sowohl eine Expansion als auch eine Versprödung bewirken. Alternativ sind gemäß Anspruch 4 unterschiedliche wirksame Bestandteile” vorgesehen, wobei erste Bestandteile der Funktionsschicht eine Expansion und zweite Bestandteile der Funktionsschicht eine Versprödung bewirken.
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Die Funktionsschicht kann sich an beliebiger Stelle innerhalb der Verklebung zwischen Scheibe und Rahmen befinden. Beispielsweise kann die Funktionsschicht innerhalb der Klebeverbindung angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Funktionsschicht im Übergangsbereich vom Klebstoff zur Scheibe vorgesehen. In diesem Bereich ist in der Regel eine so genannte Haftvermittlerschicht angebracht, um eine ausreichende Adhäsion zwischen der Scheibe und dem Klebstoff zu erreichen. Die Haftvermittlerschicht kann entweder direkt auf der Scheibe oder auf einer auf der Scheibe aufgebrachten Beschichtung (so genannter „Siebdruck”) vorgesehen sein. Diese Beschichtung wird über gängige Applikationsverfahren wie beispielsweise Drucken, Streichen, Rollen, Sprühen und dergleichen aufgebracht. Die Funktionsschicht kann in die Haftvermittlerschicht integriert sein (modifizierte Haftvermittlerschicht) oder als zusätzlich eingefügte Schicht ausgebildet sein.
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Der Begriff „Haftvermittlerschicht” schließt alle Arten von Schichten zur Vorbehandlung der Scheibe vor dem Klebstoffauftrag ein. Das Fluid für die Haftvermittlerschicht kann filmbildend oder ablüftend sein. Haftvermittlerschichten werden beispielsweise auch als „Primer” oder „Aktivatoren” bezeichnet.
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Durch die Wahl des Fluids für die Haftvermittlerschicht kann die Lage und/oder die, Dicke der Funktionsschicht und somit die Lage der Ebene, in der die Trennung der Scheibe vom Rahmen erfolgt, maßgeblich festgelegt werden. Das Fluid der Haftvermittlerschicht dient als Trägermaterial und umschließt die wirksamen Bestandteile. Die wirksamen Bestandteile werden dem Fluid vergleichbar einem Füllstoff von filmbildenden Schichtaufträgen (wie zum Beispiel einem Lack) beigemengt oder mit einem niedrigviskosen Medium vermengt und nachfolgend zu einer Schicht aufgetragen. Die Schicht ist dabei durchlässig, einerseits in optischer Hinsicht und andererseits für den viskosen Klebstoff, der somit die wirksamen Bestandteile umschließt und an den wirksamen Bestandteilen „vorbei” die Klebeverbindung mit der Scheibe aufbaut.
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Die wirksamen Bestandteile in der Funktionsschicht sind hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens so auszulegen, dass sie keine Schwächung und keinesfalls ein Lösen der Klebeverbindung bewirken. Insbesondere ist die Funktionsschicht so auszulegen, dass die wirksamen Bestandteile durch eine Temperatur aktiviert werden, die deutlich höher liegt als die Herstell- und Betriebstemperatur des Gegenstands, beispielsweise des Kraftfahrzeugs. Außerdem ist darauf zu achten, dass bei der Herstellung der Klebeverbindung der Klebstoff und/oder der Haftvermittler und/oder das Material der Funktionsschicht bei der Förderung aus dem Transportbehältnis mit entsprechend hohem Förderdruck (insbesondere bei zähflüssigen Fluiden) nicht durch zu hohe Scherraten belastet wird bzw. werden.
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Die wirksamen Bestandteile dürfen nicht in zu hoher Konzentration in die Klebeverbindung eingebracht sein, da dies ansonsten zu einer Reduzierung der Adhäsionsfestigkeit des Klebstoffs führen würde. Andererseits würde ein zu geringer Anteil zu einer schwach ausgeprägten Wirkung der Funktionsschicht führen. Wesentlich ist außerdem, dass die wirksamen Bestandteile in der Funktionsschicht in einer möglichst homogenen Verteilung vorhanden sind, um eine gleichmäßig niedrige Ablösekraft zu erreichen.
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Die im ersten Schritt erfolgende Expansion der wirksamen Bestandteile erfolgt durch eine Volumenvergrößerung um ein Vielfaches (Aufblähen), wodurch einerseits die Funktionsschicht selbst instabil wird, also eine Senkung der Kohäsionskräfte erfolgt, und wobei andererseits die wirksamen Bestandteile an der Grenzfläche der Funktionsschicht zum betreffenden Fügebauteil (Scheibe bzw. Rahmen) hohe Kräfte aufbauen können. Diese Kräfte der wirksamen Bestandteile an der Grenzfläche bewirken dabei einerseits ein lokales Ablösen der wirksamen Bestandteile von der Funktionsschicht bzw. ein starkes Verformen und Aufbrechen dieser Oberfläche sowie andererseits ein globales Abheben der Funktionsschicht, da hierbei im Kräftevergleich die Kohäsionskräfte in der Mitte und in dem der Grenzschicht abgewandten Bereich (Klebstoffseite) der Funktionsschicht größer sind als die Kohäsionskräfte im Grenzflächenbereich zum Fügebauteil. Diese sind wiederum größer als die Adhäsionskräfte der Funktionsschicht zum Fügebauteil.
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Wie eingangs bereits erwähnt, liegen in diesem Zustand nach Durchführung des ersten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch ohne thermische Zerstörung der vernetzten bzw. ausgehärteten Polymerketten in der Funktionsschicht bzw. im Klebstoff noch relativ hohe Rest-Adhäsionskräfte der Scheibenverklebung vor, so dass ein Entfernen der Scheibe aus dem Rahmen nicht ohne Weiteres möglich ist.
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Im zweiten Schritt werden durch eine vergleichsweise geringfügige weitere Temperaturerhöhung bzw. durch anhaltende Erwärmung auf demselben Temperaturniveaus, in jedem Fall bei einer Temperatur unterhalb der Zerstörungstemperatur des Klebstoffs, die wirksamen Bestandteile ausgehärtet und/oder versprödet.
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Hierbei können wirksame Bestandteile zum Einsatz kommen, die sowohl eine Expansion als auch eine Versprödung bewirken (multifunktionale wirksame Bestandteile). Alternativ kann eine Mischung unterschiedlicher wirksamer Bestandteile zum Erreichen der Expansion bzw. der Versprödung eingesetzt werden (Mehrstoffsystem).
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Während des zweiten Schritts erfolgt ein Aushärten und/oder Verspröden der Teilchenwand der multifunktionalen wirksamen Bestandteile. Im Fall des Mehrstoffsystems erfolgt ein Aushärten und/oder Verspröden der zweiten wirksamen Bestandteile, die an und um die ersten wirksamen Bestandteile herum gelagert sind. Dieser Veränderungsprozess an den wirksamen Bestandteilen, der auch einem Sinterprozess entsprechen kann, bewirkt einen zusätzlichen Spannungsaufbau in der Funktionsschicht, da deren Volumen konstant bleibt bzw. abnimmt.
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Im Fall der multifunktionalen wirksamen Bestandteile kann durch das Aushärten bzw. Verspröden schon bei sehr geringen Kräften ein Aufbrechen bzw. Abplatzen der letzten verbindenden Bereiche erreicht werden.
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Im Fall des Mehrstoffsystems werden, wenn die Adhäsionskräfte zwischen den wirksamen Bestandteilen größer sind als die Kohäsionskräfte im spröden Bestandteil bzw. in der inzwischen sehr dünnen und labilen Wandung der ersten wirksamen Bestandteile, die ersten wirksamen Bestandteile aufgebrochen und der Verbund stark geschwächt. Hierbei kann es auch zu einer Eigenschaftsänderung in der Funktionsschicht selbst kommen, in dem der Verband der wirksamen Bestandteile durch weiteren lokalen Spannungsaufbau zur Umgebung entweder von dem Fügebauteil oder von der Funktionsschicht gelöst wird. Ist dagegen die Adhäsionskraft geringer, trennen sich die beiden wirksamen Bestandteile voneinander.
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Um die beschriebenen Mechanismen zu gewährleisten, ist es notwendig, dass die Abstände der wirksamen Bestandteile in der gehärteten Funktionsschicht nicht zu groß sind. Im Fall des Mehrstoffsystems muss seitens der für die Versprödung aktiven Bestandteile darauf geachtet werden, dass diese die Bestandteile zur Expansion möglichst homogen „umschließen”.
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Hierbei hat die Schichtdicke der Funktionsschicht einen deutlichen Einfluss auf die Reduzierung der Anbindungskraft. Wir die Schichtdicke zu dünn oder zu dick ausgelegt, stellt sich eine nur geringe Reduzierung der Anbindungskraft ein. Beispielsweise ergibt sich ein Optimum bei etwa doppelter Schichtdicke von statistisch voll expandierten wirksamen Bestandteilen.
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Für ein schnelles und effizientes Herauslösen der Scheibe vom Rahmen ist eine spezifisch angepasste Erwärmung erforderlich. Die Erwärmung darf nicht mit zu geringer Temperaturerhöhung erfolgen, da sich hiermit keine Expansion und damit keine Reduzierung der Adhäsionskräfte einstellt. Auch darf die Erwärmung nicht zu langsam erfolgen, da durch einen zu niedrigen Temperaturgradienten ein nur stark reduzierter Effekt erzielt wird. Bei zu schneller Erwärmung oder zu starker Erwärmung kann es zu einer Beschädigung oder Zerstörung von umliegenden Bauteilen und gegebenenfalls zu einer starken Schadgasentwicklung kommen. Um diese eventuellen Nachteile zu vermeiden, muss die Erwärmung lokal und in unmittelbarer Nähe der Funktionsschicht erfolgen.
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Bevorzugt erfolgt die Erwärmung mittels Stromfluss durch eine Leiterbahn, die benachbart zur Funktionsschicht verläuft. Die Leistungseinkopplung zur Erwärmung der Funktionsschicht erfolgt beispielsweise durch Anlegen einer Gleichspannung an die Enden der Leiterbahn. Alternativ kann an die Enden der Leiterbahn eine (hochfrequent) gepulste Spannung angelegt werden. Beispielsweise kann eine modulierte Spannung angelegt werden, mit einer Frequenz von ca. 25 kHz und einer Pulsweitenmodulation von 33%, bereitgestellt von einer Generatoranlage mit einer Leistung von etwa 2 kW. Bei der Einkopplung von Gleichstrom wird zum Beispiel eine Leistung von etwa 1 kW für wenige Minuten gesteuert oder geregelt in die auf der Scheibe vorhandene Leiterbahn bzw. in mehrere Leiterbahnen eingekoppelt, gegebenenfalls auch über das Bordnetz des Fahrzeugs.
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Der Zeitbedarf für das erfindungsgemäße Entfernen einer Scheibe aus einem Rahmen liegt bei etwa 30 Sekunden bis etwa 4 Minuten, ist jedoch stark abhängig von einer Mehrzahl von Parametern, wie beispielsweise Größe der Scheibe, Generatorleistung, Art der Steuerung/Regelung des Generators, Breite und Höhe des Klebeflansches, Umgebungstemperatur, Zusammensetzung des Klebstoffs etc.
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Die Leiterbahn(en) besteht bzw. bestehen aus einem entsprechend leitfähigen Material, das im Rahmen der Anforderungen (beispielsweise erforderliche Temperaturänderungsgeschwindigkeit, Endtemperatur) gewählt wird.
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Die Erfindung findet beispielsweise Anwendung bei Fahrzeugen aller Art, wie Schienenfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und Luftfahrzeugen. In vorteilhafter Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Kraftfahrzeugen anwenden, um eine Scheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe, aus der Verklebung mit dem Rahmen, insbesondere einem Windschutzscheibenrahmen, zu lösen. Hierbei ist eine Zugänglichkeit nur von außerhalb des Fahrzeugs erforderlich. Zum einen muss derjenige Bereich der Scheibe, an dem innenseitig die Klebstoffschicht verläuft, von der Außenseite des Fahrzeugs zugänglich sein, um die thermische Energie einbringen zu können. Andererseits wird die Scheibe nach dem Wärmeeintrag in die Beschichtung von der Außenseite des Fahrzeugs vom Rahmen abgehoben. Scheibenrandleisten, Zierblenden, Abdeckungen und sonstige Scheibeneinfassungen können, soweit sie beim Abheben der Scheibe nicht stören, auf dem Rahmen bzw. auf der Scheibe belassen werden. Mechanische Beschädigungen der Karosserie und der Scheibe sind weitestgehend ausgeschlossen, im Unterschied zu mechanischen Trennverfahren mit Messern oder Drähten. Eine Wiederverwendung von herausgelösten Scheiben ist grundsätzlich möglich, beispielsweise bei Scheiben, die im Rahmen einer Altfahrzeugverwertung herausgetrennt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch bei von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlichem Klebstoffauftrag anwenden, selbst dann, wenn die Kleberaupe auf der Scheibe in größerem Abstand zur äußeren Scheibenkante verläuft, beispielsweise in einem Abstand von mehr als 5 cm. Die Kleberaupe kann beliebig breit oder in beliebig vielen Bahnen nebeneinander ausgeführt sein, ohne die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einzuschränken. Auch Wölbungen der Scheibe haben keinen Einfluss auf die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es bestehen außerdem nur geringe Einschränkungen hinsichtlich der Zugänglichkeit für Arbeitsgerät, so dass die Baugröße des Arbeitsgerätes und der Aktionsradius, den der Arm eines Bedieners braucht, beispielsweise im Fall einer entsprechend großen Windschutzscheibe eines Lastkraftwagens oder eines Busses, ohne Belang sind.
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Das Lösen der Verklebung kann mit sehr geringem Zeitaufwand erfolgen (beispielsweise weniger als zwei Minuten) und kann zudem automatisiert werden.
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Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen lösbaren Klebeverbindung in perspektivischer Explosionsdarstellung.
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In einen Rahmen 2, beispielsweise einen Windschutzscheibenrahmen eines Kraftfahrzeugs, ist eine Scheibe 4, beispielsweise eine Windschutzscheibe, eingesetzt. Der Rahmen 2 ist mit einer Oberflächenbeschichtung 6, beispielsweise einem Fahrzeuglack, versehen. Die Scheibe 4 ist auf ihrer dem Rahmen 2 zugewandten Seite mit einer Beschichtung 8 versehen, beispielsweise mit einem Siebdruck in Form eines schwarzen Abdeckdrucks.
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Auf die Beschichtung 8 ist eine Leiterbahn 10, beispielsweise als Silberdruck, aufgebracht. An die Leiterbahn 10 schließt sich eine erste Haftvermittlerschicht 12 an. Die Haftvermittlerschicht 12 bildet die oberste Schicht auf der Scheibe 4 und steht in unmittelbarem Kontakt zu der sich anschließenden Klebstoffschicht 14. In gleicher Weise ist auf der Oberflächenbeschichtung 6 des Rahmens 2 eine zweite Haftvermittlerschicht 16 angeordnet. Die Klebstoffschicht 14 hat beim Klebstoffauftrag beispielsweise einen dreieckförmigen Querschnitt, wobei die Basis der Dreiecksraupe der Klebstoffschicht 14 auf der ersten Haftvermittlerschicht 12 angeordnet ist. Beim Fügen der mit der Klebstoffschicht 14 versehenen Scheibe 4 an den Rahmen 2 wird die dreieckförmige Klebstoffschicht 14 flach gedrückt und weist im Endzustand idealerweise eine tonnenförmigen Querschnitt auf.
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Erfindungsgemäß sind in der Haftvermittlerschicht 12 wirksame Bestandteile 20 enthalten, die eine in ihrer Gesamtheit mit 30 bezeichnete Funktionsschicht bilden. Die wirksamen Bestandteile 20 in der in die Haftvermittlerschicht 12 integrierten Funktionsschicht 30 sind so gestaltet, dass sie in einem zweistufigen Prozess bei gezielter Temperaturerhöhung zunächst eine Expansion in der Haftvermittlerschicht 12 und anschließend eine Versprödung derselben bewirken, so dass die Scheibe 4 mit nur mehr sehr geringen Adhäsionskräften zwischen der Leiterbahn 10 und der Klebstoffraupe 14 am Rahmen gehalten ist. Die thermische Energie wird hierbei durch Anlegen eines elektrischen Stromes an die Leiterbahn 10 aufgebracht. Durch den unmittelbaren Kontakt der Haftvermittlerschicht 12 mit der Leiterbahn 10 wird die Wärmeenergie direkt in die in der Haftvermittlerschicht 12 integrierte Funktionsschicht 30 eingeleitet. Die Temperatur in der Funktionsschicht 30 wird durch den Stromfluss in der Leiterbahn 10 geregelt.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Funktionsschicht 30 (mit ihren wirksamen Bestandteilen 20) in der Haftvermittlerschicht 16 vorgesehen sein. Für diesen Fall ist jedoch darauf zu achten, dass die Einbringung der Wärmeenergie in den Bereich der Klebstoffschicht 14 durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des in der Regel metallischen Werkstoffs des Rahmens 2 erschwert wird. Auch kann es dabei unter Umständen zu Beeinträchtigungen der Lackbeschichtung des Rahmens 2 sowie von am Rahmen angeordneten Bauteilen kommen.
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Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Entfernen einer durch Verklebung in einen Rahmen 2 eingesetzten Scheibe 4 wird die Klebeverbindung zwischen Scheibe 4 und Rahmen 2 durch eine zweistufig aktivierbare Funktionsschicht 30 gelöst, indem durch Einbringung von Wärmeenergie in einem ersten Schritt eine Expansion der Funktionsschicht 30 und in einem zweiten Schritt eine Versprödung der Funktionsschicht 30 erfolgt, so dass nachfolgend die Scheibe 4 in einem dritten Schritt in einfacher Weise aus dem Rahmen 2 entfernt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 60019109 T2 [0002, 0006]
