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Die Erfindung betrifft ein metallisches Gussbauteil für ein Gehäuse, welches wenigstens ein eingegossenes Rohr aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieses Gussbauteils sowie auch ein Gehäuse, insbesondere ein Getriebegehäuse, mit wenigstens einem solchen Gussbauteil.
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Ein Gussbauteil (Gussteil) betreffender Art ist ein durch Metallgießen und insbesondere durch Druckgießen hergestelltes Gehäuseteil (Gussgehäuseteil) für ein einteiliges oder mehrteiliges Gehäuse (Gussgehäuse), das einen aus einem metallischen Gussmaterial (Gusslegierung) gebildeten Gusskörper (Korpus) und wenigstens ein im Gusskörper bzw. Gussmaterial eingegossenes Rohr zur Durchleitung eines Mediums, insbesondere Wasser oder Öl (prinzipiell auch Luft), aufweist.
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Die
DE 10 2012 223 156 A1 beschreibt ein Gehäuse (Abgasventilgehäuse), das mindestens einen Heiz- oder Kühlkanal aufweist, der ein vom Gehäuse umschlossenes Rohr ist. Die Enden des Rohres sind zum Anschluss einer Leitung ausgebildet. Das Gehäuse besteht aus Aluminium-Druckguss und das Rohr aus Aluminium oder Kupfer. Zur Herstellung des Gehäuses wird das vorgeformte Rohr nach Art eines Kerns in eine Gussform für das Gehäuse eingelegt und anschließend beim Gießen des Gehäuses umgossen.
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Zwischen dem eingegossenen Rohr und dem umgebenden Gussmaterial können sich bereits beim Gießen oder auch erst im Laufe des späteren Betriebs Spalte bzw. Luftspalte ausbilden, die u. a. auf eine ungünstige stoffliche Bindung zwischen Guss- und Rohrmaterial und/oder auf unterschiedliche Wärmeausdehnungen zurückzuführen sind. Solche Spalte können sich entlang des Rohrs bis zur Gehäuseoberfläche, wo sich häufig auch die Anschlüsse bzw. Rohranschlüsse befinden, ausbreiten. An den Rohranschlüssen kann dann das Medium, welches durch das Rohr geführt werden soll, unerwünscht in solche Spalte gelangen und woanders wieder austreten.
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Mit der Erfindung soll wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermieden oder zumindest verringert werden.
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Dies gelingt mit den Erfindungsgegenständen der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße metallische Gussbauteil für ein Gehäuse hat einen Gusskörper und wenigstens ein in den Gusskörper eingegossenes Rohr, welches von einem Medium durchströmbar ist, wobei der Gusskörper wenigstens eine Drainage aufweist, mit der Medium, welches in (wenigstens) einen Spalt zwischen dem Gusskörper und dem darin eingegossenen Rohr gelangt ist, in das Gehäuseinnere ableitbar ist bzw. abgeleitet werden kann.
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Eine Drainage ist eine im Gussbauteil integrierte Einrichtung, mit der Medium, welches sich ungewollt in wenigstens einem Spalt zwischen Gussmaterial und Rohr angesammelt hat oder auch fortlaufend ansammelt, erfasst und gezielt in das Gehäuseinnere ausgeleitet wird. Diese Einrichtung kann auch als Spalt-Drainage bezeichnet werden. Die Drainage funktioniert bevorzugt drucklos. Gleichwohl können ergänzende Maßnahmen, wie bspw. ein zumindest zeitweise im Gehäuseinneren wirksamer Unterdruck, die Ausleitung bzw. Ableitung in das Gehäuseinnere begünstigen. Im Vergleich zu einer solchen Drainage sind andere Maßnahem, die z. B. auf eine Spaltvermeidung abzielen, aufwändiger und teurer. Anstatt also Spalte zwischen einem eingegossenen Rohr und dem umgebenden Gussmaterial zu vermeiden wird mit der Erfindung die Möglichkeit geschaffen, solche in der Praxis fast unvermeidbare Spalte gezielt zu entleeren. Die Gefahr eines undefinierten Mediumaustritts nach außen wird dadurch beseitigt oder zumindest erheblich verringert und Dichtigkeitsanforderungen werden erfüllt. Ferner kann die Abdichtung an den Rohranschlüssen vereinfacht werden oder gegebenenfalls auch ganz entfallen. Das erfindungsgemäße Gussbauteil kann mehrere Drainagen aufweisen, die auch unterschiedlich ausgebildet sein können.
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Eine Drainage kann bspw. durch eine Bohrung, eine Nut, einen Durchbruch oder dergleichen von der Gusskörperinnenseite zu einem Spalt gebildet sein. Damit diese allerdings richtig angeordnet werden kann muss die Stelle bekannt sein, an der sich ein Spalt ausbildet oder bereits ausgebildet hat, wozu Erfahrungswissen oder eine vorausgehende Bauteiluntersuchung (bspw. mittels Röntgen oder Ultraschall) erforderlich ist.
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Eine Drainage kann auch durch einen das Rohr zumindest teilweise und insbesondere im Wesentlichen vollständig umschließenden und im Gusskörper bzw. Gussmaterial eingegossenen Ring sowie einen von diesem Ring zur Gusskörperinnenseite führenden Ablauf gebildet sein. Das sich in einem Spalt zwischen Rohr und Gusskörper ansammelnde und/oder im Spalt entlang des Rohrs fließende Medium sammelt sich am Ring bzw. wird vom Ring erfasst und kann dann in das Gehäuseinnere abfließen. In vorteilhafter Weise kann das Medium über den gesamten Rohrumfang erfasst und dann abgeleitet werden. Der Ring kann ein auf dem Rohr befestigter Ring sein, wobei die Verbindung zwischen der Rohraußenfläche und der Ringinnenfläche dicht, d. h. für das Medium undurchlässig ist. Der Ring kann auch durch lokales Stauchen des Rohrs, wobei sich das Rohrmaterial wulstartig nach außen wölbt, gebildet sein. Der Ring kann auch ein Hohlring mit einem integrierten Ringkanal sein, der insbesondere an der Gusskörperinnenseite mit einem Ablauf ausgebildet ist.
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Eine Drainage kann außerdem durch zwei das Rohr zumindest teilweise und insbesondere im Wesentlichen vollständig umschließende und in den Gusskörper eingegossene Ringe, zwischen denen sich eine ringförmige Sammelnut für das Medium befindet, sowie einen von der Sammelnut zur Gusskörperinnenseite führenden Ablauf gebildet sein. Einer der Ringe kann ein dicht befestigter Ring oder ein durch lokales Stauchen des Rohrs gebildeter Ring sein (s. o.). Der andere Ring kann ein aufgesetzter, jedoch nicht zur Rohraußenfläche abdichtender Ring sein. Die Ringinnenfläche liegt z. B. nur an der Rohraußenfläche an, so dass sich der Ring bspw. aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen vom Rohr lösen und das Medium zwischen der Rohraußenfläche und der Ringinnenfläche in die Ring- bzw. Sammelnut gelangen und von dort schließlich in das Gehäuseinnere abfließen kann.
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Bevorzugt ist das im Gusskörper eingegossene Rohr an wenigstens einem seiner Rohrende mit einem an oder gegebenenfalls auch in der Gusskörperoberfläche ausgebildeten Rohranschluss ausgebildet. Über einen solchen Rohranschluss kann Medium, welches durch das eingegossene Rohr geführt werden soll, unbemerkt in einen Spalt zwischen Gussmaterial und Rohr gelangen, welches dann erfindungsgemäß mittels Drainage in das Gehäuseinnere ausgeleitet wird.
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Der Gusskörper ist bevorzugt aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung (womit eine Aluminiumgusslegierung oder Aluminiumdruckgusslegierung gemeint ist) gebildet. Das Rohr ist bevorzugt ein Metallrohr, bspw. ein Kupfer- oder Aluminiumrohr und insbesondere ein Stahlrohr. Grundsätzlich kann das Rohr auch eine Beschichtung und/oder Ummantelung aufweisen. Ein Ring ist vorzugsweise ein Metallring, der insbesondere aus Stahl oder Aluminium gebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gussbauteils für ein Gehäuse, wobei das herzustellende Gussbauteil einen Gusskörper und wenigstens ein im Gusskörper eingegossenes Rohr, welches von einem Medium durchströmbar ist, aufweist, umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen des Rohrs, das bevorzugt ein Metallrohr ist;
- - Einlegen des Rohrs in eine Gussform, insbesondere Druckgussform, und Gießen, insbesondere Druckgießen, des Gussbauteils, wobei das Rohr von Metallschmelze umgossen und in den erzeugten Gusskörper eingegossen wird;
- - Entformen des Gussbauteils, nachdem die Metallschmelze erstarrt ist;
- - Nachbearbeitung des Gussbauteils, insbesondere durch spanende Bearbeitung, wobei auf der Gusskörperinnenseite ein Ablauf erzeugt wird, über den später (d. h. im Laufe des späteren Betriebs bzw. der späteren Gehäusenutzung) Medium, welches in (wenigstens) einen Spalt zwischen Gusskörper und eingegossenem Rohr gelangt, in das Gehäuseinnere abgeleitet wird bzw. abfließen kann.
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Vor dem Einlegen in die Gussform kann das Rohr an wenigstens einer geeigneten Position mit wenigstens einem umschließenden Ring versehen werden, bspw. durch Auflöten, Aufschweißen und/oder Aufpressen eines separaten Rings oder durch lokales Aufstauchen des Rohrs. Beim Gießen wird der wenigstens eine Ring ebenfalls in den Gusskörper eingegossen und dann bei der Nachbearbeitung an der Gusskörperinnenseite freigelegt. Die freigelegte Stelle bildet den Ablauf für das Medium. In analoger Weise kann auch eine Sammelnut (zwischen zwei Ringen) bzw. ein Ringkanal in einem Hohlring auf der Gusskörperinnenseite freigelegt werden.
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Das Rohr ist bevorzugt ein Metallrohr, z. B. ein Stahlrohr (gegebenenfalls auch ein beschichtetes Stahlrohr), welches insbesondere in einem kalten Zustand (d. h. in etwa Raumtemperatur aufweisend) in die Gussform eingelegt und dann umgossen wird. Ein aufwändiges Vorwärmen ist also nicht vorgesehen.
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Das Rohr kann vor oder nach dem Aufbringen bzw. Anordnen wenigstens eines Rings noch umgeformt werden, so dass dieses 3-dimensional vorgeformt in die Gussform eingelegt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Gehäuse umfasst wenigstens ein erfindungsgemäß ausgebildetes und/oder hergestelltes Gussbauteil (Gehäuseteil). Dieses Gehäuse ist insbesondere ein Getriebegehäuse für ein Kraftfahrzeuggetriebe (Kraftfahrzeuggetriebegehäuse). Das Gehäuse weist ein Gehäuseinneres, womit insbesondere ein abgedichteter Gehäuseinnenraum gemeint ist, auf. Das von der wenigstens einen im Gussbauteil integrierten Drainage im Gusskörper erfasste Medium kann in das Gehäuseinnere abgeleitet werden bzw. abfließen.
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Die Erfindung kann prinzipiell bei allen Gussbauteilen und insbesondere Druckgussbauteilen, vornehmlich Aluminiumguss, umgesetzt werden, bei denen Hohlkörpereinlagen, insbesondere Metallrohre, zur Medienführung (Luft, Wasser, Öl etc.) eingegossen sind und die aufgrund von Dichtigkeitsanforderungen kein Medium in einem Spalt zwischen der Einlage bzw. dem Einlegeteil und dem Gussmaterial aufweisen dürfen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einem metallischen Gussbauteil mit einem eingegossenen Rohr.
- 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine erste Ausführungsmöglichkeit einer Drainage.
- 3 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung die noch nicht fertiggestellte Drainage der 2.
- 4 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine zweite Ausführungsmöglichkeit einer Drainage, die noch nicht fertiggestellt ist.
- 5 zeigt in zwei schematischen Schnittdarstellungen eine dritte Ausführungsmöglichkeit einer Drainage.
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In den Figuren sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt ein metallisches Gussbauteil 100, das einen Gusskörper 110 und zwecks Funktionsintegration ein im Gusskörper 110 eingegossenes Rohr 120 aufweist. Der Gusskörper 110 ist aus einer Aluminiumgusslegierung M gebildet. Das Rohr 120 ist ein Stahlrohr, das lediglich beispielhaft als U-Rohr ausgebildet ist und bspw. einen Durchmesser von 8 mm bis 20 mm und eine Wanddicke von ca. 2 mm aufweist. Beide Rohrenden des Stahlrohrs 120 sind an der Gusskörperoberfläche mit Rohranschlüssen 121 und 122 ausgebildet, die lediglich beispielhaft als Anschlussstutzen gestaltet sind. Das Gussbauteil 100 ist ein Gehäuseteil für ein Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeuggetriebes (z. B. ein Automatikgetriebe) und weist demnach eine durch den Gusskörper 110 gebildete Außenseite (Gusskörperaußenseite) 111 und eine Innenseite (Gusskörperinnenseite) 112, die dem Gehäuseinneren zugewandt ist, auf.
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Wie obenstehend erläutert, können sich zwischen dem Gusskörper 110 bzw. dem Gussmaterial M und dem eingegossenen Stahlrohr 120 Spalte bzw. Luftspalte S ausbilden. Dadurch kann an den Rohranschlüssen 121 und 122 ein Medium F (bspw. Getriebeöl zur Kühlung oder Steuerung des Kraftfahrzeuggetriebes), welches durch das Rohr 120 geführt werden soll, unerwünscht in einen solchen Spalt S gelangen. Eine optimale Abdichtung an den Übergabestellen bzw. Rohranschlüssen 121/122 ist häufig nicht möglich oder mit hohem Aufwand verbunden. Das in einen Spalt S gelangte Medium F kann dann durch Lunker und Porositäten hindurch wieder irgendwo austreten, was fälschlicherweise als Gehäuseundichtheit oder Leckage wahrgenommen wird. Um dies zu verhindern weist das Gussbauteil 100 wenigstens eine integrierte Drainage auf, mit der Medium F, welches in einen Spalt S zwischen dem Gusskörper 110 und dem eingegossenen Stahlrohr 120 gelangt ist, kontrolliert in das Gehäuseinnere abgeleitet wird. Um eine möglichst hohe Wirksamkeit zu erreichen, befindet sich eine solche Drainage möglichst nahe an den Rohranschlüssen 121/122. (Die Erfindung eignet sich insbesondere dort, wo bspw. aufgrund des Bauraums oder technischer Vorgaben Dichtungen an den Übergabestellen 121/122 nicht eingesetzt werden können, wie zuvor erläutert.)
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Die in 2 gezeigte Drainage ist durch einen das Stahlrohr 120 umgreifenden bzw. umschließenden und im Gusskörper 110 bzw. im Gussmaterial M eingegossenen Ring 130 sowie einen Ablauf zur Gusskörperinnenseite 112 gebildet. Der Ring 130 weist bspw. eine radiale Dicke von 2 mm bis 5 mm und eine axiale Länge von 1 mm bis 10 mm auf. Das sich in wenigstens einem Spalt S zwischen Stahlrohr 120 und Gusskörper 110 ansammelnde und/oder in wenigstens einem Spalt S entlang des Stahlrohrs 120 fließende bzw. kriechende Medium F sammelt sich am Ring 130 bzw. wird vom Ring 130 erfasst (unabhängig von einer eher zufälligen Umfangsposition des Spalts S, wobei sich ein Spalt S auch über den ganzen Umfang des Rohrs 120 ausbilden kann) und kann dann durch wenigstens einen Ablauf an der Gusskörperinnenseite 112 in das Gehäuseinnere des Getriebegehäuses abfließen, wie durch den dargestellten Pfeil und Tropfen veranschaulicht. Handelt es sich bei dem Medium F bspw. um Getriebeöl, würde dieses quasi ins Innere des Kraftfahrzeuggetriebes rückgeführt werden.
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Der Ring 130 wird an der vorgesehenen Position auf das Stahlrohr 120 aufgelötet, aufgeschweißt und/oder aufgepresst und beim Gießen, insbesondere Druckgießen, in den Gusskörper 110 mit eingegossen, wie obenstehend erläuert. (Der Ring 130 kann auch durch lokales Stauchen des Rohrs 120 erzeugt werden, wie in 4 gezeigt.) 3 zeigt den Zustand nach dem Entformen aus der Gussform. Bei einer spanenden Nachbearbeitung wird der eingegossene Ring 130 auf der Innenseite 112 des Gusskörpers 110 durch Abtragen des gekennzeichneten Bereichs A freigelegt. Die freigelegte Stelle bildet dann den Ablauf bzw. Abfluss nach innen. Der Ring 130 ist bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung gebildet, so dass bei der Nachbearbeitung ausschließlich für eine Aluminium- bzw. Leichtmetallbearbeitung vorgesehene Werkzeuge verwendet werden können. Prinzipiell kann der Ring 130 aber auch aus einem anderen Material, bspw. Stahl oder Keramik, gebildet sein.
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Die in 4 gezeigte Drainage weist zwei das Stahlrohr 120 umschließende und zwischen sich eine ringförmige Sammelnut bzw. einen Ringkanal 160 bildende Ringe 140 und 150 auf. Der (untere) Ring 140 ist durch lokales Stauchen des Stahlrohrs 120 gebildet und der (obere) Ring 150 ist auf das Stahlrohr 120 aufgeschoben. Der Ring 150 liegt nicht abdichtend am Stahlrohr 120 an. Beim Gießen werden die beiden Ringe 140 und 150 in den Gusskörper 110 eingegossen, ohne dass dabei die Sammelnut 160 mit der Metallschmelze gefüllt wird. Bei einer spanenden Nachbearbeitung wird die Sammelnut 160 auf der Innenseite 112 des Gusskörpers 110 durch Entfernen des gekennzeichneten Bereichs A freigelegt. Die freigelegte Stelle bildet dann für das in der Sammelnut 160 angesammelte bzw. aufgefangene Medium F einen Ablauf bzw. Abfluss in das Innere des Getriebegehäuses.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ist die Drainage durch einen auf dem Rohr 120 befestigten Hohlring 170 gebildet. Der metallische Hohlring 170 weist einen integrierten Ringkanal 180 auf, der eine das Rohr 120 umgebende Nut bzw. Ringnut bildet. Die Ringinnenfläche unterhalb des Ringkanals 180 ist fest und dicht mit dem Stahlrohr 120 verbunden, wohingegen die Ringinnenfläche oberhalb des Ringkanals 180 nicht abdichtend am Stahlrohr 120 anliegt. Beim Gießen kann also keine Metallschmelze in den Ringkanal 180 eindringen. Andererseits kann sich während des Betriebs aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen die obere Ringinnenfläche vom Rohr 120 lösen. Der Ring 170 kann also aufspreizen und dabei etwaige Spalte S verschließen. (Während des Betriebs vergrößern sich auch etwaige Spalte S aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von Guss- und Rohrmaterial, was das Aufspreizen begünstigt.) Der aufgespreizte Ring 170 bildet quasi einen Trichter für das in einem Spalt S fließende bzw. kriechende Medium F, welches dann in die Ringnut 180 gelangt. Der Hohlring 170 weist einen zum Gehäuseinneren zeigenden Ringspalt bzw. eine Ringöffnung 175 auf, der auf der Innenseite 112 freigelegt ist, wodurch ein Ablauf bzw. Abfluss gebildet ist. Die freigelegte Stelle ist mit 115 bezeichnet. Über den Ringspalt 175 im Hohlring 170 und der Freilegung 115 an der Gehäuseinnenseite 112 kann das Medium F aus der Ringnut 180 in das Gehäuse- bzw. Getriebeinnere abgeleitet werden. Der Ringspalt 175 begünstigt auch das Aufspreizen des Hohlrings 170.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Gussbauteil
- 110
- Gusskörper
- 111
- Außenseite
- 112
- Innenseite
- 115
- freigelegte Stelle
- 120
- Rohr
- 121
- Rohranschluss
- 122
- Rohranschluss
- 130
- Ring
- 140
- Ring
- 150
- Ring
- 160
- Sammelnut
- 170
- Ring
- 175
- Ringspalt
- 180
- Ringkanal
- A
- Bereich
- F
- Medium
- M
- Gussmaterial
- S
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223156 A1 [0003]
