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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung einer elektrischen Baueinheit und ein Verfahren zur Bearbeitung einer elektrischen Baueinheit.
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Bei der Herstellung von elektrischen Baueinheiten, wie beispielsweise Steuergeräte oder Sensoren oder Aktoren, müssen bestimmte Herstellungsprozessparameter eingehalten werden. Beispielsweise darf während der Herstellung die Temperatur der elektrischen Baueinheit nicht so weit ansteigen, dass dieses beschädigt oder gar zerstört wird. Ebenso darf auch eine auf die elektrische Baueinheit lastende mechanische Spannung nicht überschritten werden. Es ist außerdem erstrebenswert, möglichst frühzeitig im Herstellungsprozess zu wissen, ob die Baueinheit im bestimmungsgemäßen Betrieb voraussichtlich voll funktionstüchtig sein wird oder Fehlfunktionen aufweisen wird.
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Bekannt ist es, einen Herstellungs- oder Bearbeitungsprozess durch separate Sensoren, die beispielsweise in einem Werkzeug oder Werkzeugträger angeordnet sind, zu überwachen. Außerdem ist es bekannt, Werkstücke nach deren Herstellung oder nach bestimmten Herstellungsschritten einer Funktionsprüfung zu unterziehen.
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Aus der
DE 10 2016 221 142 A1 der Anmelderin ist es bekannt, Informationen von einer elektrischen Baueinheit auszulesen, während diese bearbeitet wird und diese Informationen zur Überwachung der Bearbeitung einzusetzen. Hierzu weist ein Werkzeug und/oder ein Werkstückträger einer Bearbeitungsvorrichtung für die elektrische Baueinheit ein Kontaktierungsmittel zur Kontaktierung der Baueinheit und zum Auslesen von Informationen von der Baueinheit auf. Problematisch ist hierbei die elektrische Kontaktierung des Kontaktierungsmittels.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Stand der Technik zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hautpansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Demnach werden eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung einer elektrischen Baueinheit vorgeschlagen.
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Die vorgeschlagene Bearbeitungsvorrichtung weist ein Werkzeug zur Bearbeitung der elektrischen Baueinheit und/oder einen Werkstückträger zum Halten der elektrischen Baueinheit im Rahmen deren Bearbeitung auf. Das Werkzeug und/oder der Werkstückträger umfassen ein Kontaktierungsmittel zur Kontaktierung der elektrischen Baueinheit und zum Auslesen von Informationen von der Baueinheit im Rahmen deren Bearbeitung.
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Es ist nun zudem vorgesehen, dass die Bearbeitungsvorrichtung eine als Leiterplatte oder Stanzgitter ausgeführte elektrische Leiterstruktur zur Übertragung der Informationen aufweist. Diese Leiterstruktur ist an dem Werkzeug oder dem Werkzeugträger befestigt. Das Werkzeug beziehungsweise der Werkzeugträger halten beziehungsweise tragen demnach die Leiterstruktur. Die Leiterstruktur kann an dem Werkzeug in jeder geeigneten Art befestigt sein, beispielsweise geschraubt, geklipst, geklebt etc.
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Eine solche Leiterstruktur hat sich als besonders geeignet für diese Zwecke erwiesen. Im Gegensatz zu einer freien Verdrahtung des Kontaktierungsmittels weist eine solche Leiterstruktur deutliche Vorteile hinsichtlich Übersichtlichkeit, Platzbedarf und Herstellbarkeit auf. Des Weiteren ist eine solche Leiterstruktur einfach austauschbar.
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Das vorgeschlagene Verfahren sieht eine Bearbeitung einer elektrischen Baueinheit mit einer solchen Bearbeitungsvorrichtung vor. Im Rahmen des Verfahrens wird die elektrische Baueinheit durch das Kontaktierungsmittel der Bearbeitungsvorrichtung kontaktiert. Zumindest eine Information wird hierüber aus der elektrischen Baueinheit im Rahmen deren Bearbeitung ausgelesen.
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Die Leiterplatte kann starr oder flexibel ausgeführt sein. Bei einer solchen Leiterplatte kann es sich um eine gedruckte Leiterplatte, also ein PCB (printed circuit board), oder einen spritzgegossenen Schaltungsträger, also ein MID (molded interconnect Device), handeln. Eine als Stanzgitter ausgeführte elektrische Leiterstruktur ist insbesondere mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff umgeben, insbesondere damit umspritzt.
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Die nötige elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktierungsmittel und der Leiterstruktur erfolgt insbesondere durch Löten, einen Einpresskontakt, durch eine direkte Kontaktierung mit der Leiterstruktur, durch Bonden, elektrisch leitfähigem Kleben oder durch Schrauben.
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Bevorzugt ist das Kontaktierungsmittel an der elektrischen Leiterstruktur befestigt. Somit kann ein extra Träger am Werkzeug beziehungsweise Werkstückträger für das Kontaktierungsmittel entfallen. Das Kontaktierungsmittel kann beispielsweise durch einen auf der Leiterstruktur angeordneter und dort befestigter Stecker oder Kontaktpin gebildet sein. Das Kontaktierungsmittel wird dann also von der Leiterstruktur getragen.
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Bevorzugt sind mehrere solcher Kontaktierungsmittel zur Kontaktierung der elektrischen Baueinheit und zum Auslesen von Informationen von der Baueinheit im Rahmen deren Bearbeitung vorgesehen. Einer oder einige oder alle der Kontaktierungsmittel sind dann mit der (einen) elektrischen Leiterstruktur elektrisch verbunden. Dementsprechend können einer oder einige oder alle der Kontaktierungsmittel an der Leiterstruktur (gemeinsam) befestigt sein; und damit auch von dieser getragen werden.
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Bevorzugt weist die Leiterstruktur eine Isolationsschicht gegenüber dem Werkzeug und/oder dem Werkstückträger auf, sodass die Leiterstruktur thermisch davon isoliert ist. Die Isolationsschicht kann alternativ oder zusätzlich zur elektrischen Isolation der Leiterstruktur gegenüber dem Werkzeug und/oder dem Werkstückträger ausgebildet sein. Zwischen der Leiterstruktur und dem Werkzeug beziehungsweise zwischen der Leiterstruktur und dem Werkstückträger ist dann also eine thermische und/oder elektrische Isolationsschicht angeordnet, die die Leiterstruktur davon thermisch/elektrisch isoliert.
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Bevorzugt ist das Werkzeug als eine Form ausbildet, insbesondere als eine Stanz- oder Gussform, insbesondere als eine Dauerform. Das Werkzeug bildet dann also ein Guss- oder Stanzwerkzeug. Innerhalb des Werkzeugs (also innerhalb der Form) ist dann das Kontaktierungsmittel angeordnet. Innerhalb des Werkzeugs (also innerhalb der Form) befindet sich auch die Baueinheit im Rahmen deren Bearbeitung. Das Werkzeug ist dementsprechend zur Aufnahme der Baueinheit während der Bearbeitung ausgebildet. Die Leiterstruktur führt hierbei von dem Kontaktierungsmittel im Inneren des Werkzeugs zu einer Außenseite des Werkzeugs, sodass die Informationen der Baueinheit von der Außenseite auslesbar sind.
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Bevorzugt weist die Leiterstruktur an der Außenseite des Werkzeugs einen Stecker oder eine Buchse auf, an der die Informationen auslesbar sind. Mit einem entsprechenden Gegenstück (einer Buchse oder einem Stecker) kann von außerhalb des Werkzeugs demnach die Leiterstruktur kontaktiert werden und dementsprechend die Informationen davon ausgelesen werden.
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Die Leiterstruktur kann dann an einem bewegbaren oder an einem unbewegbaren Teil des Werkzeugs (also der Form) befestigt sein. Das Werkzeug ist in diesem Fall mehrteilig ausgeführt. Ein Teil des Werkzeugs kann dann bewegbar sein und ein anderer Teil des Werkzeugs kann unbewegbar ausgeführt sein. Alternativ können mehrere oder alle Teile des Werkzeugs bewegbar ausgeführt sein. Ein bewegbarer Teil eines solchen Werkzeugs wird insbesondere zum Öffnen und Schließen der Form bewegt. Dies ermöglicht ein Einlegen und Auslegen der Baueinheit. Beispielsweise kann es sich bei dem bewegbaren Teil um einen Deckel der Form handeln, der zum Öffnen der Form angehoben oder anderweitig von einem anderen Teil der Form (insbesondere dem unbewegbaren Teil) wegbewegt wird. Zum Schließen der Form wird dementsprechend der bewegte Teil der Form zurückbewegt. Dementsprechend kann das Werkzeug als eine Matrize und eine Patrize ausgebildet sein, wobei die Leiterstruktur an der Matrize oder der Patrize befestigt ist.
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Bevorzugt verfügt die elektrische Leiterstruktur selbst über zumindest einen Sensor. Dieser Sensor kann dann eingesetzt werden, um die Bearbeitung der elektrischen Baueinheit zu überwachen. Damit kann eine weitere Information bei der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit gewonnen werden. Es steht somit neben der ausgelesenen Information von der elektrischen Baueinheit die zusätzliche Information von dem Sensor der elektrischen Leiterstruktur zur Verfügung. Somit können bestimmte Prozessparameter bei der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit überwacht werden, die mittels der ausgelesenen Information alleine nicht überwacht werden könnten.
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Darüber hinaus kann die elektrische Leiterstruktur selbst über Mittel verfügen, um die von der elektrischen Baueinheit ausgelesene Information und/oder die vom Sensor der elektrischen Leiterstruktur erhaltene Information zumindest teilweisen auszuwerten. Dadurch kann eine besonders schnelle Vor-Ort-Auswertung und/oder eine Aufbereitung dieser Informationen für ein nachgelagertes Auswertungsmittel erfolgen. Solche Mittel können insbesondere Logikbausteine oder ein Mikrocontroller sein.
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Die Kernidee der
DE 10 2016 221 142 A1 bleibt weiterhin bestehen: Bei der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit mit der Bearbeitungsvorrichtung können die darin ohnehin inhärent vorhandenen Mittel, wie Sensoren oder andere geeignete elektrische Schaltungen zur Überwachung der Bearbeitung eingesetzt werden. Dadurch können beispielsweise einzelne Herstellungsschritte während der Herstellung der elektrischen Baueinheit, überwacht werden.
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Die vorgeschlagene Bearbeitungsvorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren lassen sich also bei Bearbeitungsschritten im Rahmen der Herstellung elektrischer Baueinheiten einsetzen oder auch bei späteren Maßnahmen, wie beispielsweise bei einer Reparatur oder Überarbeitung von elektrischen Baueinheiten.
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Die so gewonnenen Informationen können genutzt werden, um die Bearbeitung gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise kann damit ein Bearbeitungsschritt gesteuert oder geregelt werden. Auch kann aus den gewonnenen Informationen geschlossen werden, ob die bearbeitete elektrische Baueinheit voraussichtlich nicht-funktionsfähig oder zumindest nicht-vollfunktionsfähig sein wird. Falls dies der Fall ist, kann die betroffene Baueinheit bereits frühzeitig von der weiteren Bearbeitung ausgeschlossen werden. Mit den gewonnenen Informationen kann außerdem die Qualität der bearbeiteten elektrischen Baueinheit nachgewiesen werden oder gezielt Probleme bei bestimmten Bearbeitungsschritten festgestellt werden. Die gewonnenen Informationen können also auch zu Dokumentationszwecken dienen, beispielsweise als Nachweise in Gewährleistungsfragen. Die Informationen können zur Dokumentation gespeichert werden, insbesondere längerfristig in einem nicht-flüchtigen Informationsspeicher.
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Dadurch, dass die ohnehin in der elektrischen Baueinheit inhärent vorhandenen Mittel eingesetzt werden, kann eine separate Sensorik zur Überwachung der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit entfallen oder reduziert werden oder ergänzt werden. Eine solche Sensorik kann in einem Werkzeug zur Bearbeitung der elektrischen Baueinheit oder in einem Werkstückträger zum Halten der elektrischen Baueinheit während der Bearbeitung angeordnet sein. Diese Sensorik kann dann entsprechend einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden. Wenn die vorhandene Sensorik durch das Auslesen der Informationen von der elektrischen Baueinheit ergänzt wird, kann die Bearbeitung noch genauer überwacht werden. Die Bearbeitung kann dann beispielsweise besser geregelt werden oder besser gesteuert werden oder Ausschuss besser festgestellt werden. Außerdem können Fehler in der separaten Sensorik einfacher festgestellt werden. Der oben genannte Sensor der elektrischen Leiterstruktur kann ein Teil einer solchen separaten Sensorik bilden.
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Bevorzugt werden mehrere Informationen von der elektrischen Baueinheit ausgelesen. Bevorzugt werden während der Bearbeitung kontinuierlich oder in Intervallen Informationen von der elektrischen Baueinheit ausgelesen. So kann ein zeitlicher Verlauf oder eine zeitliche Veränderung der Information ermittelt werden. Es können stets Informationen derselben Informationsquelle der elektrischen Baueinheit ausgelesen werden oder Informationen verschiedener Informationsquelle der elektrischen Baueinheit.
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Das Auslesen der Information von der elektrischen Baueinheit und damit die Überwachung können prinzipiell ab dem Zeitpunkt beginnen, zu dem die elektrische Baueinheit durch das Kontaktierungsmittel kontaktiert ist. Der Beginn der Bearbeitung kann dementsprechend beispielsweise darin gesehen werden, dass die elektrischen Baueinheit auf einem Werkstückträger oder auf einem Werkzeug zum Bearbeiten der elektrischen Baueinheit angebracht wird, wobei beim Anbringen die elektrische Baueinheit durch das Kontaktierungsmittel kontaktiert wird.
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Das Auslesen der Information kann also bereits vor, während oder nach einem Bearbeitungsschritt mit einem Werkzeug beginnen. Entsprechend kann das Auslesen der Information ebenfalls bereits vor, während oder nach einem Bearbeitungsschritt mit einem Werkzeug enden. Bevorzugt beginnt das Auslesen der Information jedoch mit dem Bearbeitungsschritt mit einem Werkzeug und endet auch mit einem Bearbeitungsschritt mit demselben oder einem anderen Werkzeug.
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Durch die Erfindung können Prozessparameter für die Bearbeitung, wie beispielsweise ein Druck, eine Temperatur, eine Feuchtigkeit, eine mechanische Spannung etc., direkt an oder in der in Bearbeitung befindlichen elektrischen Baueinheit ermittelt werden. Die Bearbeitung der elektrischen Baueinheit kann dadurch nun besonders gut überwacht werden.
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Unter dem Auslesen der zumindest einen Information von der elektrischen Baueinheit ist sowohl ein Abfragen und Erhalten der Informationen von der elektrischen Baueinheit, als auch ein Auslesen oder Ausmessen der Information aus der elektrischen Baueinheit zu verstehen. Die Information kann somit einerseits ein Messwert sein, der an der elektrischen Baueinheit durch externe Mittel gemessen wurde. Andererseits kann die Information auch ein Messwert sein, den die elektrische Baueinheit selbst gemessen hat. In letzterem Fall verfügt die elektrische Baueinheit also über eine ausreichende Intelligenz, um den Messwert selbst zu bestimmen und zur Verfügung zu stellen/auszugeben.
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Die von der elektrischen Baueinheit ausgelesene Information kann auch eine andere Größe sein, die in der elektrischen Baueinheit erzeugt und davon auslesbar ist. Sie kann somit beispielsweise ein Taktsignal oder ein Standby-Signal sein. Die Information kann auch eine bestimmte elektrische Größe sein, wie eine bestimmte elektrische Spannung oder ein bestimmter elektrischer Strom sein, die an einem bestimmten Kontakt der elektrischen Baueinheit anliegt oder dort anliegen sollte. Die Information kann auch ein digitales Datensignal sein. Beispielsweise kann die elektrische Baueinheit eine Schnittstelle für einen Datenbus aufweisen, der dann während der Bearbeitung kontaktiert wird und entsprechende Daten ausgibt. Die Information kann dann in Form von einer oder mehreren Busnachrichten vorliegen.
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In einem einfachen Fall dient das Kontaktierungsmittel zum Anlegen eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung an die elektrische Baueinheit. Diese werden über die elektrische Leiterstruktur dem Kontaktierungsmittel zugeführt. Eine Reaktion der elektrischen Baueinheit auf diesen Strom oder diese Spannung ist dann beobachtbar. Diese Reaktion bildet dann die ausgelesene Information. Beispielsweise kann so ein elektrischer Widerstand, eine Induktivität oder Impedanz der elektrischen Baueinheit während der Bearbeitung ermittelt werden.
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Hieraus können Schlüsse auf bestimmte Bedingungen in der elektrischen Baueinheit während der Bearbeitung gezogen werden. Beispielsweise kann aus dem ermittelten elektrischen Widerstand der elektrischen Baueinheit auf die während der Bearbeitung darin vorliegende Temperatur oder zumindest auf eine darin vorgehende Temperaturänderung geschlossen werden. Grundlage hierfür können ein Strom-Temperaturmodell der Baueinheit oder empirisch ermittelte Daten sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein direkt und ohnehin in der elektrischen Baueinheit vorgesehener Sensor eingesetzt werden. Dementsprechend ist dann die elektrische Baueinheit während der Bearbeitung so durch das Kontaktierungsmittel und die elektrische Leiterstruktur kontaktiert, dass zumindest ein solcher Sensor der elektrischen Baueinheit funktionsfähig ist. Hiervon wird dann während der Bearbeitung zumindest eine Information (= Sensorwert) durch die Kontaktierung ausgelesen.
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Bevorzugt verfügt die elektrische Baueinheit daher über zumindest einen Sensor, der während der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit durch das Kontaktierungsmittel und die elektrische Leiterstruktur kontaktiert ist. Dann können Sensordaten des zumindest einen Sensors als Information ausgelesen und diese zur Überwachung der Bearbeitung / Herstellung eingesetzt werden. Bei den Sensordaten kann es sich insbesondere um Messwerte oder Zustandswerte des Sensors handeln.
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Der Sensor der elektrischen Baueinheit kann insbesondere ein Drucksensor oder ein Temperatursensor oder ein Magnetfeldsensor oder ein Beschleunigungssensor oder ein Dehnungssensor oder ein Feuchtigkeitssensor oder ein DEA-Sensor (Sensor zur dielektrischen Analyse) sein. Der Sensor kann jedoch auch anderer Arte sein. Der oben beschriebene optionale Sensor der elektrischen Leiterstruktur kann ebenfalls insbesondere als Drucksensor oder Temperatursensor oder Magnetfeldsensor oder Beschleunigungssensor oder Dehnungssensor oder Feuchtigkeitssensor oder DEA-Sensor ausgebildet sein.
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Mit einem Drucksensor kann ein Umgebungsdruck an der elektrischen Baueinheit als Information ermittelt werden, wie beispielsweise ein atmosphärischer Druck. Dieser kann also auch zur Überwachung des Umgebungsdrucks während der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit dienen.
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Mit einem Temperatursensor kann eine Temperatur an der elektrischen Baueinheit als Information ermittelt werden. Dieser kann also auch zur Überwachung der Temperatur der Baueinheit während der Bearbeitung dienen.
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Mit einem Magnetfeldsensor kann ein Magnetfeld an der elektrischen Baueinheit als Information ermittelt werden, wie insbesondere eine dortige Ausrichtung und Feldstärke eines Magnetfelds. Dieser kann also auch zur Überwachung des Magnetfelds während der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit dienen.
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Mit einem Beschleunigungssensor kann als Information eine Beschleunigung der elektrischen Baueinheit ermittelt werden. Er ist also zur Überwachung der während der Bearbeitung auf die elektrische Baueinheit wirkenden Beschleunigungen nutzbar. Er kann also insbesondere dazu eingesetzt werden, unzulässig hohe oder ungewöhnliche Vibrationen während der Bearbeitung festzustellen. Hierdurch kann beispielsweise auch auf einen Werkzeugverschleiß geschlossen werden.
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Mit einem Dehnungssensor kann eine mechanische Dehnung oder Stauchung an der elektrischen Baueinheit als Information ermittelt werden. Dieser kann also zur Überwachung der mechanischen Spannung, wie beispielsweise einer Zug- oder Druck- oder Scherspannung, an der elektrischen Baueinheit während der Bearbeitung dienen.
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Mit einem Feuchtigkeitssensor kann eine Feuchtigkeit an der elektrischen Baueinheit als Information ermittelt werden. Dieser kann also zur Überwachung der Feuchtigkeit der Baueinheit während der Bearbeitung dienen.
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Mit einem DEA-Sensor kann eine dielektrische Analyse an der elektrischen Baueinheit durchgeführt werden und somit ein Polymerisationsgrad eines Polymerwerkstoffes im Bereich der elektrischen Baueinheit als Information ermittelt werden. Dieser kann also zur Überwachung eines Polymerisationsprozesses während der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit dienen.
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Es können auch mehrere verschiedene solcher Sensoren und/oder andere Sensorarten, als die genannten, vorgesehen sein und entsprechende Informationen hiervon während der Bearbeitung ausgelesen werden.
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Unter der elektrischen Baueinheit kann beispielsweise eine teilweise oder ganz bestückte Leiterplatte verstanden werden. Unter einer elektrischen Baueinheit kann auch beispielsweise ein Logikchip, wie ein Speicher- oder Rechenbaustein einer Logikschaltung, verstanden werden. Oder es kann darunter ein Leistungschip, wie ein MOSFET- oder IGBT-Chip, verstanden werden. Unter einer elektrischen Baueinheit kann auch beispielsweise ein Controller verstanden werden, also ein elektronischer Teil einer Steuerung- oder Regelungsvorrichtung. Unter einer elektrischen Baueinheit kann jedoch auch beispielsweise ein Steuergerät verstanden werden, also eine gesamte Steuerung- oder Regelungsvorrichtung. Bei einer elektrischen Baueinheit kann es sich außerdem auch um einen Sensor selbst handeln. Bei der elektrischen Baueinheit kann es sich auch insbesondere um eine Leiterplatte mit zumindest einem darauf angeordneten passiven oder aktiven elektrischen Bauteil handeln. Bei der elektrischen Baueinheit kann es sich also auch insbesondere um eine Leiterplatte mit zumindest einem der genannten Elemente Logikchip, Leistungschip, Controller, Sensor handeln.
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Bei der elektrischen Baueinheit handelt es sich insbesondere um eine solche, die bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, also eine elektrische Kraftfahrzeugbaueinheit. Insbesondere kann es sich dabei um ein Kraftfahrzeugsteuergerät oder einen Kraftfahrzeugwechselrichter oder einer Komponente hiervon handeln. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt und kann auch bei der Bearbeitung anderer elektrischer Baueinheiten eingesetzt werden.
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Die elektrische Baueinheit weist bevorzugt zumindest einen elektrischen Kontakt auf. Dieser elektrische Kontakt dient insbesondere dazu, um im späteren bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Baueinheit, also im normalen Betrieb nach der Herstellung oder Bearbeitung, die elektrische Baueinheit zu kontaktieren. Es wird vorgeschlagen, dass ein solcher Kontakt zur Kontaktierung mittels des Kontaktierungsmittels und damit zum Abgriff der Informationen von der elektrischen Baueinheit dient. Es wird dann keine extra Kontaktfläche oder dergleichen für das Kontaktierungsmittel benötigt.
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Bevorzugt ist das Kontaktierungsmittel also so angeordnet, dass dieses bei der Bearbeitung der Baueinheit mittels der Bearbeitungsvorrichtung zumindest einen solchen, für den späteren Betrieb der elektrischen Baueinheit vorgesehenen elektrischen Kontakt der Baueinheit kontaktiert. Hierüber werden dann die Informationen von der Baueinheit ausgelesen.
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Bei dem Kontakt kann es sich um einen direkten elektrischen Kontakt handeln, bei dem die Kontaktpartner aneinander direkt anliegen müssen, wie beispielsweise ein Stecker oder eine Buchse oder ein Kontaktpad oder ein Kontaktstift oder eine Kontaktleiste mit mehreren Einzelkontakten. Bei dem Kontakt kann es sich alternativ auch um einen indirekten Kontakt handeln, bei dem die Kontaktpartner nicht direkt aneinander anliegen müssen, wie beispielsweise eine Sender- oder Empfängerspule oder eine Antenne. Bei dem Kontakt kann es sich auch um einen galvanisch getrennten Kontakt handeln, wie beispielsweise eine optische Schnittstelle. Dementsprechend kann die elektrische Baueinheit während der Bearbeitung mittels des Kontaktierungsmittels durch direkten Kontakt (also berührend) oder drahtlos (also nichtberührend) kontaktiert werden, beispielsweise per Funk oder induktiver Koppelung oder kapazitiver Koppelung oder optischer Koppelung.
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Bei dem Kontaktierungsmittel handelt es sich um einen mit dem Kontakt der elektrischen Baueinheit entsprechend zusammenwirkender Gegenkontakt. Als ein besonders geeignetes Kontaktierungsmittel zur Kontaktierung von Kontaktpads der elektrischen Baueinheit haben sich Kontaktstifte mit integrierter Druckfeder herausgestellt. Bei dem Kontaktierungsmittel handelt es sich dementsprechend insbesondere um zumindest so einen Kontaktstift mit integrierter Druckfeder, insbesondere um einen Hochtemperaturkontaktstift. Bei dem Kontaktierungsmittel kann es sich in einem einfachen Fall auch um einen Federkontakt handeln.
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Über das Kontaktierungsmittel und die elektrische Leiterstruktur kann der elektrischen Baueinheit auch eine elektrische Versorgungsspannung und ein elektrischer Versorgungsstrom zugeführt werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die elektrische Baueinheit zumindest einen Sensor aufweist oder selbst ein Sensor ist und wenn dieser Sensor während der Bearbeitung durch elektrische Bestromung in Betrieb genommen wird, um entsprechende Informationen zur Überwachung der Bearbeitung davon auszulesen.
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Es ist somit möglich, über das Kontaktierungsmittel eine (vollständige oder teilweise) Funktionsprüfung der elektrischen Baueinheit bereits während ihrer Bearbeitung durchzuführen. Beispielsweise können der elektrischen Baueinheit über das Kontaktierungsmittel somit Informationen zugeführt werden und eine Reaktion der elektrischen Baueinheit hierauf ermittelt werden. Wenn die elektrische Baueinheit beispielsweise im bestimmungsgemäßen Betrieb zur Auswertung von Sensorsignalen dient, kann während der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit daran ein entsprechender Sensor über das Kontaktierungsmittel angeschlossen werden. Wenn die elektrische Baueinheit dann die darüber erhaltenen Sensorsignale korrekt auswertet, war die Bearbeitung der elektrischen Baueinheit in Ordnung.
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Die Kontaktierung der elektrischen Baueinheit kann entweder nur zeitweise oder während der gesamten Bearbeitung hergestellt sein. Ebenso kann entweder während der gesamten Dauer der Kontaktierung oder nur zeitweise die Information ausgelesen werden.
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Zumindest einer von Werkzeug und Werkstückträger weist das Kontaktierungsmittel zur Kontaktierung der elektrischen Baueinheit und zum Auslesen von Informationen von der Baueinheit im Rahmen ihrer Bearbeitung auf. Dies beinhaltet zum einen, dass nur einer von Werkzeug und Werkstückträger ein solches Kontaktierungsmittel aufweisen kann. Und zum anderen beinhaltet dies, dass beide von Werkzeug und Werkstückträger je ein solches Kontaktierungsmittel aufweisen können. An denjenigen von Werkzeug und Werkstückträger, der das Kontaktierungsmittel aufweist, ist dabei die elektrische Leiterstruktur befestigt.
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Die Bearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise eine Bearbeitungsmaschine oder ein ganzes Bearbeitungszentrum für die elektrische Baueinheit sein. Die Bearbeitungsvorrichtung kann auch über mehrere solcher Werkzeuge und/oder solcher Werkstückträger verfügen.
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Ein beweglicher oder ein unbeweglicher Teil des Werkzeugs oder Werkstückträgers kann das Kontaktierungsmittel umfassen. Das Kontaktierungsmittel kann demnach an dem beweglichen oder unbeweglichen Teil angeordnet sein, oder es kann durch dieses Teil des Werkzeugs oder Werkstückträgers selbst gebildet werden, also integraler Bestandteil dieses Teils sein.
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Das Kontaktierungsmittel kann dementsprechend von einem Positionierstift, einem Auswerfer oder einem Schieber des Werkzeugs oder Werkstückträgers für die elektrische Baueinheit umfasst sein. D.h. das Kontaktierungsmittel kann an dem Positionierstift, Auswerfer oder Schieber angeordnet sein, oder es kann durch den Positionierstift, Auswerfer oder Schieber selbst gebildet sein.
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Ein solcher Auswerfer entfernt beispielsweise die elektrische Baueinheit aus dem Werkzeug oder dem Werkstückträger nach erfolgter Bearbeitung oder auch erst nach der Herstellung. Ein Schieber kann beispielsweise zur Verriegelung der elektrischen Baueinheit an dem Werkzeug bzw. dem Werkstückträger dienen. Ein Positionierstift sorgt beispielsweise für eine korrekte Positionierung der elektrischen Baueinheit bei der Bearbeitung.
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Das Werkzeug kann, wie oben angesprochen, eine Form für die elektrische Baueinheit sein. Es kann also eine Gussform oder eine Stanzform für die elektrische Baueinheit sein. In diesem Fall bildet es dementsprechend ein Gusswerkzeug oder ein Stanzwerkzeug.
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Beispielsweise können mit einem Stanzwerkzeug bestimmte, nicht benötigte Teile der elektrischen Baueinheit entfernt werden. Beispielsweise können mit einem Gusswerkzeug Teile der elektrischen Baueinheit eingegossen werden oder es kann damit die gesamte elektrische Baueinheit eingegossen werden.
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Bei dem Gusswerkzeug kann es sich um eine Spritzgussform handeln. Mittels einer solchen Spritzgussform sind Teile oder die gesamte elektrische Baueinheit im Spitzgussverfahren umspritzbar. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Werkzeug also um eine Kunststoffspritzgussform. Dementsprechend kann dann die Bearbeitung der elektrischen Baueinheit im Rahmen eines Spritzgussverfahrens überwacht werden. Beispielsweise kann hierdurch eine Temperatur oder ein Einspritzdruck des verwendeten Gusswerkstoffs gesteuert oder geregelt werden. Oder es kann der Polymerisationsgrad eines als Gusswerkstoff verwendeten Polymers überwacht werden.
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Das Gusswerkzeug kann auch aus mehreren Teilen bestehen. Hierdurch kann die elektrische Baueinheit nach der Bearbeitung einfacher entnommen werden. Das Kontaktierungsmittel kann dabei in nur einem Teil der Form oder in mehreren Teilen der Form angeordnet sein oder jeweils ein integrierter Teil davon sein.
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Bevorzugt weist die Bearbeitungsvorrichtung ein Überwachungsmittel zur Überwachung der Bearbeitung auf. Das Überwachungsmittel ist zum Auslesen der zumindest einen Information von der elektrischen Baueinheit mittels der Kontaktierungsmittel im Rahmen der Bearbeitung dieser Baueinheit ausgebildet. Dies umfasst ein Auslesen der Information beispielsweise vor, während oder nach einem Bearbeitungsschritt mit einem Werkzeug. Das Überwachungsmittel ist hierzu mit dem Kontaktierungsmittel über die elektrische Leiterstruktur elektrisch kontaktiert.
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Bei der Überwachungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Datenlogger handeln, der die Informationen speichert oder eine Steuerung-oder Regelungsvorrichtung, um Bearbeitungsparameter für die Bearbeitung der der elektrischen Baueinheit einzustellen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
- 1 eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Gusswerkzeug und mit Kontaktierungsmitteln und mit einer elektrischen Leiterstruktur,
- 2 eine elektrische Leiterstruktur mit Kontaktierungsmitteln.
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In den Figuren sind gleiche oder zumindest in ihrer Funktion vergleichbare Bauteile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung 1 zur Bearbeitung einer elektrischen Baueinheit im Rahmen der Herstellung der elektrischen Baueinheit. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 weist ein Gusswerkzeug 2 auf, insbesondere zum Spritzguss. Das Werkzeug 2 bildet also eine Gussform.
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Das Gusswerkzeug 2 ist mehrteilig ausgeführt. Dadurch kann das Gusswerkzeug 2 geöffnet werden und in ein Inneres (in eine entsprechende Kavität) des Gusswerkzeugs 2 die elektrischen Baueinheit eingelegt werden. Nach Schließen des Gusswerkzeugs 2 ist zumindest ein Teil der elektrischen Baueinheit mit Gussmasse umgießbar. Das Gusswerkzeug 2 besteht im Wesentlichen aus einem Deckel 2A, sowie aus einem mit dem Deckel 2A korrespondierenden Boden 2B. Eine von Deckel 2A und Boden 2B kann als Matrize ausgeführt sein und der andere von Deckel 2A und Boden 2B kann als Patrize ausgeführt sein.
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Zwischen Deckel 2A und Boden 2B ist die Kavität vorgesehen, innerhalb dessen die elektrische Baueinheit angeordnet ist. Die Kavität ist bereichsweise größer als die elektrische Baueinheit 1 ausgeführt, sodass der verbleibende Raum durch Gusswerkstoff vergießbar ist. Nach anschließendem Öffnen des Gusswerkzeugs 2 verbleibt dieser Gusswerkstoff an der elektrischen Baueinheit. Sie dient dann insbesondere zur elektrischen Isolation und/oder zur mechanischen Stabilisierung der elektrischen Baueinheit.
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In dem Deckel 2A des Gusswerkzeugs 2 innerhalb der Kavität für die elektrische Baueinheit sind Kontaktstifte 3 angeordnet (siehe 2), durch die elektrische Kontakte der elektrischen Baueinheit während der Gussbearbeitung kontaktierbar sind. Diese Kontakte an der elektrischen Baueinheit dienen insbesondere auch zur späteren Kontaktierung der elektrischen Baueinheit nach deren Bearbeitung oder Herstellung, also im bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Baueinheit. Beispielsweise kann die elektrische Baueinheit 1 hierüber dann mit anderen elektrischen Baueinheiten kommunizieren und/oder mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Bei den Kontaktstiften 3 handelt es sich jeweils um ein Kontaktierungsmittel, durch welches Informationen von der elektrischen Baueinheit im Rahmen der Gussbearbeitung auslesbar sind.
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Vorliegend sind die Kontaktstifte 3 mit einer integrierten Druckfeder ausgeführt, insbesondere als Hochtemperaturkontaktstifte. Hierdurch legen sich diese Kontaktstifte 3 automatisch beim Einlegen der elektrischen Baueinheit in das Gusswerkzeug 2 oder spätestens beim Schließen des Gusswerkzeugs 2 jeweils an den korrespondierenden elektrischen Kontakt der elektrischen Baueinheit an.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktstifte 3 ist eine elektrische Leiterstruktur 4 vorgehen. Diese ist vorliegend als starre Leiterplatte ausgeführt. Alternativ kann sie auch als flexible Leiterplatte oder als Stanzgitter ausgeführt sein. Die Leiterstruktur 4 trägt die Kontaktstifte 3. Die Leiterstruktur 4 ist an dem Deckel 2A des Gusswerkzeugs 2 auf geeignete Art befestigt. Alternativ dazu können die Kontaktstifte 3 auch am Boden 2B des Gusswerkzeugs 2 angeordnet sein. Dann ist die Leiterstruktur 4 entsprechend an dem Boden 2B des Gusswerkzeugs 2 auf geeignete Art befestigt.
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Die Leiterstruktur 4 führt von den Kontaktstiften 3 im Inneren des Gusswerkzeugs 2 zu einer Außenseite des Gusswerkzeugs 2, sodass die Informationen der Baueinheit von der Außenseite auslesbar sind. Hierzu weist die elektrische Leiterstruktur 4 an der Außenseite des Gusswerkzeugs 2 einen Stecker oder eine Buchse 5 auf, an der die von der der elektrischen Baueinheit ausgelesenen Informationen abgreifbar sind.
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Optional kann die elektrischen Leiterstruktur 4 selbst über einen oder mehrere Sensoren verfügen. Von diesem Sensor können weitere Informationen gewonnen werden. Auch diese weiteren Informationen können an dem Stecker oder der Buchse 5 an der Außenseite des Gusswerkzeugs 2 abgreifbar sein. Der Sensor befindet sich dann insbesondere im Bereich der Kavität des Gusswerkzeugs 2, die für die elektrische Baueinheit vorgesehen ist.
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Gemäß 2 sind alle der Kontaktstifte 3 mit der einen (einzigen) elektrischen Leiterstruktur 4 kontaktiert. Somit ist vorliegend keine weitere vergleichbare Leiterstruktur erforderlich. Es ist allerdings möglich und gegebenenfalls zweckdienlich, mehrere entsprechende Leiterstrukturen 4 vorzusehen, um sämtliche Kontaktstifte 3 zu kontaktieren.
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Vorliegend ist die Leiterstruktur 4 so ausgeführt, dass sie einen äußeren Rand der elektrischen Baueinheit umgibt, wenn diese in das Gusswerkzeug 2 eingelegt ist. Dort sind dementsprechend die elektrischen Kontakte der elektrischen Baueinheit angeordnet, die im Rahmen der Bearbeitung kontaktiert werden sollen. Die Leiterstruktur 4 ist dazu U-förmig ausgeführt. Im freien Raum innerhalb der U-Form ist Platz für die einzugießenden Bereiche der elektrischen Baueinheit.
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Es ist vorgesehen, dass zumindest während der Bearbeitung mit dem Gusswerkzeug 2 über die Kontaktstifte 3 und die elektrische Leiterstruktur 4 Informationen von der elektrischen Baueinheit ausgelesen werden. Bei diesen Informationen handelt es sich insbesondere um Sensordaten eines Sensors der elektrischen Baueinheit.
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Denkbar ist jedoch, dass alternative oder zusätzliche Informationen von der die elektrischen Baueinheit ausgelesen werden. Diese Informationen werden zur Überwachung der Bearbeitung der elektrischen Baueinheit mit dem Gusswerkzeug 2 verwendet.
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Durch diese ausgelesenen Informationen und durch die optionalen Informationen von dem Sensor der elektrischen Leiterstruktur 4 kann auf die Bearbeitung direkt Einfluss genommen werden. Beispielsweise kann der Gussvorgang mit dem Gusswerkzeug 2 anhand dieser Informationen gesteuert oder geregelt werden. Beispielsweise kann so die Gussbearbeitung verlangsamt oder beschleunigt werden, um ein Überhitzen der elektrischen Baueinheit während der Bearbeitung zu verhindern. Die Informationen können außerdem beispielsweise als Qualitätsnachweis gespeichert werde, insbesondere individualisiert für diese spezifische elektrische Baueinheit.
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Zur Überwachung der Bearbeitung ist insbesondere ein Überwachungsmittel vorgesehen. Das Überwachungsmittel kann insbesondere abseits des Gusswerkzeugs 2 angeordnet sein und an den Stecker oder die Buchse 5 der elektrischen Leiterstruktur 4 angeschlossen sein. Es ist möglich, dass die elektrische Leiterstruktur 4 selbst bereist über Mittel zur zumindest teilweisen Auswertung der Informationen verfügt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungsvorrichtung
- 2
- Gusswerkzeug
- 2A
- Deckel
- 2B
- Boden
- 3
- Kontaktierungsmittel, Kontaktstift
- 4
- Leiterstruktur
- 5
- Stecker, Buchse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016221142 A1 [0004, 0021]
