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Die Erfindung betrifft eine Unterdruckspannvorrichtung oder -greifvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Spann- oder -Greifvorrichtungen dienen insbesondere zum Fixieren oder Anheben von flächigen Gegenständen bei deren Bearbeitung, beispielsweise von lagestabilen Flachmaterialien wie Platten, flachen Kunststoffteilen oder Scheiben.
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Besondere Anforderungen stellen sich bei der Handhabung von Werkstücken mit sehr glatten und/oder empfindlichen Oberflächen, beispielsweise Sichtscheiben oder Abdeckscheiben für Displays. Hierbei soll ein Verrutschen beim Ansaugen und bei der darauf folgenden Bearbeitung des gehaltenen Werkstückes, sowie Beschädigungen beim Ansaugvorgang vermieden werden.
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Grundsätzlich ist es bekannt, an der Ansaugfläche einen Schaumstoffbelag anzuordnen. Eine entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise in der
DE 10 2006 050 970 A1 beschrieben. Derartige Schaumstoffbeläge dienen insbesondere dazu, Beschädigungen der angesaugten Werkstücke zu vermeiden, insbesondere ein hartes Anstoßen an der Ansaugfläche zu unterdrücken. Ferner sollen sich die Schaumstoffbeläge an die oftmals unebene Oberflächenkontur eines angesaugten Werkstückes anschmiegen und die Unebenheiten zur Erzielung einer gleichmäßigen Haftkraft ausgleichen. Die verwendeten Schaumstoffe haben meist eine Porenstruktur mit komprimierbaren Mikrokammern. Derartige Schäume können beim Ansaugen des Werkstücks zusammengedrückt werden, wobei es zu einer ungewollten lateralen Verschiebung des Werkstückes an der Ansaugfläche kommen kann, z.B. wenn unterschiedliche Bereich des Schaumstoffbelages unterschiedlich stark komprimiert werden. Außerdem können mit Schaumstoffmaterialien oftmals keine ausreichenden Reibungskräfte gegen ein laterales Verrutschen übertragen werden. Das angesaugte Werkstück ist an dem Schaumstoffbelages schließlich nicht steif fixiert, sondern es kann bei der Bearbeitung des an der Ansaugfläche angesaugten Werkstückes z.B. mit einer Fräsmaschine zu lateralen Schwingungen des Werkstückes kommen. Selbst dann, wenn das Werkstück an dem Schaumstoffbelag anhaftet, so kann dieser aufgrund der Bearbeitung des Werkstückes Scherbewegungen ausführen, welche zu einer Relativbewegung des Werkstückes zur Ansaugfläche führt. Bei einem Fräsvorgang kann dies zu Ungenauigkeiten in der gefrästen Kontur führen.
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Eine andere Ausgestaltung ist aus der
EP 1 258 319 A2 bekannt. Diese beschreibt einen Saugspanner, welcher an seiner Oberseite einen Saugraum aufweist, der zum Ansaugen eines Werkstückes an diesem anliegt. Die Auflage des Werkstücks auf dem Saugspanner erfolgt über gummierte Auflagen. Diese sind derart ausgestaltet, dass beim Unterdruckaufbau in dem Saugraum ein räumliches Zusammenfallen des Saugraumes verhindert wird. Hierbei findet ein entsprechend hartes Gummielastomer Verwendung, um ausreichend Widerstand gegen ein Zusammenfallen des Saugraumes zu bieten. Derartige Elastomere übertragen jedoch unter Umständen keine ausreichende Reibungskraft, so dass sich das Werkstück beim Ansaugvorgang lateral verschieben kann. Umlaufend ist der Saugraum außerdem mit einer Lippendichtung abgedichtet, die sich ebenfalls an die Unterseite des Werkstücks anlegt. Aufgrund der Lippenstruktur ist auch hier ein laterales Verrutschen des Werkstückes möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Unterdruckspannvorrichtung oder -greifvorrichtung der genannten Art ein laterales Verrutschen des Werkstücks beim Ansaugvorgang weitgehend zu unterdrücken und außerdem bei der Bearbeitung des gehaltenen Werkstückes unerwünschte laterale Schwingungen oder Bewegungen zu vermeiden. Insbesondere sollen auch Werkstücke mit sehr glatten Oberflächen lagestabil aufgenommen und gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Unterdruckspannvorrichtung oder -greifvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung hat eine Ansaugfläche, an welche ein zu haltendes – also zu spannendes oder zu greifendes – Werkstück ansaugbar ist und welche wenigstens einen oder mehrere Anlagebereiche aufweist, die an das gehaltene Werkstück anliegen. Dabei ist vorgesehen, dass der Anlagebereich zur Fixierung des gehaltenen Werkstückes gegen laterales Verrutschen mit einem Elastomer beschichtet ist.
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Insofern werden keine dicken Schaumstoffbeläge oder Reibbeläge verwendet, um die lateral stabilisierenden Reibkräfte zu übertragen. Vielmehr weist der Anlagebereich einen von der Beschichtung gebildeten, dünnen Reibbelag zur Fixierung des gehaltenen Werkstückes gegen laterales Verrutschen auf der Ansaugfläche auf.
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Bei Verwendung einer geeigneten Elastomerbeschichtung kann bereits beim ersten Kontakt mit dem Werkstück während des Ansaugvorgangs eine hohe Reibungskraft gegen laterales Verrutschen übertragen werden. Ein Elastomer kann dabei auch auf sehr glatte Oberflächen wie Glas oder polierte Kunststoffe hohe Reibungskräfte übertragen. Aufgrund der dünnen Ausgestaltung der Beschichtung ist dann die Bewegungsfreiheit der anhaftenden Werkstücke stark eingeschränkt. Das eingangs erläuterte Problem durch Scherbewegung eines an der Ansaugfläche angeordneten Schaumstoffbelages existiert nicht. Auch können unerwünschte laterale Schwingungen oder Verschiebungen beispielsweise während der Bearbeitung des Werkstückes wirksam unterdrückt werden.
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Die genannte Vorrichtung kann z. B. ein Gehäuse aufweisen, in welchem eine mit Unterdruck beaufschlagbare Unterdruckkammer oder ein Unterdruckversorgungssystem vorgesehen ist. Eine Außenfläche dieses Gehäuses kann beispielsweise die Ansaugfläche bilden. Die Ansaugfläche weist grundsätzlich insbesondere wenigstens eine Saugöffnung auf. Die Saugöffnung kann mit der Unterdruckkammer im Inneren des Gehäuses oder mit dem Unterdruckversorgungssystem verbunden sein.
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Grundsätzlich ist die Beschichtung mit dem Elastomer sehr dünn. Die Dicke kann z.B. einen kleinen Bruchteil der lateralen Ausdehnung des jeweils beschichteten Anlagebereiches betragen, insbesondere zehn- bis eintausendfach kleiner sein als die laterale Ausdehnung des jeweils beschichteten Anlagebereiches.
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Als geeignetes Elastomer können beispielsweise Verwendung finden: Gummi, Polyurethan (PU), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Naturkautschuk (NK), Chloropren (CR) o.ä..
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Die Beschichtung ist vorzugsweise als dünner Elastomerfilm ausgebildet, insbesondere mit einer Dicke von 0,3 mm oder weniger, vorzugsweise 0,2 mm oder dünner. Es kann ein weiches Elastomer verwendet werden, beispielsweise mit einer Shore-Härte von 60 ShoreA, oder insbesondere 50 ShoreA (wobei die Shore-Härte beispielsweise gemäß den Normen DIN EN ISO 868 oder DIN ISO 7619-1 bestimmbar ist). Denkbar ist, bei geringerer Dicke ein Elastomer mit geringerer Shore-Härte zu verwenden, beispielsweise bei einer Dicke von 0,2 mm oder weniger ein Elastomer mit 50 ShoreA, oder bei einer Dicke zwischen 0,2 mm und 0,3 mm ein Elastomer mit 60 ShoreA. Es hat sich herausgestellt, dass die mit der Beschichtung übertragbare laterale Reibungskraft für weichere Elastomere tendenziell steigt und die Stabilität gegen laterale Bewegungen oder Schwingungen für dünnere Beschichtungen steigt.
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Grundsätzlich kann die Ansaugfläche metallisch ausgebildet sein oder aus einem geeigneten Hartkunststoff ausgebildet sein. Auf die Ansaugfläche ist die Beschichtung insbesondere unmittelbar aufgebracht. Beispielsweise kann zur Beschichtung das Elastomer auf die Ansaugfläche aufvulkanisiert sein. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Herstellung, wie sie mit anderen Belagarten, beispielsweise Schaumstoffbelägen, nicht ohne weiteres möglich ist.
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Vorzugsweise weist die Ansaugfläche mehrere unverbundene Anlagenbereiche auf, d. h. in der Fläche der Ansaugfläche betrachtet sind die Anlagebereiche nicht zusammenhängend. Insofern ist insbesondere vorgesehen, dass die Anlagebereiche die Ansaugfläche nur teilweise überdecken. Bei der Verwendung von dicken Reibbelägen könnte eine solche Ausgestaltung zu dem Problem führen, dass das angesaugte Werkstück aufgrund der Dicke des Reibbelages in einem Abstand zur Ansaugfläche gehalten wird und dadurch Leckage zwischen den unverbundenen Bereichen der Anlagebereiche entsteht. Dies kann die Ansaugkraft verringern. Aufgrund der dünnen Ausgestaltung der Elastomerbeschichtung kann dieses Problem vorliegend vermieden werden. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass die Anlagebereiche netzartig zusammenhängen oder die Ansaugfläche im Wesentlichen vollständig bedecken.
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Zur weiteren Ausgestaltung kann die Ansaugfläche mehrere Saugöffnungen aufweisen, durch welche zum Halten des Werkstückes Luft bzw. Medium einsaugbar ist. Zwischen verschiedenen Saugöffnungen sind insbesondere ein Anlagebereich oder mehrere Anlagebereiche angeordnet.
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Die Anlagebereiche sind insbesondere über die Ansaugfläche erhaben ausgestaltet, so dass eine zuverlässige Kraftübertragung auf das Werkstück ermöglicht wird.
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Die angesprochenen Saugöffnungen liegen vorzugsweise in vertieften Bereichen der Saugfläche.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: eine erfindungsgemäße Unterdruckspannvorrichtung;
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2: Ansicht auf die Ansaugfläche einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 und 4: perspektivische Ansichten auf die Ansaugfläche einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5: Ansicht auf die Ansaugfläche einer wiederum weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 und 7: perspektivische Ansichten auf die Ansaugfläche einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt beispielhaft eine Unterdruckspannvorrichtung 10, die auf einem Maschinentisch 12 einer nicht näher dargestellten Bearbeitungsanlage angeordnet ist. Die Unterdruckspannvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 14 mit einem (nicht näher dargestellten) im Gehäuse 14 angeordneten Unterdruckversorgungssystem, beispielsweise eine Unterdruckkammer, auf. Das Gehäuse 14 weist eine Oberseite auf, welche eine im dargestellten Beispiel als Spannfläche ausgebildete Ansaugfläche 16 der Unterdruckspannvorrichtung 10 bildet. Die Ansaugfläche 16 weist Saugöffnungen 28 auf (vgl. z.B. 2, 3), durch welche mittels des Unterdruckversorgungssystems Luft einsaugbar ist und so ein Werkstück an die Ansaugfläche 16 ansaugbar ist.
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Die Ansaugfläche weist eine Mehrzahl von erhabenen Bereichen 18 auf, welche Anlagebereiche 20 bereitstellen, die im Betrieb der Vorrichtung an einem angesaugten Werkstück anliegen und mit diesem in Kontakt sind.
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Zur weiteren Ausgestaltung kann grundsätzlich an der Ansaugfläche 16 eine umlaufende Dichtlippe vorgesehen sein (dann in 1 mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet), mittels welcher bei einem angesaugten Werkstück eine Leckage verringert werden kann und so die Haftkraft erhöht werden kann. Ein Kontaktabschnitt der Dichtlippe 22, mit welchem sie an dem Werkstück anliegt, ist vorzugsweise in einer Ebene mit den Anlagebereichen angeordnet, so dass ungewollte Scherbewegungen beim Ansaugen vermieden werden können.
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Eine grundsätzliche Ausgestaltungsmöglichkeit besteht bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung darin, dass an der Ansaugfläche 16 ein umlaufender Dichtgrat oder eine umlaufende Dichtleiste vorgesehen ist (dann z.B. mit Bezugszeichen 22 bezeichnet, vgl. 1). Der Dichtgrat 22 bzw. die Dichtleiste 22 ist dann insbesondere derart erhaben, dass er bei gehaltenem Werkstück an dieses anliegt. Insbesondere überragt der Dichtgrat 22 bzw. die Dichtleiste die Anlagebereiche 20 nicht und liegt vorzugsweise mit den Anlagebereichen 20 in einer Ebene. Vorzugsweise umläuft der Dichtgrat 22 bzw. die Dichtleiste 22 wenigstens eine Saugöffnung der Ansaugfläche 16, durch welche zum Ansaugen eines Werkstücks Luft ansaugbar ist (siehe unten)
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Die Anlagebereiche 20 weisen eine dünne Beschichtung 24 mit einem Elastomer, beispielsweise Gummi, auf. Die Dicke der Beschichtung 24 ist insbesondere um ein Vielfaches kleiner als die übrigen Abmessungen der Unterdruckspannvorrichtung gewählt. Die Beschichtung 24 ist vorzugsweise auf die Anlagebereiche 20 der Ansaugfläche 16 aufvulkanisiert. Die Beschichtung 24 kann die erhabenen Bereiche 18 vollständig überdecken, was jedoch nicht zwingend ist. Ist ein umlaufender Dichtgrat 22 bzw. eine umlaufende Dichtleiste 22 wie vorstehend beschrieben vorgesehen, so kann der Dichtgrat 22 bzw. die Dichtleiste 22 grundsätzlich ebenfalls eine Beschichtung 24 mit einem Elastomer in der beschriebenen Art aufweisen.
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Die Ausgestaltung der Vorrichtung 10 als Spannvorrichtung ist grundsätzlich nicht zwingend. Vielmehr kann die Vorrichtung 10 auch eine Greifvorrichtung sein, wobei die Ansaugfläche 16 eine Greiffläche bildet.
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Verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Beschichtung 24 der Anlagebereiche 20 und für die Ansaugfläche 16 werden im Folgenden anhand der 2 bis 7 näher erläutert.
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In der 2 weist die Ansaugfläche 16 eine Mehrzahl von erhabenen Bereichen 18 auf. Auf jedem erhabenen Bereich 18 sind eine Mehrzahl von Anlagebereichen 20 gruppiert angeordnet, wobei die Anlagebereiche 20 jeweils eine Beschichtung 24 mit einem dünnen Elastomer aufweisen. Zwischen den erhabenen Bereichen 18 erstrecken sich in der Ansaugfläche 16 vertiefte Bereiche 26, die im dargestellten Beispiel als randoffene Kanäle in der Ansaugfläche 16 ausgebildet sind. In den vertieften Bereichen 26 sind vorzugsweise Saugöffnungen 28 vorgesehen, durch welche zum Ansaugen eines Werkstücks Luft ansaugbar ist. In der 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Saugöffnung 28 skizziert. Selbstverständlich ist denkbar, dass eine Vielzahl von Saugöffnungen 28 insbesondere in den vertieften Bereichen 26 vorgesehen ist. Die im dargestellten Beispiel kanalartige Ausgestaltung der vertieften Bereiche 26 führt dazu, dass die vertieften Bereiche 26 als Saugkanäle wirken, die sich netzartig in der Ansaugfläche 16 erstrecken und so eine gleichmäßige Ansaugkraft an die Ansaugfläche 16 bereitstellen.
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Bei der in den 3 und 4 gezeigten Ausgestaltung der Ansaugfläche 16 ist wiederum eine Vielzahl von erhabenen Bereichen 18 vorgesehen, wobei im dargestellten Beispiel jeweils der gesamte erhabene Bereich 18 mit einem dünnen Elastomer beschichtet ist (Beschichtung 24) und die erhabenen Bereiche 18 somit insgesamt die Anlagebereiche 20 bilden. Die Anlagebereiche 20 können beispielsweise schachbrettartig angeordnet sein. Zwischen den erhabenen Bereichen 18 können sich kanalartig vertiefte Bereiche 26 erstrecken. In den vertieften Bereichen 26 ist eine Saugöffnung 28 angedeutet.
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In den Beispielen gemäß 1 bis 4 sind die Anlagebereiche 20 geometrisch nicht zusammenhängend, d. h. unverbunden. Die 5 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung, bei welcher die Ansaugfläche 16 einen geometrisch zusammenhängenden Anlagebereich 20 aufweist, der mit einem dünnen Elastomer beschichtet ist (Beschichtung 24). Der Anlagebereich bzw. die Beschichtung 24 ist netzartig und weist eine Mehrzahl von ausgesparten Bereichen auf, in welchen vertiefte Bereichen 26 der Ansaugfläche 16 liegen. Die vertieften Bereiche 26 sind im dargestellten Beispiel geometrisch nicht zusammenhängend, sondern durch den Anlagebereich 20 voneinander isoliert. In den vertieften Bereichen 26 können jeweils Saugöffnungen 28 vorgesehen sein. Insofern ist eine Ausgestaltung mit einer Vielzahl von Saugöffnungen 28 gezeigt, was eine gleichmäßig über die Ansaugfläche 16 verteilte Haltekraft ermöglicht. Wie im Beispiel der 5 angedeutet, können die vertieften Bereiche 26 als konische Ausnehmungen ausgestaltet sein, beispielsweise mit im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, und matrixartig mit einem regelmäßigen Muster an der Ansaugfläche 16 positioniert sein.
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Die 6 und 7 zeigen eine Ausgestaltung der Ansaugfläche 16, welche eine Mehrzahl von kreispodestartig ausgebildeten erhabenen Bereichen 18 aufweist. Insofern bildet der zwischen den erhabenen Bereichen 18 vorliegende Teil der Ansaugfläche 16 einen vertieften Bereich 26, in welchem wiederum Ansaugöffnungen vorgesehen sein können. Der erhabene Bereich 18 ist nicht vollständig mit Elastomer beschichtet, d. h. die Beschichtung 24 bedeckt den erhabenen Bereich 18 nicht vollständig. Vielmehr verläuft in der Beschichtung 24 ein nutartiger Spalt 30, der im dargestellten Beispiel die kreispodestartigen erhabenen Bereiche 18 entlang eines Durchmessers durchsetzt. Der mit der Beschichtung 24 versehene Teil des erhabenen Bereichs 18 bildet wiederum den Anlagebereich 20 der Ansaugfläche 16. Der Spalt 30 kann beispielsweise als Saugkanal wirken und bei an dem Anlagebereich 20 anliegendem Werkstück mit dem vertieften Bereich 26 der Ansaugfläche 16 strömungsverbunden sein. Hierzu ist der Spalte 30 vorzugsweise randoffen zu dem vertieften Bereich 26 hin. Die Ansaugfläche 16 weist im dargestellten Beispiel außerdem einen die erhabenen Bereiche 18 umlaufenden Grat 18' auf, welcher in diesem Sinne ebenfalls einen erhabenen Bereich bildet. Auch der Grat 18' ist vorzugsweise mit einer dünnen Beschichtung 24 aus Elastomer versehen. Ist die Ansaugfläche 16 von einem flächigen Werkstück vollständig überdeckt, so liegt der umlaufende Grat 18' mit seiner Beschichtung 24 an dem Werkstück an und dichtet den vertieften Bereich 26 nach außen hin ab. So kann ein lagesicheres und verrutschsicheres Halten des Werkstückes erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006050970 A1 [0004]
- EP 1258319 A2 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen DIN EN ISO 868 [0013]
- DIN ISO 7619-1 [0013]
