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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteilverbunds mittels einer Fügeverbindung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Ferner betrifft die Erfindung einen Bauteilverbund gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Derartige Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbunds mittels einer Fügeverbindung sowie von einer Bauteilverbindung eines ersten Fügeteils mit zumindest einem zweiten Fügeteil mittels einer Fügeverbindung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei welcher das erste Fügeteil mit dem zumindest zweiten Fügeteil mittels eines in einem zumindest bereichsweise begrenzten Fügespalt angeordneten ersten Klebstoffs nach einer ersten Aushärtezeit relativ zueinander fixiert werden, sind bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2018 000 313 A1 ein Gehäuse und ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses mit wenigstens zwei Gehäuseelementen, welche mittels eines Klebstoffs, miteinander verbunden werden. In einem bereichsweise begrenzten Aufnahmebereich zwischen den beiden Gehäuseelementen wird der Klebstoff angeordnet, und nachdem dieser ausgehärtet ist, kann das Gehäuse weiterverarbeitet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteilverbunds und einen Bauteilverbund weiterzuentwickeln, mittels welchen eine schnell ausgehärtete Fügeverbindung mit hoher Dauerfestigkeit realisiert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Bauteilverbund mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Um ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteilverbunds mittels einer Fügeverbindung derart weiterzuentwickeln, dass eine schnell ausgehärtete Fügeverbindung mit einer hohen Dauerfestigkeit realisierbar ist, wird ein Klebespalt zumindest bereichsweise von einem ersten Klebstoff begrenzt, welcher zeitlich vor einer Anordnung eines zweiten Klebstoffs auf einer Klebefläche eines ersten Fügeteils appliziert und anschließend mit einer korrespondierenden Klebefläche eines zweiten Fügeteils in Kontakt gebracht wird, um die zumindest zwei Fügeteile nach einer zu einer zweiten Aushärtezeit längeren ersten Aushärtezeit miteinander zu verbinden. Das bedeutet, dass die zumindest zwei Fügeteile mittels zweier Klebstoffe, dem ersten Klebstoff mit seiner ersten Aushärtezeit und dem zweiten Klebstoff mit seiner zweiten Aushärtezeit, zu einem Bauteilverbund miteinander verbunden werden. Beide Klebstoffe werden in Abhängigkeit von ihren Eigenschaften, insbesondere ihrer jeweiligen Aushärtezeit, und jeweiligen Anforderungen an eine jeweilige Klebewirkung zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf der jeweiligen Klebefläche beziehungsweise im jeweiligen Klebspalt aufgetragen. Der erste Klebstoff zeichnet sich im Vergleich zum zweiten Klebstoff durch ein langsames Aushärten aus, das heißt der erste Klebstoff benötigt länger als der zweite Klebstoff, um beispielsweise eine stabile Verbindung zwischen zumindest zwei Fügeteilen herzustellen und eine Endfestigkeit aufzubauen.
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Für eine Herstellung des Bauteilverbunds wird zuerst der erste Klebstoff auf der Klebefläche des ersten Bauteils appliziert, bevor der applizierte Klebstoff mit der ihm zugeordneten, das heißt korrespondierenden, Klebefläche eines zweiten Fügeteils in Kontakt gebracht wird. Beispielsweise erfolgt der Kontakt, indem beide Fügeteile nach dem Auftragen des zweiten Klebstoffs miteinander verpresst werden. Der erste Klebstoff begrenzt zumindest bereichsweise den Klebespalt zwischen den beiden Fügeteilen, in welchen in einem nächsten Schritt der zweite Klebstoff angeordnet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der erste Klebstoff noch nicht vollständig ausgehärtet. Der zweite Klebstoff fixiert somit nach einer vergleichsweise raschen Aushärtezeit die beiden Fügeteile miteinander, sodass beispielsweise auf ein konstruktives Stützmittel, welches die zumindest zwei Fügeteile während des Aushärtens zusammenhält, verzichtet werden und der Bauteilverbund rasch einem nächsten Weiterverarbeitungsschritt zugeführt werden kann.
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Es ist ferner vorgesehen, dass nach einer Applikation des ersten Klebstoffs mit einer ersten Viskosität auf einem der Fügeteile der zweite Klebstoff mit einer zur ersten Viskosität niedrigeren zweiten Viskosität in der Fügespalte angeordnet wird. Das bedeutet, dass sich ein Fließverhalten der beiden Klebstoffe voneinander unterscheidet, welches von der jeweiligen Viskosität, das heißt Zähigkeit, des Klebstoffs charakterisiert wird. Aufgrund der höheren Viskosität des zweiten Klebstoffs, das heißt seiner Dickflüssigkeit, kann dieser beispielsweise die Klebeflächen leichter benetzen, das heißt einen Kontakt zur Klebefläche und in weitere Folge insbesondere Adhäsionskräfte aufbauen. Auch verbleibt der zweite Klebstoff nach seiner Applikation überwiegend und insbesondere vollständig auf der Klebefläche und zeigt eine geringe Neigung, beispielsweise bei Applikation auf einer von der Horizontalen abweichenden Klebefläche, zu verfließen. Der erste Klebstoff weist hingegen eine geringe Viskosität auf und ist daher fließfähiger. Aufgrund seiner erhöhten Fließfähigkeit kann er beispielsweise auch erschwert zugängliche Bereiche im Klebespalt, wo eine direkte Anordnung nicht möglich ist, erreichen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass als erster Klebstoff und/oder als zweiter Klebstoff ein Polyurethan-Klebstoff angeordnet und/oder appliziert wird. Mittels Polyurethan-Klebstoffe kann eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe, insbesondere bei Kunststoffen und/oder Verbundwerkstoffen, welche in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Vorteilhaft bei der mittels Polyurethan-Klebstoff hergestellten Fügeverbindung ist, dass elastische Konstruktionen, welche hohen dynamischen Belastungen widerstehen können, realisierbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform wird als erster Klebstoff ein Ein-Komponenten-Klebstoff auf einem der Fügeteile appliziert und/oder als zweiter Klebstoff ein Zwei-Komponenten-Klebstoff im Klebespalt angeordnet. Das bedeutet, dass beim Zwei-Komponenten-Klebstoff, kurz 2K-Klebstoff, mehrere Komponenten, beispielsweise Harz und Härter, erst kurz vor einem Auftragen, das heißt Applizieren, vermischt werden. Im Gegensatz dazu liegen die Ein-Komponenten-Klebstoffe, kurz 1K-Klebstoffe, bereits gebrauchsfertig gemischt vor und können direkt im Klebespalt aufgetragen werden. Das exotherme Aushärten von Zwei-Komponenten-Klebstoffen kann beispielsweise durch Mischen der unterschiedlichen Komponenten oder von Ein-Komponenten-Klebstoffen beispielsweise durch Zuführen von Wärme oder Luftfeuchtigkeit gestartet werden. Vorteilhaft ist, dass Zwei-Komponenten-Klebstoffe einfach handzuhaben sind und ihre Härtungsgeschwindigkeit je nach Anwendung einstellbar ist, sodass die Fügeteile des Bauteilverbunds einfach und rasch miteinander verbindbar sind. Die verbundenen Fügeteile, die rasch eine für eine Verarbeitung erforderliche Festigkeit aufweisen, können nach einer kurzen Aushärtezeit weiterverarbeitet werden. Ein-Komponenten-Klebstoffe härten relativ langsam, können aber im Vergleich zu Zwei-Komponenten-Klebstoffe über eine längere Zeitdauer eine erforderliche Festigkeit der Fügeverbindung gewährleisten.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass der auf einer Klebefläche des ersten Fügeteils applizierte zweite Klebstoff mit einer korrespondierenden Klebefläche des zweiten Fügeteils mittels Verpressen in einem Werkzeug in Kontakt gebracht wird. Hierbei werden die beiden Fügeteile beispielsweise unter Druck, welcher von einem Werkzeug aufgebracht wird, aneinander gedrückt, um die Fügeteile im Bauteilverbund anzuordnen. Vorteilhaft ist, dass insbesondere vorhandene Werkzeuge eingesetzt werden können.
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Die Erfindung umfasst zudem einen Bauteilverbund eines ersten Fügeteils mit zumindest einem zweiten Fügeteil mittels einer Fügeverbindung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem das erste Fügeteil mit zumindest einem zweiten Fügeteil mittels eines in einer zumindest bereichsweise begrenzten Fügespalte angeordneten zweiten Klebstoffs nach einer zweiten Aushärtezeit relativ zueinander fixiert ist, wobei die Fügespalte von einem ersten Klebstoff begrenzt ist, welcher zeitlich vor der Anordnung des ersten Klebstoffs auf einer Klebefläche des ersten Fügeteils appliziert und anschließend mit einer korrespondierenden Klebefläche des zumindest einen zweiten Fügeteils in Kontakt gebracht wird, um die zumindest zwei Fügeteile nach einer zur zweiten Aushärtezeit längeren ersten Aushärtezeit miteinander zu verbinden. Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für den erfindungsgemäßen Bauteilverbund.
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Der Bauteilverbund zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass eine Alterungsbeständigkeit des zweiten Klebstoffs geringer als diejenige des ersten Klebstoffs ist. Die Alterungsbeständigkeit beschreibt eine Materialeigenschaft des jeweiligen Klebstoffs, sich irreversible chemische und/oder physikalische Abbauvorgänge, das heißt einer Degradation, des Klebstoffs zu widersetzen. Die Abbauvorgänge sind zeitabhängig und werden insbesondere von einer lang andauernden Einwirkung diverser Umgebungsfaktoren, beispielsweise Temperatur und Feuchtigkeit, beeinflusst. Des Weiteren kann beispielsweise eine Kombination der Umgebungsfaktoren mit mechanischen Belastungen einer Alterung des jeweiligen Klebstoffs beschleunigen. Da der Bauteilverbund von zwei unterschiedlichen Klebstoffen zusammengehalten wird, kann der erste Klebstoff die Verbindung der zumindest zwei Fügeteile weiterhin gewährleisten, wenn eine Alterung des zweiten Klebstoffs schon derart fortgeschritten ist, dass beispielsweise eine Funktionalität des zweiten Klebstoffs nicht mehr gegeben ist. Auch erlauben die unterschiedlichen Materialeigenschaften hinsichtlich der Alterungsbeständigkeit einen bedarfsbezogenen und kostenoptimierten Einsatz des jeweiligen Klebstoffs.
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Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist vorgesehen, dass das eine der Fügeteile eine dem anderen der Fügeteile zugewandte und mit dem anderen der Fügeteile einen Hohlraum umschließende Einbuchtung aufweist, deren Rand die Klebefläche und/oder den Fügespalt bereichsweise begrenzt. Das heißt, in einem von einem Klebebereich unterschiedlichen Teilbereich des einen Fügeteils ist die Einbuchtung angeordnet, wobei der Klebebereich die Klebefläche und/oder die Fügespalte umfasst. Gemeinsam mit dem anderen Fügeteil bildet das eine Fügeteil im vom Klebebereich unterschiedlichen Teilbereich, das heißt bei der Einbuchtung, den Hohlraum aus. Die insbesondere als Vertiefung im einen Fügeteil ausgeführte Einbuchtung erlaubt beispielsweise eine gewichtssparende Ausführung des ersten Bauteils, sodass weniger Belastungen auf dem Bauteilverbund aufgrund eines Eigengewichts des einen Fügeteils auf die Fügeverbindung wirken und diese geringer dimensioniert ausführbar ist.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine zumindest im Wesentlichen konkav nach innen zum Hohlraum gewölbte Innenseite einer Fügeteilwandung des einen Fügeteils die Einbuchtung bildet. Das heißt, die Innenseite der Fügeteilwandung begrenzt die Einbuchtung des einen Fügeteils und den die Einbuchtung umfassenden Hohlraum im Bauteilverbund. Insbesondere eine annähernd konkave und vorzugsweise symmetrische Form der Einbuchtung erlaubt eine einfache und gewichtsreduzierte Fertigung des ersten Fügeteils und eine Flexibilität bei geringfügigen Änderungen beim Herstellen des Bauteilverbunds.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Fügeteilwandung zumindest eine Öffnung auf, durch welche hindurch der erste Klebstoff in der Fügespalte anordenbar ist. Das heißt, dass der zweite Klebstoffs, welcher beispielsweise mittels Injektion in der Fügespalte angeordnet wird, vorzugsweise mit einer Dosiereinrichtung, durch die zumindest eine Öffnung der Fügeteilwandung im Bereich der Einbuchtung in den Hohlraum eingeführt und bedarfsbezogen angeordnet wird. Die zumindest eine Öffnung erlaubt, dass der zweite Klebstoff auch angeordnet werden kann, wenn die Fügespalte nicht direkt zugänglich ist, ohne beispielsweise eine Stabilität des ersten Fügeteils und in weiterer Folge des Bauteilverbunds zu reduzieren.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 in einer Perspektivansicht zwei miteinander zu verbindende Fügeteile nach einer Applikation eines zweiten Klebstoffs auf dem einen Fügeteil;
- 2 in einer Seitenansicht die zwei miteinander mittels des zweiten Klebstoffs in Kontakt gebrachte Fügeteile gemäß der ersten Ausführungsform; und
- 3 in einer weiteren Seitenansicht die zwei miteinander mittels eines ersten Klebstoffs fixierten Fügeteile gemäß der ersten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1, 2 und 3 ist jeweils dieselbe Ausführungsform eines Bauteilverbunds 10 dargestellt, wobei die einzelnen Abbildungen unterschiedliche Verfahrensschritte beim Herstellen des Bauteilverbunds 10 umfassen.
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1 zeigt ein erstes Fügeteil 12 und ein zweites Fügeteil 14, welche nach einem Fügen mittels einer als Klebeverbindung ausgebildeten Fügeverbindung 16 einen Bauteilverbund 10 umfassen. Die Fügeverbindung 16 wird mittels zweier Klebstoffe, einem ersten Klebstoff 20 und einem zweiten Klebstoff 18 gebildet. Zu Beginn wird auf einer Klebefläche 22 des ersten Fügeteils 12, welches in der abgebildeten Ausführungsform eine Wabenstruktur aufweist, ein erster Klebstoff 20 appliziert. Das erste Fügeteil 12 wird anschließend am zweiten Fügeteil 14, welches in der abgebildeten Ausführungsform eine Platte umfasst, angeordnet, wie in 1 mit einem Pfeil P1 angedeutet wird, sodass der auf der Klebefläche 22 applizierte erste Klebstoff 20 mit einer korrespondierenden Klebefläche 24 des zweiten Fügeteils 14 insbesondere durch Verpressen in einem nicht dargestellten Werkzeug in Kontakt gebracht wird. Der erste Klebstoff 20 verbleibt beispielweise aufgrund seiner hohen Viskosität auch ohne einem zusätzlichen Begrenzungselement großteils und vorzugsweise vollständig auf den beiden Klebeflächen 22, 24. Die beiden Klebeflächen 22, 24 sind bevorzugt eben ausgebildet und derart beschaffen, dass der erste Klebstoff 20 gut an der Klebefläche 22, 24 haftet und in weiterer Folge eine geeignete Fügeverbindung 16 ausbilden kann.
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2 zeigt in einer Seitenansicht die beiden Fügeteile 12, 14 einem ersten Aneinanderfügen mittels des ersten Klebstoffs 20, wobei die beiden Fügeteile 12, 14 zu diesem Zeitpunkt noch nicht mittels des ersten Klebstoffs 20 verbunden stoffschlüssig werden, da dieser noch nicht ausgehärtet ist. Beide Fügeteile 12, 14 und der applizierte erste Klebstoff 20 bilden beispielsweise einen Hohlraum 26 aus, welcher von der Klebefläche 20 unterschiedliche Teilbereiche der jeweiligen Fügeteile 12, 14 und eine Oberfläche 28 des ersten Klebstoffs 20 umfasst. Der zum ersten Fügeteil 12 zugeordnete Teilbereich weist eine Einbuchtung 30 auf, welche insbesondere durch eine annähernd konkav nach innen zum Hohlraum 26 gewölbte Innenseite 32 einer Fügeteilwandung 34 des ersten Fügeteils 12 bildet. In der Fügeteilwandung 34 ist zumindest eine Öffnung 36 angeordnet, durch welche hindurch der Hohlraum 26 von außerhalb des Bauteilverbunds 10 erreichbar ist. Der Hohlraum 26 umfasst des Weiteren eine Fügespalte 38, welche zumindest bereichsweise von der Oberfläche 28 des zweiten Klebstoffs 20 und den beiden Fügeteilen 12, 14, insbesondere einem Rand 40 der Einbuchtung 30, begrenzt wird.
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3 zeigt die beiden Fügeteile 12, 14 im Bauteilverbund 10, nachdem der zweite Klebstoff 18 in der Fügespalte 38 angeordnet, beispielsweise injiziert, wurde. Die Anordnung des zweiten Klebstoffs 18 erfolgt durch die Öffnung 36 hindurch und wird schematisch mit einem weiteren Pfeil P2 angedeutet. Die Abbildung zeigt, dass der zweite Klebstoff 18 auf einer Oberfläche 42 des zweiten Fügeteils 14 aufgrund seiner niedrigen Viskosität entlang in Richtung des Fügespalts 38 fließt und diesen vollständig ausfüllt, sodass beide Fügeteile 12, 14 sowohl mittels des ersten Klebstoffs 18 als auch mittels des zweiten Klebstoffs 20 mittelbar miteinander verbunden sind. Des Weiteren zeigt 3 einen Randbereich 44 des Bauteilverbunds 10, wo das Auftragen des zweiten Klebstoffs 18 in der Fügespalte 38 von außerhalb des Bauteilverbunds 10 erfolgen kann.
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Der zweite Klebstoff 18 fixiert nach einer kurzen Aushärtezeit den Bauteilverbund 10, sodass rasch eine Weiterverarbeitung erfolgen kann, bevor der erste Klebstoff 20 vollständig ausgehärtet ist und die beiden Fügeteile 12, 14 stoffschlüssig miteinander verbindet.
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Stand der Technik zum Herstellen eines Bauteilverbunds 10, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise das Ausbilden von Fügeverbindungen 16 mittels eines Zwei-Komponenten-Klebstoffs, vorzugsweise eines Zwei-Komponenten-Polyurethan-Klebstoffs, kurz 2K-PUR-Klebstsoff. Dieser Klebstoff 18 weist eine rasche Aushärtezeit auf und ermöglicht daher eine schnelle Weiterverarbeitung der miteinander fixierten Fügeteile 12, 14. Aufgrund ihrer niedrigen Viskosität tendiert dieser Klebstoff 18 dazu, durch die Fügespalte 38 hindurch zu fließen, sofern diese nicht zumindest bereichsweise beispielsweise mittels einer aufwendigen Dichtevorrichtung, insbesondere von einem Formwerkzeug mit einem entsprechenden Dichtkonzept, zurückgehalten wird. Des Weiteren weist dieser Klebstoff 18 nur eine zeitlich begrenzte Alterungsbeständigkeit auf, sodass möglicherweise nach einer geringen Zeitdauer bereits beispielsweise eine Festigkeit des Bauteilverbunds 10 nicht mehr gewährleistet werden kann und zusätzliche mechanische Befestigungselemente angebracht werden müssen.
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Um einen entsprechenden Bauteilverbund 10 mittels einer Fügeverbindung 16 mit einer geringen Taktzeit und einer erhöhten Dauerfestigkeit zu realisieren, werden die beiden Fügeteile 12, 14 zuerst mit dem schnell aushärtenden Klebstoff 18 mit geringer Viskosität, dem 2K-PUR-Klebstoff, fixiert, wobei der vorab langsam aushärtender hochviskose Klebstoff 20, beispielsweise ein Ein-Komponenten-Polyurethan-Klebstoff, kurz 1K-PUR-Klebstoff, die Fügespalte 38 derart zumindest bereichsweise begrenzt, dass ein Fließweg des für den anderen Klebstoffs 18 von diesem eingedämmt wird. Der Bauteilverbund 10 kann anschließend rasch weiter verarbeitet werden, ohne dass zusätzliche Fügeelemente zur Sofortfixierung erforderlich sind, und erhält seine endgültige Festigkeit, beispielweise eine Dauerhaftfestigkeit, erst wenn der Klebstoff 20 vollständig ausgehärtet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018000313 A1 [0002]
