DE102013204765A1 - Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer Speicherzellenbaueinheit - Google Patents
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Abstract
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb ein Gehäuse auf, in dem Speicherzellen angeordnet sind. Das Gehäuse weist ferner einen Energieabsorptionsbereich auf, der im Falle einer Kollision zur Energieabsorption verformbar ausgebildet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb, die ein Gehäuse aufweist, in dem Speicherzellen angeordnet sind, und auf ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Speicherzellenbaueinheit.
- Bekannte Elektrofahrzeuge weisen eine sogenannte Traktionsbatterie auf, die zur Speicherung von elektrischer Energie für einen Elektroantrieb bzw. Elektromotor des Kraftfahrzeugs dient. Derartige Traktionsbatterien sind aus Batteriezellen aufgebaut, die wiederum zu Batteriemodulen zusammengefasst sind. Die Batteriezellen bzw. Batteriemodule sind in einem Gehäuse untergebracht, das zum Schutz der Batteriezellen dient und Vorrichtungen enthält, die der Klimatisierung und Steuerung der Batteriezellen dienen. Beispielsweise ist eine derartige Batteriebaugruppe aus einem Gehäuse und Batteriezellen in einem Bodenbereich eines Kraftfahrzeugs zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Ein derartiger Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug ist in der
EP 2 244 318 A2 beschrieben. - Ferner ist es bekannt, wie in der
DE 102010033806 A1 gezeigt ist, ein Batteriepack für Kraftfahrzeuge aus einer Vielzahl von Batterieelementen aufzubauen, wobei zwischen zumindest zwei benachbarten Batterieelementen Deformationselemente angeordnet sind, die im Falle eines Unfalles des Kraftfahrzeugs Energie durch Deformation absorbieren können. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speicherzellenbaueinheit sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Speicherzellenbaueinheit zu schaffen, wobei im Falle einer Kollision durch die Speicherzellenbaueinheit Kollisionsenergie abbaubar ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst, das die Merkmale von Patentanspruch 7 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb ein Gehäuse auf, in dem Speicherzellen angeordnet sind. Das Gehäuse weist ferner einen Energieabsorptionsbereich auf, der im Falle einer Kollision zur Energieabsorption verformbar ausgebildet ist.
- Eine Speicherzellenbaueinheit ist eine Baueinheit zum Speichern von elektrischer Energie zum Antrieb eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs. Die Speicherzellenbaueinheit kann eine Batterie als auch einen Kondensator zum Speichern von elektrischer Energie aufweisen. Der Energieabsorptionsbereich kann dabei sowohl zur Energieabsorption im Falle einer Kollision der Speicherzellenbaueinheit bei einem Transport als auch bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs im eingebauten Zustand der Speicherzellenbaueinheit ausgeführt sein. Der Energieabsorptionsbereich des Gehäuses bildet insbesondere eine sogenannte Knautschzone oder Deformationszone des Gehäuses. Der Energieabsorptionsbereich ist dabei insbesondere ein Wandelement, beispielsweise ein Außenwandelement, des Gehäuses, das entsprechend verformbar ausgebildet ist.
- Bei der Speicherzellenbaueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Energieabsorptionsbereich bevorzugt in einem Bereich des Gehäuses ausgebildet sein, in dem keine Speicherzellen angeordnet sind.
- Damit beeinträchtigt eine Verformung des Energieabsorptionsbereichs des Gehäuses nicht den Bereich, in dem die Speicherzellen angeordnet sind und verhindert damit eine Beschädigung der Speicherzellen. Das Gehäuse kann damit eine Kollisionsenergie abbauen, ohne die Speicherzellen oder damit verbundene Einrichtungen zu beschädigen.
- Bevorzugt ist der Energieabsorptionsbereich an äußeren Randbereichen des Gehäuses ausgebildet. Der Energieabsorptionsbereich kann beispielsweise an einem linken, seitlichen Rand oder/und einem rechten, seitlichen Rand oder/und einem vorderen Rand oder/und einem hinteren Rand des Gehäuses ausgebildet sein.
- Vorteilhaft weist das Gehäuse einen Speicherzellenschutzbereich auf, in dem die Speicherzellen angeordnet sind und der im Falle der Kollision nicht verformbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten hat die Speicherzellenbaueinheit einen Energieabsorptionsbereich, der verformbar ausgeführt ist, und einen Speicherzellenschutzbereich, der nicht verformbar ausgeführt ist. Mit verformbar und nicht verformbar ist damit insbesondere die Verformbarkeit oder Nichtverformbarkeit im Zusammenhang mit einer bestimmten Kollisionssituation gemeint. Derartige Kollisionssituationen können durch genormte Kollisionstests oder dergleichen vorgegeben sein.
- Damit sind die Speicherzellen in dem Gehäuse hinreichend geschützt.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Speicherzellenbaueinheit der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt, insbesondere feststoffdicht und/oder flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht, ausgeführt. Insbesondere sind hier Umwelteinflüsse gemeint, denen die Speicherzellenbaueinheit im Betrieb im Kraftfahrzeug ausgesetzt sind, so wie beispielsweise Staub, Schmutz, Wasser und dergleichen.
- Die Speicherzellenbaueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner bevorzugt in dem Gehäuse eine elektrische Steuereinrichtung untergebracht haben, die insbesondere nicht in dem Energieabsorptionsbereich angeordnet ist. Die elektrische Steuereinrichtung kann eine Speicherzellensteuereinrichtung sein. Insbesondere ist die elektrische Steuereinrichtung in dem Speicherzellenschutzbereich angeordnet.
- Damit ist sichergestellt, dass im Falle einer Kollision die elektrische Steuereinrichtung nicht beschädigt wird.
- Bevorzugt kann das Gehäuse der Speicherzellenbaueinheit aus Stahl, Aluminium und/oder einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
- Das Gehäuse der Speicherzellenbaueinheit gemäß der vorliegenden Erfindungen kann ferner Zwischenwände aufweisen, die die Speicherzellenbaueinheit versteifend ausgeführt sein können. Ferner können die Zwischenwände, sofern sie in dem Energieabsorptionsbereich angeordnet sind, zur Energieabsorption deformierbar ausgebildet sein, während sie, sofern sie in dem Speicherzellenschutzbereich angeordnet sind, nichtdeformierbar ausgebildet sein können.
- Das Gehäuse kann insbesondere aus einer Bodenwand, d. h. einer unteren Wand, einer oberen Wand und Seitenwänden bestehen. Die bereits erwähnten Zwischenwände können sich dabei zwischen der Bodenwand und der oberen Wand erstrecken.
- Ein Energieabsorptionsbereich ist dabei bevorzugt in der Bodenwand und/oder der oberen Wand nahe der Seitenwände des Gehäuses ausgebildet. Der vorstehend erwähnte Speicherzellenschutzbereich ist damit entfernt von den Seitenwänden in einem mittleren Bereich des Gehäuses zwischen der Bodenwand und der oberen Wand ausgebildet, während an den seitlichen Rändern des Gehäuses ein linker, rechter, vorder und/oder hinterer Energieabsorptionsbereich ausgebildet sein kann.
- Die Zwischenwände können in dem Speicherzellenschutzbereich Speicherzellenmodule, die aus Speicherzellen aufgebaut sind, voneinander trennen.
- Die Seitenwände können profiliert und/oder in Form eines Hohlträgers ausgebildet sein. Insbesondere können die Seitenwände doppelwandig ausgebildet sein. Die Seitenwände können ebenfalls Teil des Energieabsorptionsbereichs sein.
- Die vorstehende Aufgabe wird ferner durch ein Kraftfahrzeug mit einer Speicherzellenbaueinheit, die vorstehend mit ihren Weiterbildungen beschrieben ist, gelöst, wobei das Gehäuse derart angepasst ist, dass es an einem linken äußeren Längsträger und einem rechten äußeren Längsträger fixiert bzw. angebunden ist. Ein äußerer Längsträger wird im Allgemeinen auch als Seitenschweller bezeichnet und ist der äußerste untere Längsträger einer Kraftfahrzeugkarosserie. Mit anderen Worten ist eine linke Seitenwand bzw. eine rechte Seitenwände des Gehäuses an den jeweiligen äußeren Längsträgern befestigt. Bevorzugt ist in dem Gehäuse ein linker Energieabsorptionsbereich ausgebildet, der benachbart zu dem linken äußeren Längsträger ausgebildet ist und sich insbesondere parallel zu dem linken äußeren Längsträger erstreckt. Gleichermaßen kann ein rechter Energieabsorptionsbereich in dem Gehäuse ausgebildet sein, der sich benachbart und insbesondere parallel zu dem rechten äußeren Längsträger erstreckt.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kraftfahrzeugs der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse direkt oder indirekt an einem vorderen Längsträgerpaar angebunden. Ein vorderer Längsträger eines Kraftfahrzeugs wird bei Kraftfahrzeugen, die einen Frontmotor aufweisen, auch Motorträger genannt. Mit anderen Worten ist das Gehäuse direkt oder indirekt mit einem hinteren Ende des vorderen Längsträgerpaars direkt oder indirekt verbunden. Insbesondere kann das Gehäuse einen vorderen Energieabsorptionsbereich aufweisen, der benachbart zu dem hinteren Ende des vorderen Längsträgerpaars ausgebildet ist. Insbesondere kann sich der vordere Energieabsorptionsbereich im Bereich einer vorderen Seitenwand des Gehäuses in einer Richtung quer zu dem vorderen Längsträgerpaar erstrecken.
- Zusätzlich oder alternativ kann das Gehäuse direkt oder indirekt an einem hinteren Längsträgerpaar angebunden sein. Insbesondere kann es mit dem vorderen Ende des hinteren Längsträgerpaars direkt oder indirekt verbunden sein. Ein hinterer Energieabsorptionsbereich des Gehäuses kann dabei benachbart zu dem vorderen Ende des hinteren Längsträgerpaars ausgebildet sein. Insbesondere kann sich der hintere Energieabsorptionsbereich quer zu dem hinteren Längsträgerpaar erstrecken. Dabei kann der hintere Energieabsorptionsbereich im Bereich einer hinteren Seitenwand des Gehäuses ausgebildet sein.
- Bevorzugt ist bei dem Kraftfahrzeug der vorliegenden Erfindung das Gehäuse derart ausgebildet, dass es eine Torsionssteifigkeit und/oder eine Biegesteifigkeit einer Kraftfahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs erhöht.
- Das Gehäuse kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass es die Funktion eines strukturellen Karosseriequerträgers hat, der sich zwischen dem linken äußeren Längsträger und dem rechten äußeren Längsträger der Fahrzeugkarosserie erstreckt. Mit anderen Worten kann das Gehäuse selbst ein Querträger zwischen den äußeren Längsträgern sein.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kraftfahrzeugs der vorliegenden Erfindung ist ein Verbindungsbereich des Gehäuses mit dem linken äußeren Längsträger und dem rechten äußeren Längsträger derart ausgebildet, dass der Verbindungsbereich einen wirksamen Querschnitt des linken äußeren Längsträgers und des rechten äußeren Längsträgers erhöht. Mit anderen Worten trägt das Gehäuse zu einer Funktion des Längsträgers hinsichtlich einer Kollisionsfestigkeit bei. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die linke Seitenwand und die rechte Seitenwand des Gehäuses profiliert und/oder in Form eines Hohlträgers ausgebildet sind.
- Bevorzugt ist bei dem Kraftfahrzeug der vorliegenden Erfindung das Gehäuse derart ausgebildet, dass bei einer Seitenkollision der Energieabsorptionsbereich zum Abbau einer Kollisionsenergie verformbar ist. Andererseits ist der Speicherzellenschutzbereich zum Schutz der Speicherzellen im Falle der Kollision nicht verformbar ausgebildet. Dies kann bei jeglicher Art von Kollision des Kraftfahrzeugs gelten, einer Seitenkollision, einer Frontalkollision oder einer Heckkollision, was eine Frontalkollision mit geringer Überlappung mit einschließt.
- Die vorstehend beschriebenen Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich miteinander geeignet kombiniert werden.
- Kurzbeschreibung der Figuren:
-
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Speicherzellenbaueinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entlang einer Fahrzeugquer- und Hochachse. -
2 ist eine schematische Draufsicht auf eine Speicherzellenbaueinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. - Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
- In
1 ist eine Speicherzellenbaueinheit1 , die in einer Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs eingebaut ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer Schnittansicht in Fahrzeugquerrichtung und -hochrichtung gezeigt. Die Speicherzellenbaueinheit1 hat insbesondere ein gegenüber Umwelteinflüssen dichtes Gehäuse3 , das eine linke Seitenwand31 , eine rechte Seitenwand32 , eine vordere Seitenwand33 (siehe2 ), eine hintere Seitenwand34 (siehe2 ), eine Bodenwand35 und eine obere Wand36 aufweist. In dem Gehäuse3 sind Speicherzellen5 angeordnet. Insbesondere sind die Speicherzellen5 in Speicherzellenbaugruppen bzw. Modulen angeordnet. Es sind mehrere Speicherzellenmodule in dem Gehäuse3 untergebracht. - Wie in
1 und in2 gezeigt ist, ist ein Energieabsorptionsbereich7 nahe der Seitenwände31 ,32 ,33 ,34 ausgebildet. In einem mittleren oder zentralen Bereich (bezogen auf die Fahrzeuglängs- und querrichtung) des Gehäuses, wie insbesondere aus2 ersichtlich ist, ist ein Speicherzellenschutzbereich9 (innerhalb der gestrichelten Linie in2 ) ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Speicherzellen9 beabstandet zu den Seitenwänden31 ,32 ,33 ,34 ausgebildet. Wie ferner in2 gezeigt ist, weist das Gehäuse3 Zwischenwände38 auf, die parallel zu der vorderen Seitenwand33 bzw. der hinteren Seitenwand34 verlaufen und die Bodenwand35 und die obere Wand36 miteinander verbinden. Ferner ist eine Längszwischenwand37 gezeigt, die zwischen der vorderen Seitenwand33 und der hinteren Seitenwand34 bzw. der oberen Wand36 und der Bodenwand35 verläuft. Die Zwischenwände37 ,38 haben eine Funktion zum Versteifen des Gehäuses3 . Die Anzahl, Anordnung und Ausrichtung der Zwischenwände kann je nach Anforderung verändert werden. - Ferner ist/sind in dem Speicherzellenschutzbereich
9 eine oder mehrere Speicherzellensteuereinrichtungen untergebracht, die zur Steuerung der Speicherzellen5 dienen. - Der Energieabsorptionsbereich
7 ist insbesondere in einen linken Energieabsorptionsbereich71 , einen rechten Energieabsorptionsbereich72 , einen vorderen Energieabsorptionsbereich73 und einen hinteren Energieabsorptionsbereich74 unterteilt, wobei die Energieabsorptionsbereiche jeweils zwischen der benachbarten äußeren Seitenwand und dem Speicherzellenschutzbereich9 ausgebildet ist. - Wie in
1 gezeigt ist, ist das Gehäuse3 mit einem linken Seitenschweller11 und einem rechten Seitenschweller12 verbunden. Insbesondere steht die linke Seitenwand31 mit dem Seitenschweller11 in Verbindung und die rechte Seitenwand32 mit dem Seitenschweller12 in Verbindung. Die Seitenwände31 ,32 ,33 ,34 sind, wie schematisch angedeutet, bevorzugt doppelwandig ausgeführt. Die Seitenschweller11 und12 sind ferner durch ein Bodenblech13 der Fahrzeugkarosserie miteinander verbunden. - Ferner ist die vordere Seitenwand
33 direkt oder indirekt mit einem vorderen Längsträgerpaar13 ,14 verbunden und ist die hintere Wand34 mit einem hinteren Längsträgerpaar15 ,16 direkt oder indirekt verbunden. - Das Gehäuse
3 ist insgesamt derart ausgebildet, das es wie ein Querträger zwischen den Längsträgern11 und12 fungiert. Insbesondere hat es eine die Fahrzeugkarosserie insgesamt versteifende Wirkung. Es erhöht eine Torsionssteifigkeit sowie eine Biegesteifigkeit der Fahrzeugkarosserie. Ferner kann durch die Einbindung der Seitenwände31 und32 in die Längsträger11 und12 deren Querschnitt sogar geringer ausgeführt werden, da das Gehäuse3 bzw. die Seitenwände als. Ergänzung der seitlichen Längsträger11 ,12 dient. - Die Deformationsbereiche
71 ,72 ,73 ,74 sind derart ausgebildet, dass sie im Fall einer Seitenkollision, einer Frontalkollision oder einer Heckkollision Kollisionsenergie durch Verformung abbauen können. Insbesondere sind die entsprechenden Seitenwände31 ,32 ,33 ,34 verformbar ausgebildet. Ferner sind die jeweiligen Abschnitte der Bodenwand35 und der oberen Wand36 des Gehäuses3 , die in dem Energieabsorptionsbereich7 liegen, verformbar, beispielsweise faltbar, ausgebildet. Dahingegen sind die Bodenwand35 sowie die obere Wand36 im Bereich des Speicherzellenschutzbereiches9 nicht verformbar ausgebildet. D. h. im Falle der beschriebenen Kollisionen ist die Bodenwand35 sowie die obere Wand36 im Bereich der Speicherzellenschutzbereiches9 hinreichend steif ausgebildet, so dass es sich bei den entsprechenden Kollisionen nicht verformt und die Speicherzellen5 geschützt bleiben. Unterstützend können hier die Zwischenwände38 und37 wirken. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2244318 A2 [0002]
- DE 102010033806 A1 [0003]
Claims (12)
- Speicherzellenbaueinheit (
1 ) für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb, die ein Gehäuse (3 ) aufweist, in dem Speicherzellen (5 ) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (3 ) einen Energieabsorptionsbereich (7 ,71 ,72 ,73 ,74 ) aufweist, der im Falle einer Kollision zur Energieabsorption verformbar ausgebildet ist. - Speicherzellenbaueinheit nach Patentanspruch 1, wobei der Energieabsorptionsbereich (
7 ,71 ,72 ,73 ,74 ) in einem Bereich des Gehäuses (3 ) ausgebildet ist, in dem keine Speicherzellen (5 ) angeordnet sind, und wobei der Energieabsorptionsbereich (7 ,71 ,72 ,73 ,74 ) insbesondere an äußeren Randbereichen des Gehäuses (3 ) ausgebildet ist. - Speicherzellenbaueinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse ferner einen Speicherzellenschutzbereich (
9 ) aufweist, in dem die Speicherzellen (5 ) angeordnet sind und der im Falle der Kollision nicht verformbar ausgebildet ist. - Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (
3 ) gegenüber äußeren Umwelteinflüssen geschützt, insbesondere feststoffdicht und/oder flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht, ausgeführt ist. - Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei in dem Gehäuse (
3 ) zusätzlich eine elektrische Steuereinrichtung, insbesondere eine Speicherzellensteuereinrichtung, untergebracht ist, die insbesondere nicht in dem Energieabsorptionsbereich (7 ,71 ,72 ,73 ,74 ) angeordnet ist. - Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei das Gehäuse (
3 ) aus Stahl, Aluminium und/oder einem faserverstärktem Kunststoff besteht. - Kraftfahrzeug mit einer Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuse (
3 ) an einem linken, äußeren Längsträger (11 ) und an einem rechten, äußeren Längsträger (12 ) angebunden ist, und wobei insbesondere ein linker Energieabsorptionsbereich (71 ) benachbart zu dem linken, äußeren Längsträger (11 ) und ein rechter Energieabsorptionsbereich (72 ) benachbart zu dem rechten, äußeren Längsträger (12 ) ausgebildet ist. - Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 7, wobei das Gehäuse (
3 ) direkt oder indirekt an einem vordere Längsträgerpaar (13 ,14 ) angebunden ist und/oder das Gehäuse (3 ) direkt oder indirekt an einem hinteren Längsträgerpaar (15 ,16 ) angebunden ist, wobei insbesondere ein vorderer Energieabsorptionsbereich (73 ) benachbart zu dem vorderen Längsträgerpaar (13 ,14 ) und/oder ein hinterer Energieabsorptionsbereich (74 ) benachbart zu dem hinteren Längsträgerpaar (15 ,16 ) ausgebildet ist. - Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei das Gehäuse (
3 ) derart ausgebildet ist, dass es eine Torsionssteifigkeit und/oder eine Biegesteifigkeit einer Kraftfahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs erhöht. - Kraftfahrzeug nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, wobei das Gehäuse (
3 ) derart ausgebildet ist, dass es die Funktion eines strukturellen Karosseriequerträgers hat, der sich zwischen dem linken, äußeren Längsträger (11 ) und dem rechten, äußeren Längsträger (12 ) der Fahrzeugkarosserie erstreckt. - Kraftfahrzeug nach einem der Patentansprüche 7 bis 10, wobei ein Verbindungsbereich des Gehäuses (
3 ) mit dem linken, äußeren Längsträger (11 ) und dem rechten, äußeren Längsträger (12 ) derart ausgebildet ist, dass der Verbindungsbereich einen wirksamen Querschnitt des linken, äußeren Längsträgers (11 ) und des rechten, äußeren Längsträgers (12 ) erhöht. - Kraftfahrzeug nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, wobei das Gehäuse (
3 ) derart ausgebildet ist, dass bei einer Seitenkollision und/oder einer Frontalkollision und/oder einer Heckkollision der Energieabsorptionsbereich (7 ,71 ,72 ,73 ,74 ) des Gehäuses verformbar ist und insbesondere der Speicherzellenschutzbereich (9 ) zum Schutz der Speicherzellen (5 ) nicht verformbar ist.
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