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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Blechen sowie ein Kraftfahrzeug.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 053 672 A1 geht ein Verfahren zum Erwärmen von Metallplatinen hervor, wobei eine Metallplatine zwischen einem unteren Kontaktelement und einem oberen Kontaktelement als Bestandteil einer Heizvorrichtung positioniert wird, wobei die Metallplatine zwischen den an ihre Konturen angepassten Kontaktelementen unter Anpressdruck erwärmt wird. Soll eine lokale Erwärmung an der Metallplatine durchgeführt werden, erhält man aufgrund der Anpresskraft der Kontaktelemente Verformungsabdrücke an der Platine. Auch eine plastische Verformung im Bereich der Erwärmungszone ist möglich. Da solche Abdrücke und/oder Verformungen nach außen sichtbar sind, ist ein solches Verfahren ungeeignet für die Verwendung bei Blechen, die als Beplankungsteile oder Außenhaut-Bauteile, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erwärmen von Blechen und darüber hinaus ein Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Erwärmen von Blechen geschaffen wird, wobei ein Blech lokal in einem Werkzeug erwärmt wird, wobei das Werkzeug ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug aufweist, wobei das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander in eine Offenstellung und in eine Schließstellung verlagerbar sind. An dem Oberwerkzeug und/oder an dem Unterwerkzeug ist wenigstens eine Heizplatte angeordnet. Das Blech wird in einer Werkzeugstellung des Werkzeugs erwärmt, in der das Oberwerkzeug oder das Unterwerkzeug in einem Abstand zu dem Blech angeordnet ist. Hierdurch wird ein durch das Werkzeug auf das Blech ausgeübter Anpressdruck vermieden, sodass sich weder Abdrücke noch Verformungen ergeben. Zugleich kann – insbesondere in einer bevorzugt nahezu vollständig geschlossenen Stellung der Werkzeugteile, das heißt des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs – eine ebenso schnelle wie effiziente Erwärmung des Blechs gewährleistet werden. Insgesamt kann so prozesssicher eine lokale Erwärmung des Blechs erzielt werden, bei welcher dieses verformungsfrei und abdruckfrei bleibt.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Erwärmung des Blechs in der Werkzeugstellung, in welcher das Oberwerkzeug oder das Unterwerkzeug in einem Abstand zu dem Blech angeordnet ist, wird bevorzugt eine Heizplatte verwendet, die abgerundete Außenkanten aufweist. Eine solche Heizplatte kann in Verbindung mit der zumindest leicht geöffneten Werkzeugstellung oder auch selbständig bei vollständig geschlossener Werkzeugstellung, das heißt bei Erwärmung des Blechs unter Anpressdruck, sicherstellen, dass sich weder Abdrücke noch Verformungen an dem Blech ausbilden, weil die Heizplatte keine scharfen Außenkanten aufweist.
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Insgesamt wird im Rahmen des Verfahrens bevorzugt ein Bauteil erhalten, welches insbesondere keine unerwünschten Abdrücke und/oder Verformungen aufweist, sodass das Bauteil insbesondere für die Anwendung an einer Kraftfahrzeug-Außenhaut, insbesondere als Beplankungsbauteil, geeignet ist. Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens ein Außenhaut-Bauteil und/oder ein Beplankungsbauteil für ein Kraftfahrzeug erhalten.
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Das Werkzeug ist vorzugsweise als Pressenwerkzeug ausgebildet. Dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander in eine Offenstellung und in eine Schließstellung verlagerbar sind, bedeutet insbesondere, dass wenigstens eines dieser Werkzeugteile verlagerbar angeordnet ist, wobei die beiden Werkzeugteile miteinander eine Kavität einschließen, die geöffnet und geschlossen werden kann. Es ist möglich, dass eines der Bauteile – vorzugsweise das Unterwerkzeug – raumfest gehalten ist, wobei das andere Werkzeugteil – vorzugsweise das Oberwerkzeug – verlagerbar gehalten ist. Es ist aber auch möglich, dass beide Werkzeugteile verlagerbar gehalten sind.
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In einer Offenstellung kann ein Blech in der Kavität des Werkzeugs angeordnet oder aus dieser entnommen werden. Die Schließstellung ist bevorzugt eine Werkzeugstellung, in welcher das Blech unter Anpresskraft zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug in der Kavität angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Erwärmung des Blechs in einer Stellung, die zwischen der Offenstellung und der Schließstellung angeordnet ist, wobei ein Abstand zwischen dem Oberwerkzeug und dem Blech oder zwischen dem Unterwerkzeug und dem Blech verbleibt, wobei dieser Abstand jedoch bevorzugt geringer ist als in der Offenstellung. Das Werkzeug ist also nahezu geschlossen, es wird jedoch keine Presskraft auf das Blech ausgeübt.
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Unter einer Heizplatt wird insbesondere ein Element verstanden, welches an dem Oberwerkzeug oder an dem Unterwerkzeug angeordnet und vorzugsweise unabhängig von anderen Bereichen des Oberwerkzeugs oder des Unterwerkzeugs beheizbar ist. Die Heizplatte ist insbesondere als Kontaktelement zur Kontakterwärmung eines Blechs ausgebildet. Insbesondere ist die Heizplatte bevorzugt auf einen an dem Blech lokal zu erwärmenden Bereich bezüglich ihrer Fläche und ihrer Kontur angepasst ausgebildet. Insbesondere wird durch die entsprechend angepasste Form und Kontur der Heizplatte sichergestellt, dass eine homogene Erwärmungszone ohne Unterbrechungen und ohne thermisch voneinander entkoppelte Bereiche innerhalb einer Erwärmungszone zur lokalen Erwärmung des Blechs verwirklicht wird.
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Es ist möglich, dass das Werkzeug eine Mehrzahl von Heizplatten zur Erwärmung einer Mehrzahl von lokalen Bereichen des Blechs aufweist. Es ist insbesondere möglich, dass sowohl an dem Oberwerkzeug als auch an dem Unterwerkzeug Heizplatten angeordnet sind. Insbesondere können an zu erwärmenden Bereichen für das Blech – jeweils in Schließ- oder Hubrichtung des Werkzeugs gegenüberliegend – an dem Oberwerkzeug und an dem Unterwerkzeug Heizplatten vorgesehen sein, um eine besonders effiziente und homogene Durchwärmung des Blechs zu erreichen. Diese Heizplatten stimmen bevorzugt bezüglich einer Form ihrer Umrandung überein und sind bezüglich ihrer Flächen komplementär ausgebildet.
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Die wenigstens eine Heizplatte kann beispielsweise elektrisch beheizt werden. Es ist auch möglich, dass die Heizplatte von wenigstens einem Heizkanal durchsetzt wird, in dem ein Heizmedium strömt. Auch eine induktive Erwärmung der Heizplatte ist möglich. Grundsätzlich ist jede geeignete Art der Erwärmung für die Heizplatte denkbar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech während des Erwärmens an der wenigstens einen Heizplatte anliegt. Das Blech wird also bevorzugt entweder – beispielsweise durch einen Roboter – in berührendem Kontakt mit dem Oberwerkzeug gehalten, oder – was einfacher zu realisieren ist – auf das Unterwerkzeug aufgelegt, während das Oberwerkzeug in einem Abstand zu dem Blech angeordnet wird. Durch den berührenden Kontakt des Blechs mit der Heizplatte kann eine effiziente Kontakterwärmung durchgeführt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech auf der wenigstens einen an dem Unterwerkzeug angeordneten Heizplatte aufliegt, wobei das Oberwerkzeug in einem Abstand zu dem Blech angeordnet wird. Dies stellt – wie bereits ausgeführt – eine besonders einfache Ausgestaltung des Verfahrens dar.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem Oberwerkzeug oder dem Unterwerkzeug einerseits und dem Blech andererseits kleiner als 2 mm gewählt wird. Durch diese Wahl des Abstands wird sichergestellt, dass der Wärmeübertrag groß genug ist, um eine bestimmte Zieltemperatur in einer bestimmten Zeit zu erreichen. Beispielsweise ist es in einem solchen Abstand möglich, ein Aluminiumblech auf eine Temperatur von mehr als 300°C in weniger als 10 Sekunden zu erhitzen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand mit wenigstens einem Distanzelement eingestellt wird. Dies stellt eine besonders einfache mechanische Ausgestaltung des Verfahrens dar, um den Abstand in vorbestimmter Weise zu gewährleisten. Dabei wird insbesondere wenigstens ein Distanzstück oder Distanzelement, vorzugsweise eine Mehrzahl von Distanzstücken, zwischen dem Unterwerkzeug und dem Oberwerkzeug angeordnet, wobei die Distanzstücke verhindern, dass die Werkzeugkavität vollständig geschlossen wird. Vielmehr halten die Distanzstücke das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug in dem vorbestimmten Abstand voneinander, wobei die Distanzstücke oder Distanzelemente bezüglich ihrer Erstreckung in Werkzeughubrichtung auf den einzuhaltenden, vorbestimmten Abstand eingestellt sind. Bevorzugt ist das wenigstens eine Distanzelement an dem Unterwerkzeug angeordnet, und das Oberwerkzeug wird auf das Distanzelement aufgefahren.
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Zusätzlich oder alternativ wird der Abstand bevorzugt gesteuert über einen Verlagerungsmechanismus für das Oberwerkzeug und/oder das Unterwerkzeug eingestellt. Insbesondere ist es möglich, dass der Abstand über einen Hubmechanismus des Werkzeugs, welcher einen Werkzeughub steuert, eingestellt und insbesondere eingehalten wird. Dies ist gegebenenfalls günstig, weil es keiner genau gefertigten Distanzelemente bedarf, sondern der gewünschte Abstand lediglich in eine Steuerung des Werkzeugs implementiert werden muss.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Blech eine Platine lokal erwärmt wird. Unter einer Platine wird dabei insbesondere ein bereits beschnittenes Blech verstanden, welches in einfacher und günstiger Weise weiter verarbeitet werden kann. Insbesondere kann auf diese Weise ein maßgeschneidertes, wärmebehandeltes Blechteil hergestellt werden, das auch als Tailor Heat Treated Blank (THTB) bezeichnet wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Blech verwendet wird, das ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung aufweist, oder das aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht. Besonders bevorzugt wird ein Blech verwendet, das Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, oder das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. In Zusammenhang mit einem Leichtmetallblech oder einer Leichtmetallplatine verwirklichen sich in besonders günstiger Weise die bereits genannten Vorteile des Verfahrens.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung zum Erwärmen von Blechen geschaffen wird, welche ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug aufweist, wobei das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander verlagerbar gehalten sind. Dabei ist es möglich, dass das eine Werkzeugteil der beiden Werkzeugteile, nämlich des Oberwerkzeugs und des Unterwerkzeugs, raumfest angeordnet ist, während das andere Werkzeugteil der beiden Werkzeugteile verlagerbar angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass beide Werkzeugteile verlagerbar angeordnet sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist das Unterwerkzeug raumfest gehalten, während das Oberwerkzeug verlagerbar ist. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Heizplatte an dem Oberwerkzeug und/oder an dem Unterwerkzeug auf.
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Die Vorrichtung weist wenigstens ein Distanzmittel zur Definition eines Abstands zwischen einem zu erwärmenden Blech und dem Oberwerkzeug oder dem Unterwerkzeug in einer Erwärmungsstellung auf. Alternativ oder zusätzlich weist die wenigstens eine Heizplatte abgerundete Außenkanten auf. In Zusammenhang mit der Vorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Das Distanzmittel ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung als physisches Distanzelement, insbesondere als Distanzstück, ausgebildet. Dieses ist vorzugsweise an dem Unterwerkzeug angeordnet, wobei das Oberwerkzeug in der Erwärmungsstellung auf das Distanzelement aufgefahren wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Distanzmittel als virtuelles Distanzmittel ausgebildet, wobei die Definition des Abstandes in der Erwärmungsstellung insbesondere in eine Steuerung, vorzugsweise einen Hubmechanismus, der Vorrichtung implementiert ist. Die beiden Ausführungsbeispiele können auch miteinander kombiniert werden, wobei sowohl ein virtuelles Distanzmittel als auch ein physisches Distanzmittel vorgesehen sein können.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug geschaffen wird, welches ein Außenhaut-Bauteil, insbesondere ein Beplankungsteil, aufweist, welches hergestellt ist gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens und/oder in einer Vorrichtung gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Vorrichtung erläutert wurden.
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Die Beschreibung des Verfahrens einerseits sowie der Vorrichtung und des Kraftfahrzeugs andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Vorrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Vorrichtung und/oder dem Kraftfahrzeug beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung und/oder des Kraftfahrzeugs bedingt ist. Die Vorrichtung und/oder das Kraftfahrzeug zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Erwärmen von Blechen, und
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2 eine schematische Detaildarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer solchen Vorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Erwärmen eines Blechs 3, wobei die Vorrichtung 1 insbesondere ein Werkzeug, nämlich ein Pressenwerkzeug ist. Sie weist ein Oberwerkzeug 5 und ein Unterwerkzeug 7 auf, die relativ zueinander in eine Offenstellung und eine Schließstellung verlagerbar sind. Insbesondere ist das Unterwerkzeug 7 raumfest an der Vorrichtung 1 gehalten, während das Oberwerkzeug 5 verlagerbar angeordnet ist, nämlich in die Offenstellung einerseits und in die Schließstellung andererseits. Dabei schließen das Oberwerkzeug 5 und das Unterwerkzeug 7 eine Kavität 9 miteinander ein, wobei das Blech 3 in einer Offenstellung in der Kavität angeordnet sowie aus dieser entnommen werden kann, wobei es in der Schließstellung in der Kavität 9 erwärmt werden kann.
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Die Vorrichtung 1 weist wenigstens eine Heizplatte 11 auf, die an dem Oberwerkzeug 5 und/oder an dem Unterwerkzeug 7 angeordnet ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Heizplatten 11 erkennbar, von denen zwei an dem Unterwerkzeug 7 und zwei weitere an dem Oberwerkzeug 5 – jeweils in Hubrichtung der Vorrichtung 1 gegenüberliegend – angeordnet sind.
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In 1 ist das Werkzeug 1 in einer Erwärmungsstellung dargestellt, in welcher das Blech 3 erwärmt wird, wobei in der Erwärmungsstellung hier das Oberwerkzeug 5 in einem Abstand A zu dem Blech 3 angeordnet ist. Zugleich liegt das Blech 3 während des Erwärmens auf den Heizplatten 11, die an dem Unterwerkzeug 7 angeordnet sind, auf. Der Abstand A beträgt vorzugsweise weniger als 2 mm.
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Die Vorrichtung 1 weist zur Definition des Abstands A wenigstens ein Distanzmittel auf, wobei hier zwei physische Distanzmittel, nämlich Distanzelemente 13, vorgesehen sind, die vorzugsweise an dem Unterwerkzeug 7 befestigt sind, wobei das Oberwerkzeug 5 in der Erwärmungsstellung auf die Distanzelemente 13 auffährt. Zusätzlich oder alternativ kann ein virtuelles Distanzmittel vorgesehen sein, wobei der Abstand A insbesondere in einer Steuerung der Vorrichtung 1, insbesondere in einem Hubmechanismus zur Steuerung eines Werkzeughubs der Vorrichtung 1, definiert ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Details eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt sich hier, dass die Heizplatten 11 abgerundete Außenkanten 15 aufweisen. Solche abgerundeten Außenkanten 15 können zusätzlich oder alternativ zu der Definition des Abstands A vorgesehen sein.
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Als Blech 3 wird bevorzugt eine Platine erwärmt. zusätzlich oder alternativ wird bevorzugt ein Blech 3 erwärmt, welches ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung aufweist oder aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht. Insbesondere kann ein Blech 3 erwärmt werden, welches Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
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Insgesamt zeigt sich, dass mittels des Verfahrens sowie der Vorrichtung 1 insbesondere durch die Definition des Abstands A und/oder durch die abgerundeten Außenkanten 15 der wenigstens einen Heizplatte 11 ein unerwünschter Abdruck oder eine unerwünschte Verformung des Blechs 3 beim lokalen Erwärmen vollständig vermieden werden kann, wodurch ein derart erwärmtes Blech 3 insbesondere geeignet ist, ein Außenhaut-Bauteil, insbesondere ein Beplankungsbauteil für ein Kraftfahrzeug, zu bilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011053672 A1 [0002]
