DE102013105669A1 - Verbindung eines elektrischen Kabels mit einem Kontaktteil - Google Patents
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Abstract
Bei einer Verbindung eines elektrischen Kabels (1), das metallische Litzen (4) und eine diese umgebende Isolierung (5) aufweist, mit einem metallischen Kontaktteil (3), ist die Isolierung (5) des Kabels (1) in einem Bereich vor einem Ende (7) des Kabels (1) entfernt. Der Kontaktteil (3) umschließt die Litzen (4) im abisolierten Bereich und ist wenigstens abschnittsweise (17, 18) mit diesen verpresst. Es ist eine Verbindungskappe (2) vorgesehen, die den abisolierten Teil der Litzen (4) zumindest bereichsweise umschließt, und der Kontaktteil (3) umschließt die Verbindungskappe (2). Durch Verformen des Kontaktteils (3) und der Verbindungskappe (2) sind diese miteinander und mit den Litzen (4) des Kabels (1) verpresst und die Verbindungskappe (2) ist mit den Litzen (4) und mit dem Kontaktteil (3) durch Widerstand-Schweißung verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines elektrischen Kabels, das metallische Litzen und eine diese umgebende Isolierung aufweist, mit einem metallischen Kontaktteil, wobei die Isolierung des Kabels in einem Bereich vor einem Ende des Kabels entfernt ist, und wobei der Kontaktteil die Litzen im abisolierten Bereich umschließt und wenigstens abschnittsweise mit diesen verpresst ist.
- Bei der Verbindung von Energieversorgungsleitungen, insbesondere solchen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die auf Grund ihres Preises und Gewichtes insbesondere im Automobilbau zunehmend gegenüber solchen aus Kupfer oder Kupferlegierungen bevorzugt werden, mit Kontaktteilen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, sind unter anderem Probleme bei der Herstellung einer möglichst widerstandslosen und für Korrosion möglichst wenig anfälligen Verbindung zu lösen. Dieses Problem tritt aber nicht nur bei Verbindungen vom Alu-Kabeln mit Kupfer-Kontaktteilen auf sondern immer dann, wenn sich das Material des Kontaktteils in der elektrochemischen Spannungsreihe in nennenswertem Ausmaß von dem des Kabels unterscheidet. Außerdem sollen diese Verbindungen möglichst hohen mechanischen Belastungen widerstehen können.
- Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Probleme bei einer Verbindung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Kontaktteil mit den Litzen durch Widerstandsschweißung verbunden ist.
- Durch die Kombination einer Widerstandsschweißung mit einer mechanischen Verpressung wird durch die beim Schweißen entstehende Legierung zwischen den Materialien der verschweißten Teile eine elektrische Verbindung geschaffen, die einen geringen elektrischen Widerstand aufweist und die im Gegensatz zu rein mechanischen Verbindungen durch Verpressen weniger anfällig für Kontaktkorrosion und Spaltkorrosion ist, auch wenn die verbundenen Materialien in der elektrochemischen Spannungsreihe unterschiedlich liegen. Durch die Kombination einer Verpressung und einer Verschweißung wird außerdem eine sehr hohe mechanische Festigkeit geschaffen.
- Erfindungsgemäß können diese Probleme bei einer Verbindung der eingangs genannten Art auch dadurch gelöst werden, dass eine Verbindungskappe vorgesehen ist, die den abisolierten Teil der Litzen zumindest bereichsweise umschließt, dass der Kontaktteil die Verbindungskappe umschließt, dass durch Verformen des Kontaktteils und der Verbindungskappe diese miteinander und mit den Litzen des Kabels verpresst sind und dass die Verbindungskappe mit den Litzen und mit dem Kontaktteil durch Widerstandsschweißung verbunden ist.
- Durch die Verbindungskappe kann zusätzlich eine elektrochemische Trennung zwischen den Litzen und dem Kontaktteil bewirkt werden, sodass der kritische Verbindungsbereich mit den Litzen weniger anfällig für Korrosion ist. Besonders bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung daher, wenn die Litzen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen und dass die Verbindungskappe ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Dann kann weitgehend problemlos der Kontaktteil aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
- Es ist bekannt, Energieversorgungsleitungen im Automobilbau unter Einsatz des Widerstandsschweißverfahrens mit Kontaktteilen zu verbinden. Wesentlich ist bei der Erfindung die Kompaktierung des Leiterendes bzw. Litzenpakets, indem der Kontaktteil, mit der allenfalls vorhandenen Verbindungskappe, vor oder während der Verschweißung nach innen verformt wird. Es kommt damit zu einer sehr guten elektrischen Verbindung, die auch mechanisch sehr tragfähig ist.
- Wenn eine an ihrem Ende geschlossene Verbindungskappe verwendet wird, ist die Schweißverbindung zwischen der Verbindungskappe und den Litzen zu dieser Seite hin abgedichtet und daher nicht so korrosionsanfällig und kann daher bevorzugt auch im Nassbereich des Automobils zum Einsatz kommen.
- In diesem Zusammenhang ist bei der Erfindung bevorzugt, wenn ein Übergangsbereich zwischen der Verbindungskappe und der Isolierung mit einem Schrumpfschlauch oder dergleichen isoliert ist, um die Verbindung zwischen Leiter und Verbindungskappe vollständig zu isolieren.
- Alternativ wäre es aber auch möglich diese Isolierung auf andere Weise herzustellen, beispielsweise dadurch, dass die Verbindungskappe bis über die Isolierung reicht, ggf. mit dieser verpresst ist, und auf diese Weise für eine geeignete Abdichtung gesorgt wird.
- Die Verbindung des Kontaktteils mit der Verbindungskappe erfolgt ebenfalls unter Einsatz des Widerstandsschweißverfahrens, mit dem auch unterschiedliche Werkstoffe gut miteinander verschweißt werden können.
- Der Kontaktteil weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wenigstens im Verbindungsbereich mit der Verbindungskappe oder den Litzen eine Trennschicht aus einem Material, vorzugsweise Nickel, auf, das in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen Aluminium und Kupfer liegt, wodurch eine korrosionsbeständige Verbindung zwischen dem Kontaktteil und der Verbindungskappe oder den Litzen gegeben ist.
- Der Kontaktteil kann bei der Erfindung beispielsweise eine Batterieklemme, ein Kabelschuh, ein Steckerteil oder ein anderer beliebiger Anschlussadapter sein.
- Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:
-
1 in Schrägansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung in einer explosionsartigen Darstellung, -
2 einen Schnitt durch die teilweise zusammen gebaute Verbindung von1 , -
3 einen Schnitt durch die in einer anderen Reihenfolge teilweise zusammen gebaute Verbindung von1 , -
4 einen Schnitt durch die vollständig zusammen gebaute Verbindung von1 , -
5 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von1 , -
6 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von1 aus einer zweiten Perspektive, -
7 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von1 aus einer dritten Perspektive, -
8 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von1 aus einer vierten Perspektive, -
9 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung vor dem Zusammenbau, -
10 einen Schnitt durch die vollständig zusammen gebaute Verbindung von9 , -
11 in Schrägansicht die zusammen gesetzte Verbindung der Ausführungsform von9 vor dem Verpressen und Verschweißen, -
12 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von9 , -
13 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von9 aus einer zweiten Perspektive, -
14 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von9 aus einer dritten Perspektive und -
15 in Schrägansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform der Verbindung von9 aus einer vierten Perspektive. - In den
1 bis8 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung dargestellt, die ein Kabel1 , eine Verbindungskappe2 und einen Kontaktteil3 aufweist. Das Kabel1 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem Bündel Litzen4 oder Leitern und einer Isolierung5 , wobei das Ende6 der Isolierung5 einen Abstand vom Ende7 der Litzen4 bzw. des Kabels1 aufweist. Dieser von einer Isolierung5 freie Bereich kann im Zuge der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung hergestellt werden, indem eine in diesem Bereich vorhandene Isolierung5 entfernt wird, wenn die Isolierung5 nicht schon vorher entfernt oder in diesem Bereich überhaupt nicht angebracht wurde. - Die Verbindungskappe
2 und die Litzen4 bestehen in der beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform beide aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sodass es bei deren Verbindung nicht zu Spannungskorrosion kommen kann. Die Verbindungskappe2 wird bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung auf den nicht isolierten Bereich des Kabels1 aufgesteckt. - In der dargestellten Ausführungsform weist die Verbindungskappe
2 eine zylindrische Hülse8 und eine Stirnwand9 auf, wodurch die Verbindungskappe2 auf einer Seite geschlossen ist. - Der Kontaktteil
3 besteht in der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen aus einem ersten Teil10 und einem zweiten Teil11 . Der erste Teil10 weist eine Öffnung12 auf, durch welche eine nicht dargestellte Schraube gesteckt werden kann, um den erfindungsgemäßen Kontaktteil3 mit einem anderen elektrischen Bauteil, beispielsweise mit einer Fahrzeugbatterie, zu verbinden. - Der Kontaktteil
3 kann beispielsweise aus einem Blech aus Kupfer ausgestanzt sein, das mit Nickel beschichtet ist. Um den zweiten hülsenförmigen Teil11 des Kontaktteils3 wie in1 dargestellt zu formen, können die beiden Wangen13 ,14 zusammen gebogen werden, bis deren Ränder mit gegengleich geformten Laschen15 und Ausnehmungen ineinander greifen. - Wie die Zeichnungen zeigen, ist die Hülse
8 der Verbindungskappe2 bevorzugt länger als der die Verbindungskappe2 umschließende Teil11 des Kontaktteils3 . Insbesondere ist bevorzugt, wenn die Hülse8 der Verbindungskappe2 auf der der Isolierung zugewandten Seite über den Kontaktteil3 vorsteht. Da die Verbindungskappe2 auf der von der Isolierung5 abgewandten Seite durch die Stirnwand9 geschlossen ist, kann der Kontakt- bzw. Verbindungsbereich zwischen der Verbindungskappe2 und den Litzen4 vollständig gegenüber der Umgebung isoliert werden, indem der Übergangsbereich16 bzw. Spalt zwischen der Verbindungskappe2 und dem Ende6 der Isolierung5z z. B. mit einem nicht dargestellten Schrumpfschlauch dicht abgeschlossen wird, der sich auch über das vorstehende Ende der Verbindungskappe2 legen kann. - Der Außendurchmesser der Verbindungskappe
2 wird bevorzugt so gewählt, dass er nicht oder nur geringfügig größer als der Außendurchmesser der Isolierung5 ist. Dies erleichtert die vorstehend beschrieben Isolierung. - Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung kann die Verbindungskappe
2 zuerst auf die abisolierten Litzen4 aufgeschoben werden, wie in2 dargestellt ist. Danach wird der Kontaktteil3 auf die Verbindungskappe2 aufgeschoben und ggf. mit dieser und den Litzen4 etwas verpresst. - In einer alternativen Durchführungsform wird zunächst die Verbindungskappe
3 in den Teil11 des Kontaktteils3 eingeschoben, wie in3 dargestellt ist. Wenn der Innendurchmesser des Teils11 kleiner als der Außendurchmesser der Verbindungskappe2 ist, wird die Verbindungskappe2 in den hülsenförmigen Teil11 eingepresst. Alternativ kann die Verbindungskappe2 auch mit Spiel in den hülsenförmigen Teil11 eingeschoben und erst dann mit diesem etwas verpresst werden. Dann wird der Kontaktteil3 mit der Verbindungskappe2 auf die abisolierten Litzen4 aufgeschoben. - Ein Verpressen des Teils
11 des Kontaktteils3 mit der Verbindungskappe2 und ein Verpressen der Verbindungskappe2 mit den Litzen4 ist in dieser Phase der Herstellung nicht unbedingt notwendig aber vorteilhaft, u. a. um ein Verschieben der Teile zueinander zu verhindern, bevor der Schweißvorgang ausgeführt wird. Außerdem kann ein Verpressen der Verbindungskappe2 mit den Litzen4 zu einem vorteilhaften Kompaktieren der Litzen4 in der Verbindungskappe2 führen, was in weiterer Folge das Verschweißen der Litzen untereinander und mit der Verbindungskappe2 verbessern kann. - Dieses Verpressen der Verbindungskappe
2 mit den Litzen4 , das wie erwähnt aber nicht unbedingt erforderlich ist, kann nur über einen Teil der Länge der Verbindungskappe2 erfolgen. Eine Verpressung über die gesamte Länge oder nahezu über die gesamte Länge wäre aber natürlich auch möglich. - Nachdem die Verbindung so weit vorbereitet wurde, wird sie in einer an sich bekannten Widerstands-Schweißeinrichtung fertig gestellt, indem die Litzen
4 mit der Verbindungskappe2 und die Verbindungskappe2 mit dem Teil11 des Kontaktteils3 unter Einwirkung von elektrischem Strom verschweißt werden. Während der Einwirkung des Stroms, der den Teil11 , die Verbindungskappe2 und die Litzen4 quer durchströmt und diese Komponenten im Einwirkungsbereich des Stromes wenigstens teilweise bzw. oberflächlich zum Schmelzen bringt bzw. erweicht, wird durch Krafteinwirkung von außen der Teil11 und durch diesen auch die Verbindungskappe2 zu den Litzen hin und in das Litzenbündel hinein gedrückt, sodass der Kontaktteil3 , die Verbindungskappe2 und die Litzen4 nicht nur stoffschlüssig sondern auch formschlüssig miteinander verbunden werden. Die Kraft für diese Verformung wird bevorzugt direkt durch die an den Abschnitten17 ,18 angesetzten Elektroden der Schweißeinrichtung aufgebracht, kann aber auch durch ein anderes Werkzeug aufgebracht werden. - Bevorzugt wird der Teil
11 und durch diesen auch die Verbindungskappe2 von gegenüber liegenden Seiten zu den Litzen hin und in das Litzenbündel hinein gedrückt, sodass die eingedrückten Abschnitte17 und18 entstehen. Ein einseitiges Eindrücken wäre aber auch möglich. Wenn die Verbindungskappe2 und der Kontaktteil3 nur auf einer Seite der Verbindung nach innen gedrückt sind, liegt dieser Abschnitt17 bevorzugt auf der den Laschen15 gegenüber liegenden Seite, da der Teil11 des Kontaktteils3 hier formstabiler ist. Ein ringförmiges oder elliptisches Zusammenpressen wäre beispielsweise auch möglich. - Die Abschnitte
17 ,18 , in denen der Kontaktteil3 durch die Verbindungskappe2 mit den Litzen4 des Kabels1 verpresst und plastisch verformt ist, liegt bevorzugt im unmittelbaren Schweißbereich, da hier der Formschluss zwischen den einzelnen Teilen am stabilsten ist. Aus dem gleichen Grund ist es bei der Erfindung bevorzugt, wenn die Verbindungskappe2 und der Kontaktteil3 nur über einen Teil ihrer Länge plastisch nach innen gedrückt sind, da die benachbarten, nicht zusammen gedrückten bzw. verformten Abschnitte einen erhöhten Widerstand gegen ein Verschieben der Teile gegeneinander bieten. Insbesondere ist bevorzugt, wenn die nach innen gedrückten Abschnitte17 ,18 vom Ende7 des Kabels einen Abstand aufweisen. - Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Verpressen und somit Verformen des Teils
11 mit der Verbindungskappe2 nach innen zu den Litzen4 hin unter gleichzeitigem Zusammenpressen der Litzen4 wenigstens teilweise schon vor dem Schweißvorgang durchzuführen, wobei dies auch hier bevorzugt wieder nur in einem Teil der Länge der Verbindungskappe2 bzw. des Teils11 erfolgen kann. - Auf jeden Fall ist es aber bei der Erfindung von Vorteil, wenn auch nicht unbedingt erforderlich, die Presskraft aufrecht zu halten, bis die Verbindungskappe
2 , der Teil11 und die Litzen4 nach dem Schweißvorgang so weit abgekühlt sind, dass sie sich nicht mehr verformen, wenn die Presskraft aufgehoben wird. - In den
9 bis15 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die der Ausführungsform der1 bis8 weitgehend entspricht, jedoch keine Verbindungskappe2 aufweist. Die Litzen4 sind daher direkt im hülsenförmigen Teil11 des Kontaktteils3 aufgenommen und dort verpresst, wie insbesondere die9 ,10 und11 zeigen. Das Herstellungsverfahren kann aber wie vorstehend zur Ausführungsform der1 bis8 beschrieben durchgeführt werden, insbesondere indem der Teil11 vor und/oder während des Widerstands-Schweißverfahrens in den Abschnitten17 und/oder18 zusammen gepresst bzw. nach innen gedrückt wird und dadurch auch die Litzen4 zumindest abschnittsweise zusammen gepresst werden.
Claims (18)
- Verbindung eines elektrischen Kabels (
1 ), das metallische Litzen (4 ) und eine diese umgebende Isolierung (5 ) aufweist, mit einem metallischen Kontaktteil (3 ), wobei die Isolierung (5 ) des Kabels (1 ) in einem Bereich vor einem Ende (7 ) des Kabels (1 ) entfernt ist, und wobei der Kontaktteil (3 ) die Litzen (4 ) im abisolierten Bereich umschließt und wenigstens abschnittsweise mit diesen verpresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (3 ) mit den Litzen (4 ) durch Widerstandsschweißung verbunden ist. - Verbindung eines elektrischen Kabels (
1 ), das metallische Litzen (4 ) und eine diese umgebende Isolierung (5 ) aufweist, mit einem metallischen Kontaktteil (3 ), wobei die Isolierung (5 ) des Kabels (1 ) in einem Bereich vor einem Ende (7 ) des Kabels (1 ) entfernt ist, und wobei der Kontaktteil (3 ) die Litzen (4 ) im abisolierten Bereich umschließt und wenigstens abschnittsweise mit diesen verpresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungskappe (2 ) vorgesehen ist, die den abisolierten Teil der Litzen (4 ) zumindest bereichsweise umschließt, dass der Kontaktteil (3 ) die Verbindungskappe (2 ) umschließt, dass durch Verformen des Kontaktteils (3 ) und der Verbindungskappe (2 ) diese miteinander und mit den Litzen (4 ) des Kabels (1 ) verpresst sind und dass die Verbindungskappe (2 ) mit den Litzen (4 ) und mit dem Kontaktteil (3 ) durch Widerstandsschweißung verbunden ist. - Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (
17 ,18 ), in dem der Kontaktteil (3 ), die Verbindungskappe (2 ) und/oder die Litzen (4 ) des Kabels (1 ) verpresst sind, im Schweißbereich liegt. - Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (
17 ,18 ), in dem der Kontaktteil (3 ) und die Litzen (4 ) des Kabels (1 ) verpresst sind, sich nur über einen Teil der Länge des Kontaktteils (3 ) erstreckt. - Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (
17 ,18 ), in dem der Kontaktteil (3 ), die Verbindungskappe (2 ) und die Litzen (4 ) des Kabels (1 ) verpresst sind, sich nur über einen Teil der Länge, in dem der Kontaktteil (3 ) und die Verbindungskappe (2 ) einander überlappen, erstreckt. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (
3 ) einen aus einem Blech durch Verformung hergestellten hülsenförmigen Teil (11 ) mit Laschen (15 ,16 ) aufweist, welche nebeneinander liegend einander überlappen. - Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Teil (
11 ) Wangen (13 ,14 ) aufweist, die mit gegengleich geformten Laschen (15 ) und Ausnehmungen ineinander greifen. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (
3 ) und ggf. die Verbindungskappe (2 ) nur auf einer Seite der Verbindung nach innen verformt sind. - Verbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (
3 ) und ggf. die Verbindungskappe (2 ) auf der den Laschen (15 ,16 ) gegenüber liegenden Seite nach innen verformt sind. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (
3 ) und ggf. die Verbindungskappe (2 ) auf gegenüber liegenden Seiten der Verbindung nach innen verformt sind. - Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskappe (
2 ) länger als der die Verbindungskappe (2 ) umschließende Teil (11 ) des Kontaktteils (3 ) ist. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (
4 ) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. - Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskappe (
2 ) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (
3 ) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. - Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich (
16 ) zwischen der Verbindungskappe (2 ) und der Isolierung (5 ) mit einem Schrumpfschlauch oder dergleichen isoliert ist. - Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskappe (
2 ) bis über die Isolierung (5 ) reicht. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktteil (
3 ) wenigstens im Verbindungsbereich mit der Verbindungskappe (2 ) oder den Litzen (4 ) eine Trennschicht aus einem Material aufweist, das in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen dem Material des Kontaktteils (3 ) und der Verbindungskappe (2 ) oder den Litzen (4 ) liegt. - Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (
17 ,18 ), in dem der Kontaktteil (3 ) mit der Verbindungskappe (2 ) und/oder den die Litzen (4 ) verpresst und verschweißt ist, vom Ende (7 ) des Kabels (1 ) einen Abstand aufweist.
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