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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und insbesondere eine Steuervorrichtung, die eine geeignete Steuerung eines Schweißbedingungswechsels ermöglicht.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Es existiert eine Technologie, die es einer Steuervorrichtung ermöglicht, durch Steuern eines Roboters, der am distalen Ende seines Arms einen Schweißkopf und einen Sensor angebracht hat, unter Verwendung eines durch den Sensor überwachten Zustands eines Schweißbereichs ein Schweißen durchzuführen (siehe 1). Wenn infolge des Schweißens im Werkstück eine Verformung oder dergleichen auftritt, ermöglicht es diese Technologie dem Sensor, die Verformung zu erfassen, um diese zur Steuervorrichtung zurückzuführen, und ermöglicht es der Steuervorrichtung, die Schweißbedingung abhängig von der Verformung zu ändern. Beispielsweise wechselt eine Steuervorrichtung, die durch Pendeln ein Stumpfschweißen durchführt, die Weite einer Pendelschweißung abhängig von einem Werkstückspalt d gemäß der in 2 gezeigten Einstellung.
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JP 2003-170284 A offenbart eine Laserschweißvorrichtung, die dazu fähig ist, mit einem Laserstrahl zu pendeln und die eine Spaltgröße eines zu schweißenden Objekts mit einem optischen Sensor erfasst und die Weite der Pendelschweißung abhängig von den erfassten Daten steuert.
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Herkömmliche Steuervorrichtungen können dahingehend ein Problem aufweisen, dass eine Schweißbedingung häufig wechselt, wenn ein durch einen Sensor erfasster Zustand in der Nähe eines Schwellenwerts für einen Schweißbedingungswechsel liegt.
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Dieses Problem wird anhand eines Beispiels einer Steuervorrichtung beschrieben, die gemäß der in 2 gezeigten Einstellung ein Pendelschweißen durchführt. Diese Steuervorrichtung bestimmt, abhängig davon, ob ein Werkstückspalt kleiner als 1 mm oder gleich oder größer als 1 mm ist, ob eine Weite einer Pendelschweißung 2 mm oder 3 mm betragen soll. Im Falle einer Pendelschweißung durch Stumpfsto-ßen von Werkstücken, so dass der Werkstückspalt d im Verlauf des Schweißens weiter wird, wie in 3 gezeigt, ist eine Beziehung zwischen dem Werkstückspalt d und dem Lauf der Bearbeitungszeit in der Darstellung von 4 gezeigt.
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In der Darstellung von 4 zeigt die doppelt strichpunktierte Linie eine echte (d.h. ideale) Beziehung zwischen dem Werkstückspalt d und dem Lauf der Bearbeitungszeit. Diese ideale Beziehung zeigt, dass, sobald der Werkstückspalt d gleich oder größer als ein 1 mm ist, die Weite einer Pendelschweißung gemäß der Einstellung von 2 nur einmal von 2 mm auf 3 mm wechselt. Ein durch einen Sensor erfasster tatsächlicher Werkstückspalt d weist jedoch häufig Schwankungen auf, wie in 5 gezeigt. Dies ist in der Darstellung von 4 durch die durchgezogene Linie dargestellt, die zeigt, dass der durch den Sensor erfasste Werkstückspalt d nichtlinear schwankt. Der Werkstückspalt d kann daher um einen Schwellenwert von 1 mm für einen Wechsel der Weite einer Pendelschweißung schwanken, wie in der rechen Darstellung (vergrößerte Darstellung) von 4 gezeigt.
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In einem solchen Fall wechselt die Steuervorrichtung häufig die Weite einer Pendelschweißung auf 2 mm oder 3 mm, wie in der rechten Darstellung von 4 und in 6 gezeigt. Dies kann zu einem Phänomen wie Klappern und zu einer Verschlechterung der Schweißqualität führen. Es wird darauf hingewiesen, dass bei verschiedenen Schweißbedingungen, wie etwa z.B. Brennpunkt und Laserfrequenz, sowie der Weite einer Pendelschweißung, ein ähnliches Problem auftreten kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um ein derartiges Problem zu lösen, und ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die einen Schweißbedingungswechsel geeignet steuern kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuervorrichtung, die eine Schweißbedingung abhängig von einem Werkstückzustand bestimmt, eine Werkstückzustandsüberwachungseinheit, die den Werkstückzustand an einer zukünftigen Schweißposition überwacht, eine Schweißbedingungssteuereinheit, die basierend auf dem Werkstückzustand an der zukünftigen und früheren Schweißposition einen statistischen Wert berechnet und die Schweißbedingung abhängig von dem statistischen Wert bestimmt, und eine Schweißeinheit, die basierend auf der Schweißbedingung an einer aktuellen Schweißposition ein Schweißen durchführt.
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Bei der Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Schweißbedingungssteuereinheit nach dem Bestimmen der Schweißbedingung die Schweißbedingung unverändert beibehalten, bis der statistische Wert über einen vorgegebenen Schwellenwert hinaus schwankt.
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Bei der Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Werkstückzustand eine Weite zwischen einer Mehrzahl zu verschweißender Werkstücke sein und der statistische Wert kann ein Durchschnittswert der Weite zwischen den Werkstücken sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die einen Schweißbedingungswechsel geeignet steuern kann.
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Figurenliste
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Die vorstehenden und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei:
- 1 eine Darstellung ist, die eine herkömmliche Schweißmaschine und eine herkömmliche Steuervorrichtung zeigt;
- 2 eine Darstellung ist, die ein herkömmliches Verfahren zum Bestimmen einer Schweißbedingung zeigt;
- 3 eine Darstellung ist, die das herkömmliche Verfahren zum Bestimmen einer Schweißbedingung zeigt;
- 4 eine Darstellung ist, die das herkömmliche Verfahren zum Bestimmen einer Schweißbedingung zeigt;
- 5 eine Darstellung ist, die das herkömmliche Verfahren zum Bestimmen einer Schweißbedingung zeigt;
- 6 eine Darstellung ist, die das herkömmliche Verfahren zum Bestimmen einer Schweißbedingung zeigt;
- 7 eine Darstellung ist, die ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 8 eine Darstellung ist, die ein Beispiel einer Funktionskonfiguration einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 9 eine Darstellung ist, die ein Verhalten einer Werkstückzustandsüberwachungseinheit zeigt;
- 10 eine Darstellung ist, die ein Verhalten der Werkstückzustandsüberwachungseinheit zeigt; und
- 11 eine Darstellung ist, die ein Verhalten einer Schweißbedingungssteuereinheit zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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7 ist eine schematische Darstellung einer Hardwarekonfiguration, die einen Hauptteil einer Steuervorrichtung 1 zeigt. Die Steuervorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die eine Schweißmaschine steuert, die ein Laserschweißgerät 20 (siehe 9) umfasst. Die Steuervorrichtung 1 umfasst eine CPU 11, ein ROM 12, ein RAM 13, einen nichtflüchtigen Speicher 14, einen Bus 10, einen Achsensteuerschaltung 16, einen Servoverstärker 17 und Schnittstellen 181, 182 und 183. Die Steuervorrichtung 1 ist mit einem Servomotor 50, einer Ein-/Ausgabeeinrichtung 60, einer Wärmequellensteuereinrichtung 70 und einem Sensor 80 verbunden.
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Die CPU 11 ist ein Prozessor, der die Gesamtsteuerung der Steuervorrichtung 1 übernimmt. Die CPU 11 liest über den Bus 10 ein im ROM 12 gespeichertes Systemprogramm aus und steuert die gesamte Steuervorrichtung 1 gemäß dem Systemprogramm.
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Im ROM 12 werden vorab Systemprogramme zum Durchführen verschiedener Steuerungsarten und dergleichen der Schweißmaschine gespeichert.
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Im RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten, durch einen Bediener über die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 eingegebene Daten, Programme und dergleichen zwischengespeichert.
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Der nichtflüchtige Speicher 14, der beispielsweise durch eine nicht gezeigte Batterie gestützt wird, erhält einen Speicherzustand selbst im Falle einer Unterbrechung der Stromversorgung der Steuervorrichtung 1 aufrecht. Der nichtflüchtige Speicher 14 speichert über die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 eingegebene Daten, Programme und dergleichen. Die im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherten Programme und Daten können bei deren Ausführung und Verwendung in das RAM 13 geladen werden.
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Die Achsensteuerschaltung 16 steuert eine Bewegungsachse der Schweißmaschine. Bei Verwendung beispielsweise eines in 1 gezeigten Roboters empfängt die Achsensteuerschaltung 16 eine durch die CPU 11 ausgegebene Bewegungsbefehlsgröße für die Achse, um einen Bewegungsbefehl für die Bewegungsachse des Roboters an den Servoverstärker 17 auszugeben.
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Der Servoverstärker 17 empfängt den durch die Achsensteuerschaltung 16 ausgegebenen Bewegungsbefehl für die Achse, um den Servomotor 50 zu aktivieren.
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Die Aktivierung durch den Servoverstärker 17 veranlasst den Servomotor 50, die Bewegungsachse der Schweißmaschine zu bewegen. Der Servomotor 50 enthält typischerweise einen Positions-/Drehzahldetektor. Der Positions-/Drehzahldetektor gibt Positions-/Drehzahlrückführungssignale aus, die zur Achsensteuerschaltung 16 zurückgeführt werden, wodurch sich eine Positions-/Drehzahlrückführungsregelung ergibt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass 7 die Achsensteuerschaltung 16, den Servoverstärker 17 und den Servomotor 50 jeweils nur einzeln zeigt, tatsächlich werden sie jedoch jeweils in gleicher Anzahl wie die in der zu steuernden Schweißmaschine enthaltenen Achsen bereitgestellt.
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Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60, die eine mit einer Anzeigeeinrichtung, Hardwaretasten und dergleichen ausgestattete Daten-Ein-/Ausgabeeinrichtung ist, ist typischerweise eine Schalttafel. Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 zeigt über die Schnittstelle 181 von der CPU 11 empfangene Informationen auf der Anzeigeeinrichtung an. Die Ein-/Ausgabeeinrichtung 60 leitet über die Hardwaretasten oder dergleichen eingegebene Befehle, Daten und dergleichen über die Schnittstelle 181 an die CPU 11 weiter.
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Die Wärmequellensteuereinrichtung 70 ist eine Einrichtung, die eine Schweißwärmequelle steuert. Beim Laserschweißen beispielsweise ist die Wärmequellensteuereinrichtung 70 ein Scanner-Controller (Abtaststeuereinrichtung) und gibt an einen nicht gezeigten Laseroszillator einen Laserbefehl aus, um die Laserleistung zu steuern. Die Wärmequellensteuereinrichtung 70 gibt außerdem einen Motorbefehl an einen nicht gezeigten Laser-Scanner (Laser-Abtaster) aus, um das Verhalten des Laser-Scanners zu steuern. Die Wärmequellensteuereinrichtung 70 steuert die Wärmequelle abhängig von über die Schnittstelle 182 von der CPU 11 empfangenen Informationen.
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Der Sensor 80, der ein Sensor ist, der einen Werkstückzustand nahe einer Schweißposition erfasst, ist typischerweise ein optischer Sensor. Der Sensor 80 ist für gewöhnlich vom Laser-Scanner unabhängig, ist jedoch zusammen mit dem Laser-Scanner am distalen Ende des Arms des Roboters angebracht. Der Sensor 80 leitet den erfassten Werkstückzustand über die Schnittstelle 183 an die CPU 11 weiter.
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8 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Funktionskonfiguration der Steuervorrichtung 1 zeigt. Die Steuervorrichtung 1 weist eine Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101, eine Schweißbedingungssteuereinheit 102 und eine Schweißeinheit 103 auf.
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Wie in 9 gezeigt, verwendet die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101 den Sensor 80, um einen ein wenig vor einer aktuellen Schweißposition liegenden Abschnitt, mit anderen Worten, eine Schweißposition nach einer vorgegebenen Zeitspanne, d.h. eine zukünftige Schweißposition, zu überwachen und einen Werkstückspalt d zu messen. Beispielsweise nimmt die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101 ein Bild eines etwas vor einer aktuellen Schweißposition liegenden Abschnitts mit einer optischen Kamera als Sensor 80 auf und erhält dieses pro Steuerzyklus. Die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101 kann das erhaltene Bild dazu verwenden, einen Werkstückspalt d durch eine bekannte Bildverarbeitungstechnik zu spezifizieren. Die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101 akkumuliert den Werkstückspalt d in einem nicht gezeigten Speicherbereich. Dies erzeugt einen Zeitreihendatensatz des Werkstückspalts d.
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Die Schweißbedingungssteuereinheit 102 berechnet basierend auf dem durch die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101 erzeugten Zeitreihendatensatz des Werkstückspalts d einen statistischen Wert des Werkstückspalts d. Die statistische Größe, die bevorzugt Schwankungen des Werkstückspalts d beseitigen kann, ist typischerweise ein Durchschnittswert, ein Medianwert oder dergleichen des Werkstückspalts d, der innerhalb eines eine aktuelle Schweißposition enthaltenden vorgegebenen Intervalls, das heißt, innerhalb einer Zeitweite, erhalten wird. Mit anderen Worten, die statistische Größe ist ein Durchschnittswert, ein Medianwert oder dergleichen des Werkstückspalts d, der an zukünftigen und früheren Schweißpositionen und dergleichen gesammelt und akkumuliert wird.
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Wie in 10 gezeigt, erhält die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101, wenn die Schweißmaschine eine aktuelle Schweißposition bearbeitet, den Werkstückspalt d an einem etwas vor der aktuellen Schneidposition liegenden Abschnitt, das heißt, an einer zukünftigen Schweißposition. Davor hat die Werkstückzustandsüberwachungseinheit 101 bereits den Werkstückspalt d an der aktuellen Schweißposition und einer früheren Schweißposition erhalten und akkumuliert. Die Schweißbedingungssteuereinheit 102 kann daher einen statistischen Wert des Werkstückspalts d berechnen, der innerhalb eines Intervalls erhalten wird, das die vor und hinter der aktuellen Schweißposition liegenden Abschnitte enthält.
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Sobald die Schweißbedingungssteuereinheit 102 basierend auf dem statistischen Wert des Werkstückspalts d eine Schweißbedingung wechselt, behält sie dann bevorzugt die Schweißbedingung ohne zu wechseln bei, bis der statistische Wert des Werkstückspalts d über eine vorgegebene Weite hinaus schwankt (nachstehend als Neuwechselschwellenwert bezeichnet), wie in 11 gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass beim Wechseln einer Schweißbedingung, wie in 11 gezeigt, ein Neuwechselschwellenwert typischerweise auf jeweils den oberen und unteren statistischen Wert des Werkstückspalts d eingestellt wird. Beim Wechseln einer Schweißbedingung kann ein Neuwechselschwellenwert jedoch nur auf den oberen oder unteren statistischen Wert des Werkstückspalts d eingestellt werden.
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Die doppelt strichpunktierte Linie in der Darstellung von 11 zeigt eine Beziehung zwischen statistischen Werten des Werkstückspalts d und dem Lauf der Bearbeitungszeit. Die Schweißbedingungssteuereinheit 102 dieses Beispiels wechselt gemäß der Einstellung von 2 die Weite der Pendelschweißung von 2 mm auf 3 m, sobald ein Durchschnittswert des Werkstückspalts d gleich oder größer als 1 mm ist. Danach zeigt der durch den Sensor erfasste Werkstückspalt d Schwankungen, wie in der rechten Darstellung (vergrößerten Darstellung) von 11 gezeigt, und fällt manchmal unter 1 mm. Nach dem Schweißbedingungswechsel behält die Schweißbedingungssteuereinheit 102 die Schweißbedingung jedoch unabhängig von einem durch den Sensor erfassten Wert des Werkstückspalts d ohne zu wechseln bei, bis ein Durchschnittswert des Werkstückspalts d den Neuwechselschwellenwert übersteigt. Dies kann ein häufiges Wechseln der Schweißbedingung verhindern.
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Die Schweißeinheit 103 verwendet eine durch die Schweißbedingungssteuereinheit 102 bestimmte Schweißbedingung, um eine Schweißbearbeitung durchzuführen.
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Die herkömmliche Steuervorrichtung würde, wie vorstehend beschrieben, eine Schweißbedingung abhängig von einem Werkstückspalt d an einer aktuellen Schweißposition bestimmen. Die Verwendung von Rohdaten des Werkstückspalts d an einer aktuellen Schweißposition führt, wenn der Werkstückspalt d schwankt, zuweilen zu häufigen Schweißbedingungswechseln. Diese Ausführungsform hingegen verwendet anstelle des Werkstückspalts d an der aktuellen Schweißposition einen statistischen Wert des Werkstückspalts d, der innerhalb eines Intervalls erhalten wird, das vor und hinter der aktuellen Schweißposition liegende Abschnitte enthält. Dies beseitigt auf eine Art Schwankungen des Werkstückspalts d. Dies verhindert außerdem, dass eine Schweißbedingung häufig wechselt.
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Gemäß dieser Ausführungsform verwendet die Steuervorrichtung 1 anstatt von Rohinformationen vom Sensor einen statistischen Wert innerhalb einer vorgegebenen Zeitweite, um eine Schweißbedingung zu bestimmen. Die Steuervorrichtung 1 verlangt für einen erneuten Wechsel der Schweißbedingung eine Schwankung des statistischen Werts über einen gewissen Schwellenwert hinaus. Dies kann häufige Schweißbedingungswechsel verhindern, die infolge des Schweißens auftreten würden, wenn die Informationen vom Sensor zum Nennwert genommen werden.
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Vorstehend sind die wichtigsten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und lässt sich durch Hinzufügen geeigneter Modifikationen auf verschiedene Art und Weise umsetzen. Beispielsweise nennt die vorstehende Ausführungsform beispielhaft einen Laser als Schweißwärmequelle, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann eine beliebige Wärmequelle verwenden. Die vorstehende Ausführungsform nennt außerdem das Ändern der Weite der Pendelschweißung abhängig von einem Werkstückspalt d als Beispiel, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und es ist eine beliebige Schweißbedingung anwendbar, die sich abhängig vom Werkstückzustand ändert. Die vorstehende Ausführungsform nennt ferner einen Durchschnittswert eines Werkstückspalts d beispielhaft als statistischen Wert, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann einen beliebigen statistischen Wert einsetzen, der kleine Schwankungen des Werkstückspalts d beseitigen kann.
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Vorstehend sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und lässt sich durch Hinzufügen geeigneter Modifikationen auch auf andere Weise umsetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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