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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorkomponente eines Elektromotors. Bei der Motorkomponente handelt es sich insbesondere um einen Rotor oder Stator des Elektromotors. Außerdem betrifft die Erfindung einen Elektromotor, umfassend eine derartige Motorkomponente.
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Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt. Werden solche Elektromotoren als Fahrzeugantriebe verwendet, so sind diverse Anforderungen an den Elektromotor zu erfüllen. Nicht sehr stark im Fokus stand dabei die elektromagnetische Verträglichkeit. Allerdings hat sich gezeigt, dass zwischen axialen Enden der Spulenwicklung der Statorzähne bzw. der Statornuten und dem Rotor ein elektrisches Feld aufgebaut wird. Insbesondere durch die Ansteuerung mit einem Pulswechselrichter kommt es auf dem Rotor zu einer influenzierten hochfrequenten Wechselspannung. Eine elektromagnetische Verträglichkeit wird durch diesen Effekt negativ beeinflusst. Beispielsweise ergeben sich Störungen auf den Radioempfang eines Fahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik ist insbesondere die
DE 10 2015 215 588 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Nutschlusselement zum elektrischen Verbinden benachbarter Statorzähne. Durch eine derartige Verbindung werden die Statorzähne, insbesondere Kopfbereiche der Statorzähne, auf dasselbe Potential gebracht. Aus dem genannten Dokument geht hervor, dass auf einem Trägerelement mindestens ein Abschirmelement angebracht ist. Dieses Abschirmelement kann auch nachträglich, d.h. nach dem Fügen des Trägerelements, auf das selbige aufgebracht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Motorkomponente eines Elektromotors erlaubt eine sichere und zuverlässige elektrische Verbindung von einer Nut begrenzenden Elementen. Bei diesen Elementen handelt es sich insbesondere um Zähne des Grundkörpers. Durch die elektrische Verbindung lässt sich die elektromagnetische Verträglichkeit des Elektromotors erheblich verbessern, so dass negative Störungen, wie beispielsweise beim Radioempfang, minimiert sind.
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Die erfindungsgemäße Motorkomponente ist insbesondere ein Rotor oder Stator eines Elektromotors. Die Motorkomponente weist einen Grundkörper auf, der sich um eine Mittelachse erstreckt. Die Mittelachse der Motorkomponente ist insbesondere gleichzeitig auch Mittelachse des Elektromotors. Der Grundkörper weist bevorzugt eine Vielzahl von Nuten auf, die jeweils zwischen Zähnen des Grundkörpers gebildet sind. In den Nuten sind elektrische Leiter einer elektrischen Wicklung angeordnet. Bei der Steckwicklung handelt es sich insbesondere um eine I-Pin-Technologie. Hierbei werden I-förmige Leiter geradlinig durch die Nuten geführt. Enden dieser I-förmigen Leiter werden dann zu einer Wicklung verbunden. Die Nuten weisen jeweils einen Nutgrund auf. Die Zähne weisen jeweils an ihrem dem Nutgrund abgewandten Ende einen auskragenden Zahnkopf auf.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Motorkomponente ein Nutauskleidungselement aufweist, das in jeder der Nuten angebracht. Auf diese Weise sind die elektrischen Leiter durch das Nutauskleidungselement gegenüber dem Grundkörper elektrisch isoliert. Das Nutauskleidungselement kleidet jede Nut vorteilhafterweise aus, so dass das Nutauskleidungselement an die Nut begrenzenden Wänden anliegt. Somit verbleibt insbesondere kein oder zumindest nur ein minimaler Luftspalt zwischen Nutauskleidungselement und Grundkörper.
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Schließlich ist vorgesehen, dass an dem Nutauskleidungselement ein elastisches Vorspannmittel ausgebildet ist. Durch das elastische Vorspannmittel sind die elektrischen Leiter in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse vorgespannt. Somit übt das elastische Vorspannmittel eine elastische Rückstellkraft auf das Nutauskleidungselement in Richtung der Mittelachse aus. Durch die elastische Rückstellkraft ist ermöglicht, eine hohe Flächenpressung zwischen Nutauskleidung und Grundkörper zu erreichen.
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Das elastische Vorspannmittel wirkt bevorzugt eine elastische Rückstellkraft auf die Leiter senkrecht zur Mittelachse aus. Somit werden die Leiter durch das elastische Vorspannmittel innerhalb der Nut fixiert. Gleichzeitig dienen die Leiter zum Übertragen der elastischen Rückstellkraft auf das Nutauskleidungselement. Somit lassen sich zwei Funktionen in vorteilhafterweise kombinieren, um einerseits ein loses Bewegen der Leiter innerhalb der Nut zu vermeiden, andererseits um die elastische Rückstellkraft auf das Nutauskleidungselement aufzubringen.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Das elastische Vorspannmittel ist vorteilhafterweise eine geometrische Modifikation eines Teils des Nutauskleidungselements. Durch die geometrische Modifikation weicht die Form des Nutauskleidungselements von der Form der Nut ab, so dass hier das Nutauskleidungselement nicht an der Nut anliegt. Somit kann die geometrische Modifikation des Nutauskleidungselements elastisch verformt werden, um somit die elastische Rückstellkraft aufzubringen. So ist das Vorspannmittel bevorzugt als Einbuchtung des Nutauskleidungselements ausgebildet.
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Besonders vorteilhaft ist das Vorspannmittel als Sickung ausgebildet. Die Sickung ist insbesondere durch Sick-Rollen hergestellt. Auf diese Art und Weise ist das elastische Vorspannmittel einfach und kostengünstig herstellbar. Insbesondere ist eine Taktzeit zur Herstellung der Motorkomponente durch das Sick-Rollen nicht verändert. Das Sick-Rollen lässt sich in bestehende Prozesse integrieren.
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Die Sickung ist bevorzugt eine punktuelle Sickung und/oder eine kontinuierliche Sickung. Die kontinuierliche Sickung ist insbesondere eine linienförmig verlaufende Sickung. Die linienförmig verlaufende Sickung ist bevorzugt bezüglich der Nut durchgängig. In allen Fällen ist erreicht, dass durch die Sickung eine elastische Verformung des Nutauskleidungselements möglich ist, so dass die elastische Rückstellkraft auf das Nutauskleidungselement aufbringbar ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass in der jeweiligen Nut die elektrischen Leiter in übereinanderliegenden Lagen angeordnet sind. Das Nutauskleidungselement umschließt die elektrischen Leiter der jeweiligen Nut mantelförmig. Besonders vorteilhaft umschließt das Nutauskleidungselement die Leiter rechteckförmig. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Nutauskleidungselement an der dem Nutgrund zugewandten Seite einen Bodenabschnitt und an der dem Bodenabschnitt gegenüberliegenden Seite einen Kopfabschnitt aufweist.
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Besonders vorteilhaft sind der Bodenabschnitt oder der Kopfabschnitt durch einen einzelnen Seitenschenkel gebildet. Somit ist insbesondere ein einfaches Herstellen des Nutauskleidungselements als geschlossenes Profil ermöglicht. Alternativ sind Kopfabschnitt oder Bodenabschnitt durch überlappende Schenkel des Nutauskleidungselements gebildet. Somit ist das Nutauskleidungselement bevorzugt einfach durch Biegen herstellbar.
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Das elastische Vorspannmittel ist vorteilhafterweise an dem Bodenabschnitt oder dem Kopfabschnitt angebracht. Somit kann das elastische Vorspannmittel je nach Anbringungsort eine Kraft auf die Leiter in unterschiedliche Richtungen ausüben. Insbesondere ist das Vorspannmittel an dem einzelnen Seitenschenkel oder an einem der überlappenden Schenkel angebracht. Das elastische Vorspannmittel kann dabei entweder Teil des Nutauskleidungselements selbst sein, alternativ aber auch durch ein externes, zusätzliches Vorspannmittel realisiert sein. Befindet sich das elastische Vorspannmittel an dem Kopfabschnitt, so ist eine elastische Rückstellkraft nicht notwendigerweise so groß wie in dem Fall, wenn das Vorspannmittel an dem Bodenabschnitt angebracht ist. Insbesondere wirkt eine elastische Rückstellkraft durch ein elastisches Vorspannmittel am Kopfabschnitt direkt im Bereich der Zahnköpfe, weswegen ein federnder Bereich des elastischen Vorspannmittels kleiner ausgebildet sein kann als am Bodenabschnitt.
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Bevorzugt weist das Nutauskleidungselement über seinen Umfang gesehen ein geschlossenes Profil auf. Dadurch ist das Nutauskleidungselement einfach und aufwandsarm herstellbar. gleichzeitig ist das Nutauskleidungselement stabil ausgebildet.
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Das Nutauskleidungselement umfasst vorteilhafterweise einen elektrisch nichtleitenden Trägerabschnitt und zumindest einen auf dem Trägerabschnitt vorgesehenen leitenden Abschirmabschnitt. Durch den Trägerabschnitt ist somit eine elektrische Isolierfunktion gegeben. Gleichzeitig kann eine elektrische Kontaktierung mittels des Abschirmabschnitts ausgeführt werden.
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Besonders vorteilhaft verbindet der Abschirmabschnitt des Nutauskleidungselements die Zahnköpfe benachbarter Zähne elektrisch. Die Zahnköpfe stellen insbesondere bezüglich der Mittelachse radial innerste Punkte der Zähne dar. Durch das Verbinden der Zahnköpfe in elektrisch leitfähiger Art und Weise ist ein vorteilhaftes elektromagnetisches Verhalten der Motorkomponente erreichbar.
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Der Abschirmabschnitt des Nutauskleidungselements ist bevorzugt durch die elastische Rückstellkraft des elastischen Vorspannmittels gegen die Zahnköpfe der Zähne gedrückt. Somit sind die Zahnköpfe zweier benachbarter Zähne, wobei die Zähne eine Nut umschließen, elektrisch miteinander verbunden. Durch die Verwendung des elastischen Vorspannmittels wird erreicht, dass eine ausreichend hohe Flächenpressung zwischen Nutauskleidungselement und Zahnköpfen vorhanden ist. Somit ist ein niederohmiger elektrischer Kontakt realisiert. Besonders vorteilhaft wird über die Leiter die elastische Rückstellkraft auf ein zahnkopfseitiges Ende des Nutauskleidungselements, an dem der Abschirmabschnitt vorhanden ist, übertragen. Somit wird das Nutauskleidungselement von der elastischen Rückstellkraft über die Leiter gegen die Zahnköpfe benachbarter Zähne gedrückt. Dies führt insbesondere zu einer optimalen elektrischen Leitfähigkeit, so dass die eingangs beschriebenen Effekte minimiert sind. Insbesondere sind durch das Nutauskleidungselement zwei benachbarte Begrenzungen der Nut elektrisch verbunden.
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Bevorzugt weisen die elektrischen Leiter der Steckwicklung einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leiter in der jeweiligen Nut ausschließlich in radialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Somit ist insbesondere vermieden, die Leiter in Umfangsrichtung nebeneinander anzuordnen. Somit kann eine elastische Rückstellkraft des Vorspannmittels zuverlässig durch die Leiter in radialer Richtung übertragen werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Elektromotor. Der Elektromotor umfasst eine Motorkomponente wie zuvor beschrieben. Bei der Motorkomponente handelt es sich insbesondere um einen Rotor oder um einen Stator des Elektromotors.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Ansicht eines Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Ansicht einer Motorkomponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3a eine schematische Ansicht eines Nutauskleidungselements gemäß einer ersten Alternative,
- 3b eine schematische Ansicht eines Nutauskleidungselements gemäß einer zweiten Alternative,
- 4 eine schematische Ansicht einer Motorenkomponente gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 5a-e verschiedene Ansichten eines Nutauskleidungselements gemäß einer dritten Alternative.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Elektromotor 2. Der Elektromotor 2 umfasst eine Maschinenkomponente 1, die als Stator vorgesehen ist. Außerdem umfasst der Elektromotor 2 einen Rotor 12. In dem Rotor 12 sind Permanentmagnete 13 angebracht, während die als Stator verwendete Motorkomponente 1 eine Steckwicklung aufweist. Sowohl Rotor 12 als auch Maschinenkomponente 1 erstrecken sich um eine Mittelachse 100.
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Die Motorkomponente 1 umfasst einen Grundkörper 3. Der Grundkörper 3 ist insbesondere aus gestapelten Elektroblechen gefertigt. Der Grundkörper 3 umfasst ein Joch 14 sowie eine Vielzahl von radial an dem Joch 14 angeordneten Zähne 8, die sich in Richtung Mittelachse 100 erstrecken. Zwischen zwei benachbarten Zähnen 8 ist eine Nut 4 ausgebildet, entlang derer Leiter 5 der Wicklung verlaufen können. Die Nuten 4 werden dabei in radialer Richtung bezüglich der Mittelachse 100 einerseits durch Zahnköpfe 9, andererseits durch das Joch 14 begrenzt. An dem Joch 14 ist insbesondere auch ein Nutgrund 17 vorhanden.
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Wie insbesondere in 1 und 2 gezeigt ist, weist jede Nut 4 ein Nutauskleidungselement 6 auf. Das Nutauskleidungselement 6 weist an seinem dem Nutgrund 17 zugewandten Ende einen Bodenabschnitt 15 und an seinem den Zahnköpfen 9 zugewandten Ende einen Kopfabschnitt 16 auf. Innerhalb des Nutauskleidungselements 6 sind die Leiter 5 der Wicklung angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass durch das Nutauskleidungselement 6 eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei benachbarten Zahnköpfen 9 erfolgen soll. Dies wird dadurch erreicht, dass die Nutauskleidungselemente 6 jeweils ein elastisches Vorspannmittel 7 umfassen.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass jedes Nutauskleidungselement 6 unmittelbar an dem Grundkörper 3 anliegt. Somit verbleibt kein Luftspalt zwischen Grundkörper 3 und Nutauskleidungselement 6. Eine Ausnahme gilt, wie in 2 gezeigt, für das elastische Vorspannmittel 7. Das elastische Vorspannmittel 7 ist durch eine geometrische Modifikation des Nutauskleidungselements 6 gebildet. Somit besteht ein Luftspalt zwischen Grundkörper 3 und Nutauskleidungselement 6 an der Stelle des elastischen Vorspannmittels 7. Dies ermöglicht eine Bewegung des elastischen Vorspannmittels 7, so dass eine elastische Rückstellkraft auf andere Komponenten ausübbar ist. In den in 1 und 2 gezeigten Varianten ist das Vorspannmittel 7 an dem Bodenabschnitt 15 ausgebildet.
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Insbesondere wird die elastische Rückstellkraft auf die Leiter 5 innerhalb der Nut 4 ausgeübt. Dadurch werden die Leiter 5 auf den Kopfabschnitt 16 des Nutauskleidungselements 6 gedrückt. Besagter Kopfabschnitt 16 liegt auf Höhe der Zahnköpfe 9. Das elastische Vorspannmittel 7 dient daher insbesondere dazu, eine Flächenpressung zwischen Nutauskleidungselement 6 und Zahnköpfen 9 einzustellen. Somit ist erreichbar, dass eine ausreichend hohe Flächenpressung vorhanden ist, um eine sichere und zuverlässige elektrische Verbindung der Zahnköpfe 9 durch das Nutauskleidungselement 6 zu erreichen.
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Das Nutauskleidungselement 6 weist bevorzugt einen Trägerabschnitt 18 und einen an dem Trägerabschnitt 18 angebrachten Abschirmabschnitt 19 auf. Der Trägerabschnitt 18 ist elektrisch isolierend und der Abschirmabschnitt 19 elektrisch leitfähig ausgebildet. Der Abschirmabschnitt 19 ist an dem Kopfabschnitt 16 ausgebildet und gelangt in Kontakt mit den Zahnköpfen 9. Somit ist insbesondere erreicht, dass das Nutauskleidungselement 4 einerseits die Leiter 5 von dem Grundkörper 3 elektrisch isoliert, andererseits eine elektrische Verbindung zwischen den Zahnköpfen 9 herstellt.
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In den 3a und 3b sind unterschiedliche Ausführungsformen des elastischen Vorspannmittels 7 gezeigt. Insbesondere wird die zuvor beschriebene geometrische Modifikation dadurch erreicht, dass Sicken 10, 11 in das Nutauskleidungselement 6 eingebracht werden. Die Sicken werden insbesondere mittels Sick-Rollen hergestellt.
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3a zeigt eine Alternative, in der eine Vielzahl von punktuellen Sicken 10 vorhanden ist. 3b zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der eine bezüglich der Nut 4 durchgängige Sickung 11 vorhanden ist. In beiden Ausführungsbeispielen wird durch die jeweilige Sickung 10, 11 das elastische Vorspannmittel 7 gebildet. Aufgrund der Sickung ist eine elastische Verformbarkeit des Nutauskleidungselements 6 einfach und aufwandsarm ermöglicht, wodurch elastische Rückstellkräfte erzeugbar sind.
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4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Motorkomponente. Dabei unterscheidet sich diese alternative Ausgestaltung von der in 2 gezeigten Ausgestaltung nur dahingehend, dass das elastische Vorspannmittel 7 an einem Bereich radial innerhalb der Leiter 5, d.h. an dem Kopfabschnitt 16, angebracht ist. Die Leiter 5 sind insbesondere ausschließlich in radialer Richtung nebeneinander angeordnet. Insbesondere kann das elastische Vorspannmittel 7 entweder radial innerhalb oder radial außerhalb der Wicklungen 5 angeordnet sein. Ist das elastische Vorspannmittel 7 radial außerhalb der Wicklungen 5 angeordnet, wie in 2 gezeigt, so werden die Leiter 5 radial Richtung Mittelachse 100 gedrängt. In dem in 4 gezeigten Fall des Anordnens des elastischen Vorspannmittels radial innerhalb der Leiter 5 bewirkt ein Drängen der Leiter 5 aufgrund der elastischen Rückstellkraft des elastischen Vorspannmittels 7 radial von der Mittelachse 100 weg.
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Die Anordnung in 4 hat den Vorteil, dass das elastische Vorspannmittel 7 bereits auf Höhe der Zahnköpfe 9 angeordnet ist. Dadurch kann ein federnder Bereich des elastischen Vorspannmittels 7 kleiner ausgebildet sein als dies bei der Ausgestaltung gemäß 2 der Fall war.
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Die 5a bis 5e zeigen eine dritte Alternative des Nutauskleidungselements 6. Die 5a, 5b und 5c zeigen unterschiedliche Ansichten. 5d und 5e zeigen die in 5b angedeuteten Schnitte durch das Nutauskleidungselement 6. In der dritten Alternative weist das Nutauskleidungselement 6 einen bezüglich seines Umfangs geschlossenen Querschnitt auf. somit ist das Nutauskleidungselement 6 einfach zu fertigen und weist eine hohe Stabilität auf.
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Das Vorspannmittel 7 ist durch eine teilweise durchgängig verlaufende Sickung 11 realisiert. Die Sickung 11 ist dabei entweder an dem Kopfabschnitt 16 oder an dem Bodenabschnitt 15 angebracht. Die Sickung 11 verläuft durchgängig, allerdings verläuft die Sickung 11 nicht entlang der vollständigen Nut 4. So erstreckt sich die Sickung 11 bis zu einem axialen Ende des Nutauskleidungselement 6, nicht aber bis zu einem gegenüberliegenden axialen Ende. Vielmehr ist die Sickung 11 von einem der axialen Enden beabstandet, sodass zwischen dem Ende der Sickung 11 und dem entsprechenden axialen Ende des Nutauskleidungselements ein Bereich ohne Sickung 11 und damit ohne Vorspannmittel 7 verbleibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015215588 A1 [0003]
