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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen.
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Es ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt Oberflächen von optischen Teilen nacheinander mit Hilfe von Aceton, Isopropanol und anschließender Wasserspülung zu reinigen.
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Als maschinelles Reinigen optischer Oberflächen ist die Behandlung im Ultraschallbecken oder mit Hochdruckstrahl mit wässrigen Medien oder organischen Lösungsmitteln in der Optikindustrie und in der Halbleiterindustrie bekannt. Auch die Verwendung von Walzen/Bürsten in Wasser und mit PVA als Bürstenmaterial in der Halbleiterindustrie ist üblich. Ein manuelles Lappenreinigen mit diversen Lösemitteln in der Optikindustrie, wobei als Lösemittel Wasser, Aceton, Alkohole und Ether in festen Mischungsverhältnissen eingesetzt werden, sind gleichfalls bewährte Methoden. Bekannt sind auch das Reinigen auf lösemittel- oder wassergetränkten Endlosbändern oder quasi-Endlosbändern in der Solarindustrie.
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Aus der
DE 10 2011 050 732 A1 ist ein Verfahren zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Behandlungsobjektes (hier Oberfläche eines Photovoltaikmoduls) bekannt, wobei Isopropanol und Wasser verwendet werden. Die Reinigungsmedien werden dabei jedoch räumlich nicht getrennt, was bei der Anwendung zu einem Vermischen mit unkontinuierlichem Konzentrationsverlauf führt.
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All diese bekannten Verfahren sind jedoch nicht optimal geeignet, um eine maschinelle Reinigung von planen Oberflächen kleiner (z. B. 0,1 cm - 10 cm-Bereich) optischer Teile, Mikrooptiken und/oder Sensoren zu realisieren. Insbesondere sind derartige optische Teile durch manuelle Bearbeitung nur sehr uneffektiv beschichtungsreif oder ansprengreif mit größerer Gutausbeute und weniger Abhängigkeit von handwerklichen Fähigkeiten zu reinigen. Zudem unterliegt die manuelle Behandlung den jeweiligen handwerklichen Fertigkeiten des Personals und schwankt demzufolge. Weiterhin ist insbesondere an korrosionsempfindlichen Oberflächen oder mechanisch empfindlichen Teilen die Gefahr einer funktionsbeeinträchtigenden Beschädigung im Ultraschallbecken gegeben.
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Es besteht der Nachteil, dass kleinste Partikel und zu fest gebundene Partikel im Ultraschallbecken nicht abgelöst werden und es müssen darüber hinaus große Lösemittelvolumen in den Reinigungsbecken eingesetzt werden. Dies verursacht neben hohen Kosten auch Schäden für die Umwelt.
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Häufig sind bei Reinigung im Ultraschallbecken Randbereiche mit Restverunreinigungen durch an Halteelementen oder durch Berührung hängenbleibenden Tropfen/Restfeuchten behaftet. Eine Halterung derartiger kleiner Teile in Hochdruckreinigern ist ebenfalls zudem kaum möglich. Häufig ist eine Behandlung nur mit Wasser als Lösemedium möglich.
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Ähnliche Probleme bestehen beim Reinigen von Kunststoffelementen, Siliziumelementen, Waferoberflächen, FOP-Teilen, Keramiken, Halbleiterelementen, Kristallen, Metallteilen usw., die insgesamt in dieser Erfindung neben den optischen Teilen und Elementen auch als Behandlungsobjekte bezeichnet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, basierend auf den Nachteilen des Standes der Technik, ein Verfahren und mindestens eine Vorrichtung zur schnelleren, schonenderen und ergebnissichereren Reinigung von insbesondere optischen planen Teilen und Behandlungsobjekten bereitzustellen. Aufgabe ist es auch, eine effektive Reinigung von kleinen optischen Teilen, Mikrooptiken, FOP-Teilen, Glas, Silizium, Kunststoffen, Waferobeflächen, metallischen und nichtmetallischen Oberflächen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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In einem Grundgedanken der Erfindung weist ein Verfahren zur Reinigung und/ oder Behandlung von Oberflächen eines Behandlungsobjektes die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen einer Reinigungsfläche;
- - Aufbringen einer definierten Mengeneinheit aus Aceton, einer definierten Mengeneinheit mindestens eines alkoholhaltigen Stoffes und eine definierte Mengeneinheit Wasser auf die Reinigungsfläche, wobei diese definierten Mengeneinheiten räumlich getrennt und derart auf die Reinigungsfläche aufgebracht werden, dass sie wechselseitig ineinanderfließen und sich Mischgebiete mit kontinuierlichem Konzentrationsprofil ausbilden;
- - Führen einer Oberfläche des Behandlungsobjektes mit Hilfe einer Führungseinheit über die Reinigungsfläche, so dass das Behandlungsobjekt nacheinander mit Aceton, mit mindestens einem alkoholhaltigen Stoff und mit Wasser und den jeweiligen dazwischenliegenden Mischgebieten in Berührung kommt.
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Das zu reinigende bzw. zu behandelnde (zu beschichtende) Behandlungsobjekt wird mit der zu reinigenden Fläche im Gebiet der ersten Mengeneinheit auf die Reinigungsfläche aufgedrückt und auf einer definierten Bahn über die erste Mengeneinheit und dann über das Mischgebiet zur nächsten Mengeneinheit geschoben usw.
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Unter dem technischen Merkmal „Behandlungsobjekt“ können beispielsweise alle optischen Teile aus Glas, Keramik, Silizium und Kristallen aller Art verstanden werden. Es versteht sich, das diese Aufzählung nicht erschöpfend ist und auch solche Teile aus Metallen oder Nichtmetallen zu verstehen sind, die durch das erfindungsgemäße Verfahren gereinigt oder behandelt werden können.
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Unter dem technischen Merkmal „definierte Mengeneinheit“ kann in einem einfachen Fall je ein Tropfen der genannten Flüssigkeiten verstanden werden. Die definierte Mengeneinheit richtet sich nach Größe und Art des Behandlungsobjektes. Auch Größe und Art der Führungseinheit sind im Einzelfall für die Menge der Reinigungsflüssigkeiten entscheidend und spezifisch zu bestimmen.
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Bevorzugt wird der Schritt des Führens einer Oberfläche des Behandlungsobjektes mit Hilfe einer Führungseinheit über die Reinigungsfläche in Form einer Spirale oder eines Mäander bewirkt. oder auf natürlich geraden Bahnen mit jeweils unterschiedlichen Verweildauern und Anpressdruck.
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Ebenso sind in einer alternativen Ausführungsform Bahnen entlang der Oberfläche gekrümmter Andruckflächen denkbar.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens einer Reinigungsfläche einen Schritt des Spannens der Reinigungsfläche über eine Andruckfläche. Somit ist die Reinigungsfläche besonders gut fixiert. Die Andruckfläche kann für planare Oberflächen des Behandlungsobjektes eine Platte sein. Die Platte kann beispielsweise aus Glas sein. Es kann auch notwendig sein, dass die Reinigungsfläche über eine Rolle oder Walze oder eine anderweitig gekrümmte Fläche als Andruckfläche gelegt ist. So ist in einer besonderen Ausführungsform eine zylindrische mit der Reinigungsfläche bespannte Walze zur Behandlung zylindrischer Optiken, vorgesehen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der alkoholhaltige Stoff Isopropanol und/oder Ethanol. Es ist auch in einer besonderen Ausführungsform von Vorteil, wenn sowohl eine definierte Mengeneinheit eines Isopropanols und eine definierte Mengeneinheit eines Ethanols gemeinsam nacheinander verwendet werden. Als Wasser wird vorzugsweise deoinisiertes Wasser (DI-Wasser) verwendet.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kommt sowohl eine mechanische Reinigungs- bzw. Behandlungskomponente zur Wirkung als auch die Wirkung der Lösemittel, wobei diese als reine, ungemischte Flüssigkeiten und in kontinuierlichen Konzentrationsprofilen wirken. Durch diese Konzentrationsprofile ist es möglich, die Oberflächen ohne Zwischentrocknung zwischen Flüssigkeiten unterschiedlicher Polarität (und damit unterschiedlichen Angriffen auf unpolare und polare Verunreinigungen) zu bewegen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass die Oberfläche des Behandlungsobjektes eine nichtplane Oberfläche, wie beispielsweise eine gekrümmte, konvexe, konkave oder ungleichmäßig geformte Oberfläche aufweist. Hierzu erfolgt die Gestaltung der Reinigungsfläche äquivalent zur Form des Behandlungsobjektes.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt nach dem Schritt des Führens des Behandlungsobjektes über die Reinigungsfläche ein Schritt des Trocknens des Behandlungsobjektes. Besonders bevorzugt erfolgt der Schritt des Trocknens durch ein Trockengebläse und/oder durch ein Führen des Behandlungsobjektes über ein Gebiet der Reinigungsfläche, welches nicht mit einer Flüssigkeit benetzt ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Spülens mit einem inerten Gas. Eine derartige Behandlung kann abhängig vom Behandlungsobjekt auch zielgerichtet in einzelnen Behandlungskammern oder Bereichen erfolgen, wobei diese Bereiche voneinander getrennt sein können.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Schritt des Führens einer Oberfläche des Behandlungsobjektes derart, dass die Oberfläche vollständig mit Aceton, mit mindestens einem alkoholhaltigen Stoff und mit Wasser und den jeweiligen Mischgebieten in Berührung kommt. Damit wird erreicht, dass das Behandlungsobjekt mit keinem schmutzigen trockenen Bereich der Reinigungsfläche in Berührung kommt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt des Aufbringens der Flüssigkeiten und der daraus entstehenden Mischgebiete einen Schritt des Überwachens der Mischgebiete bezüglich ihrer Zusammensetzung. Bevorzugt ist für den Schritt des Überwachens eine Inspektionseinheit vorgesehen.
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Die Erfindung beansprucht auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit folgenden Merkmalen:
- - eine Reinigungsfläche zur Reinigung und/oder Behandlung einer Oberfläche des Behandlungsobjektes;
- - eine Dosiervorrichtung zum definierten Aufbringen der Flüssigkeiten auf die Reinigungsfläche; und
- - eine Führungseinheit zum Führen einer Oberfläche des Behandlungsobjektes über die Reinigungsfläche.
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Als Führungseinheit wird vorzugsweise ein solches Maschinenelement verwendet, welches flexibel die in unterschiedlichen Größen und Formen vorhandenen Behandlungsobjekte greifen und definiert bewegen (drehen, rotieren, Anpressdruck definiert, zeitgesteuert) kann. Hierzu wird vorzugsweise ein Greifer als Führungseinheit mit Parallelkinematik verwendet. Es sind jedoch für den Einzelfall auch abweichende Führungseinheiten denkbar. Zum Ausgleich von Ungenauigkeiten bei der Steuerung der Führungseinheit wird erfindungsgemäß eine Abnahmevorrichtung bereitgestellt, die auf einer Zentrierauflage angebracht ist. Die Zentrierauflage befindet sich auf einer federnden (2-D-Feder) Justierplatte bzw. Ausgleichselement zur Fixierung. Die Abnahmevorrichtung enthält so genannte Fangstifte zur Orientierung für den Greifer der Führungseinheit. Die Justierplatte ist zum Ausgleich von geringen Ungenauigkeiten in definierter Weise bevorzugt zweifach geschlitzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Reinigungsfläche als Textil ausgebildet. Als Textil wird vorzugsweise ein hydrophiles Textil, gegebenenfalls ein Reinraumtuch, verwendet. Das Textil ist dabei vorzugsweise über eine so genannte Andruckfläche gespannt. Es kann auch notwendig sein, dass das Textil über eine Rolle oder Walze gelegt ist. So ist in einer besonderen Ausführungsform eine zylindrische mit dem Textil bespannte Walze zur Behandlung zylindrischer Flächen, vorgesehen. Das Textil ist für besondere Ausrüstungen ein hydrophiles Vlies oder ein samtartiges Textil. Alternativ kann das Textil (z. B. Reinigungstuch) ein feinporiges gestricktes Kunstfasertextil sein.
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Es versteht sich, dass die eben beschriebenen Ausführungsformen in Alleinstellung oder in Kombination untereinander dargestellt werden können. Umfasst eine bevorzugte Ausführungsform eine „und/oder-Verknüpfung“ zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass die Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine schematische Ansicht eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reinigung und/ oder Behandlung von Oberflächen eines Behandlungsobjektes; und
- 3 möglicher Konzentrationsverlauf eines Mischgebiets.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Reinigung und/oder Behandlung von Oberflächen eines Behandlungsobjekt 1. Das Behandlungsobjekt 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein optisches Element ausgebildet. Das optische Element ist als Quader ausgebildet und weist eine Vielzahl von abgegrenzten Flächen auf. Zumindest eine dieser Flächen kann mit Hilfe der Vorrichtung 100 gereinigt und/oder behandelt werden.
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Die Vorrichtung weist einen Greifer 130 auf. Der Greifer 130 ist ausgebildet das Behandlungsobjekt zu greifen und entlang einer vorgebbaren Bahn zu führen. Hierfür kann der Greifer mit einer nicht näher dargestellten Steuervorrichtung verbunden sein. Zum Reinigen und/oder Behandeln des optischen Elementes wird das optische Element mittels des Greifers an eine Reinigungsfläche 110 herangeführt. Die Reinigungsfläche 110 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Vlies ausgebildet. Das Vlies 110 ist mittels nicht näher dargestellten Rahmenelementen über eine Andruckfläche 116 gespannt und somit gegen ein Verrutschen fixiert.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 400 soll nun anhand des Ablaufplanes gemäß 2 näher erläutert werden. Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Bereitstellens einer Reinigungsfläche 110. Bei der Reinigungsfläche 110 kann es sich um eine beispielsweise in 1 beschriebene Reinigungsfläche handeln.
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Wie bereits erwähnt umfasst der Schritt des Bereitstellens einer Reinigungsfläche 110 einen Schritt des Spannens der Reinigungsfläche über eine Andruckfläche 116. Die Andruckfläche 116 kann als eine ebene Glasplatte ausgebildet sein.
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Das Verfahren 400 umfasst ferner einen Schritt des Aufbringens 420 einer definierten Mengeneinheit aus Aceton 111, einer definierten Mengeneinheit mindestens eines alkoholhaltigen Stoffes 112 und einer definierten Mengeneinheit eines Wassers 113 auf die Reinigungsfläche, wobei diese definierten Mengeneinheiten derart auf die Reinigungsfläche aufgebracht werden, dass sie wechselseitig ineinanderfließen und sich Mischgebiete 114, 115 mit kontinuierlichem Konzentrationsverlauf bilden. Das erste Mischgebiet 114 setzt sich somit aus einem Anteil Aceton 111 und einem Anteil eines alkoholhaltigen Stoffes 112 zusammen. Das zweite Mischgebiet 115 setzt sich somit aus einem Anteil eines alkoholhaltigen Stoffes 112 und Wasser 113 zusammen. Hierbei wird unter dem technischen Merkmal „kontinuierlicher Konzentrationsverlauf“ erfindungsgemäß verstanden, dass die Konzentration der ersten Flüssigkeit in dem jeweiligen Mischgebiet 114, 115 kontinuierlich abnimmt, während die Konzentration der zweiten Flüssigkeit entsprechend zunimmt. Ein möglicher Konzentrationsverlauf der jeweiligen Mischgebiete 114, 115 ist in 3 für das Mischgebiet 114 exemplarisch dargestellt. Wie der 3 zu entnehmen ist, nimmt die Konzentration von Aceton 111 entlang einer Führungsbahn 117, entlang der das Behandlungsobjekt 1 geführt wird, kontinuierlich ab, während die Konzentration des alkoholhaltigen Stoffes 112 kontinuierlich zunimmt.
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Für das Aufbringen 420 dieser genannten Flüssigkeiten sind nicht dargestellte Dosiervorrichtungen vorgesehen. Beispielsweise ist eine erste Dosiervorrichtung für Aceton, eine zweite Dosiervorrichtung für den mindestens einen alkoholhaltigen Stoff und eine dritte Dosiervorrichtung für das Wasser vorgesehen. Die Dosiervorrichtungen werden mittels nicht näher dargestellter Steuervorrichtungen gesteuert, so dass in Abhängigkeit der Größe und Art des Behandlungsobjektes eine definierte Mengeneinheit der einzelnen Flüssigkeiten auf die Reinigungsfläche 110 aufgebracht werden kann.
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Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Führens 430 einer Oberfläche des Behandlungsobjektes mit Hilfe des Greifers 130 über die Reinigungsfläche 110, so dass das Behandlungsobjekt 1 nacheinander mit Aceton 111, mit dem mindestens einem alkoholhaltigen Stoff 112 und mit Wasser 113 und den jeweiligen Mischgebieten 114, 115 in Berührung kommt. Bei dem Schritt des Führens kann es sich beispielsweise um eine Führungsbahn 117 handeln, wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellt ist. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass die zu reinigende oder zu behandelnde Oberfläche des Behandlungsobjektes 1 nacheinander mit den Flüssigkeiten Aceton, einem alkoholhaltigen Stoff und Wasser in Berührung kommt.
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Optional umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Trocknens des Behandlungsobjektes 1 nach dem Schritt des Führens 430 einer Oberfläche des Behandlungsobjektes mit Hilfe des Greifers 130 über die Reinigungsfläche 110. Der Schritt des Trocknens kann beispielsweise durch ein Trockengebläse erfolgen oder durch ein Führen des Behandlungsobjektes 1 entlang einer Führungsbahn 117 auf der Reinigungsfläche 110 außerhalb der Bereiche 111, 112 und 113.
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Optional enthält die Andruckfläche 116 mindestens eine Kante und/oder mindestens eine Rundung. An der mindestens einen Kante und/ oder Rundung können eventuelle noch verbleibende Verunreinigungen an dem Behandlungsobjekt 1 entfernt werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
