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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Energiespeichers für ein Fahrzeug.
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Es ist hinreichend bekannt, dass sich Energiespeicher als Antrieb für Fahrzeuge, insbesondere für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, nutzen lassen.
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Typischerweise müssen die in das Fahrzeug integrierten Energiespeicher geschützt werden vor hohen Last- bzw. Beschleunigungsspitzen, die beispielsweise in einer Crashsituation auftreten. Der Stand der Technik kennt hier Vorrichtungen, mit denen der gesamte Energiespeicher federnd im Fahrzeug gelagert wird, wie es beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2011 016 081 A1 beschrieben wird.
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In der Regel umfassen die in das Fahrzeug integrierten Energiespeicher ein Gehäuse, in dem eine aus mehreren Energiespeicherzellen bestehende Energiespeicherzellenanordnung eingelassen ist. Auf Grund von Fertigungstoleranzen und durch das Herstellungsverfahren des Gehäuses weisen die Energiespeicher regelmäßig Freiräume auf, die sich zwischen dem Gehäuse und der Energiespeicherzellenanordnung ausbilden. Im Falle einer Überlast, wie sie beispielsweise beim starken Abbremsen, Beschleunigen oder in einer Crashsituation auftritt, kann es durch den Freiraum zu einer Relativbewegung der Energiespeicherzellenanordnung gegenüber dem Gehäuse kommen, die letztendlich zu einer Beschädigung einer oder mehrere Energiespeicherzellen des Energiespeichers und/oder zu einer Deformation des Gehäuses führen kann. Diese unerwünschte Relativbewegung innerhalb des Energiespeichers lässt sich auch mit den Maßnahmen aus dem Stand der Technik nicht vollständig ausschließen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energiespeicher zur Verfügung zu stellen, bei dem Beschädigungen an der Energiespeicherzellenanordnung bzw. den einzelnen Energiespeicherzellen auch bei hohen Last- bzw. Beschleunigungsspitzen, beispielsweise in der Crashsituation, vermieden werden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch einen Energiespeicher für ein Fahrzeug, wobei der Energiespeicher eine Energiespeicherzellenanordnung und ein Gehäuse umfasst, wobei zwischen dem Gehäuse und der Energiespeicherzellenanordnung eine Ausgleichsvorrichtung angeordnet ist.
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Gegenüber dem Stand der Technik lässt sich durch die Ausgleichsvorrichtung eine Relativbewegung der Energiespeicherzellenanordnung gegenüber dem Gehäuse unterdrücken bzw. dämpfen, wodurch die Gefahr einer Beschädigung bei auftretenden Last- oder Beschleunigungsspitzen, insbesondere in einer Crashsituation, vermieden werden kann.
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Vorzugsweise ist die Energiespeicherzellenanordnung zumindest teilweise vom Gehäuse ummantelt. Insbesondere ist die Ausgleichsvorrichtung in einem Freiraum des Energiespeichers, der beispielsweise durch ein Herstellungsverfahren des Gehäuses verursacht wird, eingelassen, wobei der Freiraum zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und dem Gehäuse angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Ausgleichsvorrichtung derart mäanderförmig ausgestaltet bzw. strukturiert, dass sie an einem oder an mehreren Kontaktpunkten mittelbar oder unmittelbar an der Energiespeicherzellenanordnung und/oder an dem Gehäuse anliegt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Ausgleichvorrichtung bauraumfüllend in dem Freiraum zwischen Gehäuse und Energiespeicherzellenanordnung angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung nachträglich eingesetzt ist. Dadurch lässt sich der Energiespeicher optimal an sein späteres Einsatzfeld anpassen. Beispielsweise wird die Ausgleichsvorrichtung an einer Seite des Gehäuses angebracht, die im Falle einer Last- oder Beschleunigungsspitze besonders stark belastet wird. Vorzugsweise ist die Ausgleichsvorrichtung derart im Freiraum angeordnet, dass eine dämpfende Wirkung der Ausgleichsvorrichtung im Wesentlichen parallel zu einer durch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorgegebenen Richtung gerichtet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und dem Gehäuse zusätzlich zur Ausgleichsvorrichtung ein Deformationselement angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Deformationselement zur Kontrolle der Lastverteilung zwischen dem Gehäuse, insbesondere der Gehäusewand, und der Energiespeicherzellenanordnung vorgesehen, wodurch sich eine lokale Gehäuseüberlastung vermeiden lässt. Weiterhin lassen sich durch das Deformationselement am Gehäuse lokale und globale Deformationen, insbesondere in der Crashsituation, reduzieren. Diese reduzierte Anfälligkeit des Gehäuses zur Deformation steigert schließlich auch die Robustheit des Energiespeichers. Insbesondere wird die Energiespeicherzellenanordnung bei einer Überlast durch das Deformationselement elektrisch isoliert vom Gehäuse. Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, durch das Deformationselement eine eventuelle Verknüpfung, beispielsweise in Form einer Verschraubung, zwischen dem Gehäuse und der Energiespeicherzellenanordnung bei einer Überlast zu entlasten. Vorzugsweise ist das Deformationselement zumindest teilweise aus Kunststoff, Gummi, Bondal oder Organo gefertigt. Weiterhin ist es denkbar, dass das Deformationselement ebenfalls nachträglich in den Energiespeicher eingeführt wird. Es ist aber auch vorstellbar, dass das Deformationselement integraler Bestandteil der Energiespeicherzellenanordnung ist, wobei das Deformationselement die Energiespeicherzellen zumindest teilweise ummantelt bzw. umhüllt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung flächig an einer Innenwandung des Gehäuses, an der Energiespeicherzellenanordnung und/oder an dem Deformationselement anliegt. Denkbar ist auch, dass die Ausgleichsvorrichtung zur einen Seite hin, beispielsweis zum Gehäuse hin, flächig anliegt und zur anderen Seite, beispielsweise zur Energiespeicherzellenanordnung hin, über einen oder mehreren Kontaktpunkte an der Energiespeicherzellenanordnung anliegt. Es ist aber auch denkbar, dass die Ausgleichsvorrichtung sowohl an der Gehäusewand als auch an der Elektrodenanordnung an mehreren, vorzugsweise versetzt zueinander angeordneten, Kontaktpunkten anliegt. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass sich die eingesetzte Ausgleichsvorrichtung im Wesentlichen entlang einer gesamten Seitenfläche der Energiespeicherzellenanordnung erstreckt. Dadurch wird die positive Wirkung der Ausgleichsvorrichtung gleichmäßig auf die Energiespeicherzellenanordnung verteilt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung rutschfest zwischen Gehäuse und Elektrodenanordnung angeordnet ist. Vorzugsweise wird die Ausgleichsvorrichtung zwischen dem Gehäuse und der Energiespeicherzellenanordnung verklemmt bzw. verspannt. Dadurch lässt sich die Fixierung der Energiespeicherzellenanordnung relativ zum Gehäuse weiter verbessern.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung elastisch verformbar ist. Vorzugsweise ist die Ausgleichsvorrichtung ein Federelement. Dadurch lässt sich die Ausgleichsvorrichtung weitgehend unabhängig von Schwankungen in der Dimensionierung des Freiraums, beispielsweise im Falle einer variierenden Spaltbreite des Freiraums entlang seiner Erstreckung, in den Freiraum einpressen. Vorzugsweise ist die Ausdehnung der Ausgleichsvorrichtung entlang der Richtung, entlang der eine Rückstellkraft der elastisch verformbaren Ausgleichsvorrichtung wirkt, größer als die größte Spaltbreite des Freiraums.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung an dem Gehäuse, der Elektrodenanordnung und/oder dem Deformationselement fixiert ist. Vorzugsweise ist die Ausgleichsvorrichtung mit dem Gehäuse, der Elektrodenanordnung und/oder dem Deformationselement reib- und/oder kraftschlüssig verbunden. Bevorzugt ist die Ausgleichsvorrichtung mit dem elektrisch isolierenden Deformationselement verbunden, wodurch die bevorzugt zumindest teilweise aus einem Metall gefertigte Ausgleichsvorrichtung in vorteilhafter Weise von der Energiespeicherzellenanordnung elektrisch isoliert wird. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Energiespeicherzellenanordnung ein elektrisch isolierendes Rahmengerüst, in dem die Energiespeicherzellen angeordnet sind, aufweist und die Ausgleichsvorrichtung an diesem Rahmengerüst befestigt ist. Durch die vorzugsweise starre Verbindung der Ausgleichsvorrichtung mit einem Bauteil des Energiespeichers lässt sich in vorteilhafter Weise vermeiden, dass die Ausgleichsvorrichtung verrutscht und dadurch ihre positive Wirkung in der Crashsituation eventuell verliert.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung ein metallisches Federelement umfasst. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise eine besonders belastbare und langlebige Ausgleichsvorrichtung in den Energiespeicher integrieren.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung entlang einer durch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorgegebenen Richtung zwischen dem Gehäuse und der Elektrodenanordnung angeordnet ist. Vorzugsweise wird die Ausgleichsvorrichtung also an einer der Stirnseiten des im Fahrzeug angeordneten Energiespeichers angeordnet. Es ist dabei vorstellbar, dass die Ausgleichsvorrichtung bevorzugt an den Stellen im Energiespeicher angeordnet wird, die bei einer Last- oder Beschleunigungsspitze, insbesondere in der Crashsituation, am meisten beansprucht bzw. belastet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung zumindest teilweise moduliert ausgestaltet ist. Vorzugsweise erstreckt sich eine Modulationsamplitude der Ausgleichsvorrichtung im Wesentlichen entlang einer Richtung, die parallel zur Rückstellkraft der elastisch verformbaren Ausgleichsvorrichtung und/oder parallel zur Fahrrichtung verläuft.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines Energiespeichers für ein Fahrzeug, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Energiespeicher bereitgestellt wird, wobei eine Energiespeicherzellenanordnung des Energiespeichers zumindest teilweise von einem Gehäuse ummantelt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ausgleichsvorrichtung zwischen dem Gehäuse und der Energiespeicherzelle angeordnet wird.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik lässt sich mit dem Verfahren ein Energiespeicher für dessen Gebrauch in einem Fahrzeug optimieren. Insbesondere wird der Energiespeicher durch die Ausgleichsvorrichtung vor Schäden bei Last- oder Beschleunigungsspitzen geschützt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass in einem dritten Verfahrensschritt ein erfindungsgemäßer Energiespeicher bereitgestellt wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Die 1 zeigt einen Energiespeicher in einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 zeigt einen Energiespeicher in einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 zeigt einen Energiespeicher ohne Ausgleichsvorrichtung.
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Die 4 zeigt einen Energiespeicher in einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 5 zeigt einen Energiespeicher in einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist schematisch ein Energiespeicher 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Energiespeicher 1 um einen solchen, der für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, vorgesehen ist. Es ist dabei weiterhin vorgesehen, dass der Energiespeicher 1 eine Energiespeicherzellenanordnung 2 und ein Gehäuse 5 umfasst. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Energiespeicherzellenanordnung 2 eine Vielzahl Energiespeicherzellen 8 umfasst, die bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet und benachbart zueinander angeordnet sind. Zum Schutz der Energiespeicherzellen 8 ist die Energiespeicherzellenanordnung 2 in einem Gehäuse 5 angeordnet. Weiterhin ist es vorgesehen, dass an der Energiespeicheranordnung 2, vorzugsweise stirnseitig, ein Deformationselement 3 angeordnet ist. Dieses Deformationselement 3 ist zur Funktionssicherung vorgesehen und schützt die Energiespeicherzellenanordnung 2 vor einem direkten Kontakt mit dem Gehäuse 5. Weiterhin ist es vorgesehen, dass zwischen der Energiespeicherzellenanordnung 2 bzw. dem Deformationselement 3 und dem Gehäuse 5 ein Freiraum 6 bzw. Spalt angeordnet ist. Ein solcher Freiraum 6 bzw. Spalt entsteht beispielsweise dadurch, dass die Gehäuse 5 bei ihrer Herstellung Fertigungstoleranzen unterliegen und/oder sich Entformungsschrägen bei einem Guss des Gehäuses 5 bilden. Insbesondere ist der Freiraum 6 zwischen Gehäuse 5 und Energiespeicherzellenanordnung 2 nicht homogen. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Freiraum 6 bzw. Spalt z.B. keilförmig ausgestaltet, d.h. eine Spaltbreite 7 wird entlang einer Erstreckungsrichtung des Freiraums kleiner. Insbesondere ist es vorgesehen, dass zur Stabilisierung der Energiespeicherzellenanordnung 2 innerhalb des Gehäuses 5 zwischen der Energiespeicherzellenanordnung 2 bzw. dem Deformationselement 3 und dem Gehäuse 5 eine Ausgleichsvorrichtung 4 angeordnet ist. Durch die Ausgleichsvorrichtung 4 wird die Energiespeicherzellenanordnung 2 in vorteilhafter Weise vor einem schädigenden Aufprall, insbesondere in einer Crashsituation, auf das Gehäuse bewahrt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass als Ausgleichsvorrichtung 4 ein Federstahl nachträglich, d. h. nach der Anordnung der Energiespeicherzellenanordnung im Gehäuse 5, zwischen dem Gehäuse 5 und der Energiespeicherzellenanordnung 2 angeordnet wird. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 eine Breite aufweist, wobei die Breite größer ist als die Spaltbreite 7 des Spalts zwischen der Energiespeicherzellenanordnung 2 und dem Gehäuse 5. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 in den Spalt zwischen Gehäuse 5 und Energiespeicherzellenanordnung 2 verspannt bzw. eingepresst wird. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise die Energiespeicherzellenanordnung 2 besonders stabil, insbesondere in einer Crashsituation, gegenüber dem Gehäuse 5 fixieren.
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In 2 ist ein Energiespeicher 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Zusätzlich zu den Deformationselementen 3 an den Stirnseiten des Energiespeichers 1, wie es in 1 dargestellt ist, weist der in 2 dargestellte Energiespeicher 1 entlang seiner Längsseite ein Deformationselement 3 auf. Unabhängig von einer Platzierung des Deformationselements 3 ist es vorgesehen, dass das Deformationselement 3 für eine kontrollierte Lastverteilung zwischen dem Gehäuse 5 und der Energiespeicherzellenanordnung 2 sorgt, wodurch in vorteilhafter Weise lokale Gehäuseüberlastungen vermieden werden können. Weiterhin lassen sich durch die Verwendung des Deformationselements 3 globale und lokale Deformationen, beispielsweise in der Crashsituation, reduzieren. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Deformationselement 3 das Gehäuse 5 elektrisch von der Energiespeicherzellenanordnung 2 isoliert. Vorzugsweise ist das Deformationselement 3 zumindest teilweise aus Kunststoff, Gummi, Bondal und/oder Organo gefertigt. Ein weiterer Vorteil des Deformationselements 3 besteht darin, dass es die Robustheit des Gehäuses 5, insbesondere von Gussgehäusen, steigert, indem die Anfälligkeit des Energiespeichers für Deformationen bei einer Überlast reduziert wird. Insbesondere werden Verknüpfungen entlastet, über die die Energiespeicherzellenanordnung 2 beispielsweise mit dem Gehäuse 5 verbunden ist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 aus einem Metall gefertigt ist und beispielsweise zur elektrischen Isolation von einem elektrisch isolierenden Material zumindest teilweise ummantelt ist.
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In 3 ist ein Energiespeicher 1 ohne die Ausgleichsvorrichtung 4 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass, insbesondere entlang einer parallel zur Fahrtrichtung F verlaufenden Richtung, Freiräume 6 zwischen dem Gehäuse 5 und der Energiespeicherzellenanordnung 2 zu finden sind. Die an diesen Stirnseiten des Energiespeichers 1 anzufindenden Freiräume 6 werden vorzugsweise mit der Ausgleichsvorrichtung 4 bestückt, insbesondere gefüllt.
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In 4 ist ein Energiespeicher 1 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die bislang aufgeführten Ausführungsformen dadurch ergänzt werden, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 über eine reib- und/oder kraftschlüssige Verbindung 9 rutschfest gegenüber der Energiespeicherzellenanordnung 2 angeordnet ist. Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 an der Energiespeicherzellenanordnung 2, insbesondere am Deformationselement 3, fixiert ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 über eine Schraubverbindung mit der Energiespeicherzellenanordnung 2 verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 durch die Fixierung zumindest teilweise beabstandet zur Energiespeicherzellenanordnung 2, insbesondere zum Deformationselement 3, angeordnet ist.
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In 5 ist ein Energiespeicher 1 gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsformen lediglich durch die Form der nachträglich in den Freiraum 6 eingeschobenen Ausgleichsvorrichtung 4. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Ausgleichsvorrichtung 4 derart moduliert ausgestaltet ist, dass die eingeschobene Ausgleichsvorrichtung 4 an verschiedenen Kontaktpunkten an dem Deformationselement 3 anliegt. Vorzugsweise sind die Kontaktpunkte gleichmäßig verteilt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011016081 A1 [0003]
