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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für ein hybridisch oder rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, mit einem permanenterregten Rotor, wobei der Rotor einen Grundkörper und mehrere in Aufnahmetaschen des Grundkörpers aufgenommene Magnete aufweist, und wobei je zwei ein Magnetpaar bildende Magnete in einer im Wesentlichen V-förmigen Anordnung / Ausrichtung miteinander angeordnet sind.
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Gattungsgemäße Elektromotoren sind bspw. aus der
DE 10 2014 212 871 A1 bekannt, die eine dynamoelektrische permanenterregte Maschine offenbart.
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Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich herausgestellt, dass die einzelnen Aufnahmetaschen die mechanische Festigkeit des Rotors stark herabsetzen. Durch die Aufnahmetaschen gebildete Kerben oder dünne Stege / Brücken können in einzelnen Betriebszuständen überbelastet und beschädigt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektromotor mit einem permanenterregten Rotor zur Verfügung zu stellen, dessen mechanische Robustheit weiter erhöht wird, wobei der Wirkungsgrad zugleich zumindest nicht nachteilig beeinflusst wird.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jede Aufnahmetasche desselben Magnetpaares einen den Magneten haltenden Längsabschnitt konstanter Breite und zwei an den Enden des Längsabschnittes angrenzende Verbreiterungsabschnitte, die zumindest abschnittsweise breiter als der Längsabschnitt ausgebildet sind, aufweist.
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Durch derart ausgeformte Aufnahmetaschen werden möglichst geringe Kerbwirkungen erzeugt, wodurch der Rotor mechanisch deutlich robuster ausgebildet ist. Zugleich wird mit den Aufnahmetaschen die Massenträgheit des Rotors weiter reduziert, sodass der Elektromotor leistungsfähiger wird.
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Weitergehende Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es auch vorteilhaft, wenn die Magnete des Magnetpaares, die jeweils entlang eines von beiden Schenkeln eines Vs ausgerichtet sind, in einem flachen Winkel zueinander verlaufend angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Elektromotors.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die beiden Aufnahmetaschen desselben Magnetpaares in Bezug auf eine radial verlaufende Bezugsebene spiegelverkehrt ausgebildet / angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine drehrichtungsunabhängige Festigkeit des Rotors.
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Auf bevorzugte Weise ist der Grundkörper des Rotors aus einem mehrere gestapelt angeordnete Einzelbleche aufweisendes Blechpaket gebildet. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellung des Rotors. Die Aufnahmetaschen sind besonders bevorzugt gestanzt oder geschnitten, etwa lasergeschnitten.
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Von Vorteil ist es auch, wenn jede Aufnahmetasche desselben Magnetpaares einen in radialer Richtung innerhalb des Längsabschnittes angrenzenden ersten Verbreiterungsabschnitt aufweist, welcher erste Verbreiterungsabschnitt sich im Wesentlichen U-förmig von dem Längsabschnitt weg erstreckt. Dadurch ergibt sich ein mechanisch möglichst gering belasteter Übergang, mit dem zugleich möglichst viel Material zur Reduzierung der Massenträgheit entnommen wird.
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In diesem Zusammenhang hat es sich ebenfalls als zweckmäßig herausgestellt, wenn sich die ersten Verbreiterungsabschnitte der beiden Aufnahmetaschen desselben Magnetpaares in Umfangsrichtung relativ zueinander zu ihrem dem Längsabschnitt abgewandten Ende hin voneinander weg erstrecken.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn jede Aufnahmetasche desselben Magnetpaares einen in radialer Richtung außerhalb des Längsabschnittes angrenzenden zweiten Verbreiterungsabschnitt aufweist, welcher zweite Verbreiterungsabschnitt derart relativ zu einer radialen Außenmantelfläche des Grundkörpers positioniert ist und verläuft, dass ein radial zwischen der Außenmantelfläche und dem zweiten Verbreiterungsabschnitt verbleibender Stegbereich eine kleinere Breite als der Längsabschnitt aufweist. Dadurch werden die Magneten möglichst weit in radialer Richtung zu dem zwischen einem Stator und dem Rotor im Betrieb gebildeten Luftspalt hin versetzt.
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Ebenfalls ist es zweckmäßig, wenn in Umfangsrichtung (vorzugsweise mittig) zwischen den beiden Aufnahmetaschen desselben Magnetpaares (sowie radial außerhalb des Magnetpaares) ein weiterer Magnet eingesetzt ist. Dieser weitere Magnet bildet mit den Magneten des Magnetpaares bevorzugt eine dreieckförmige Anordnung aus, wobei jeder der drei Magnete eine Seite des Dreiecks mit ausbilden. Der weitere Magnet ist somit bevorzugt in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet / ausgerichtet. Dadurch ergibt sich ein noch leistungsfähigerer Elektromotor.
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Von Vorteil ist es auch, wenn radial innerhalb der Aufnahmetaschen der Magnetpaare eine Vielzahl an Löchern vorhanden ist, welche Löcher unter Ausbildung einer gelochten Ringstruktur aneinandergereiht sind. Dadurch wird ein radial innerhalb der Aufnahmetaschen gezielt zur Reduzierung der Massenträgheit vorgesehener Bereich geschaffen.
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Um die notwendige Festigkeit des Rotors zu sichern, ist es vorteilhaft, wenn direkt radial innerhalb und / oder außerhalb der Vielzahl an Löchern ein in Umfangsrichtung durchgängig verlaufender Ringsteg angeordnet ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine Magnettasche (Aufnahmetasche) des Rotors eines permanent erregten Synchronmotors mit Dreieckmagnetanordnung realisiert. Die Magnettaschen werden dafür auf spezielle Weise für optimierte elektromagnetische Eigenschaften sowie für eine optimale strukturelle Steifigkeit des Rotors ausgeformt.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Elektromotors nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei mehrere in einem Grundkörper des Rotors eingebrachte Aufnahmetaschen sowie Löcher in Form und Verteilung gut zu erkennen sind,
- 2 eine Detaildarstellung eines Umfangsabschnittes des Rotors der 1,
- 3 eine Vorderansicht eines Rotors eines erfindungsgemäßen Elektromotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, das sich hinsichtlich der Ausformung der Aufnahmetaschen und Löcher von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet, sowie
- 4 eine Detaildarstellung eines Umfangsbereiches des Rotors nach 3.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Elektromotors 1 anhand eines ersten Ausführungsbeispiels gut zu erkennen. Der Elektromotor 1 ist als eine permanenterregte Synchronmaschine realisiert. Ein gehäusefest aufgenommener Stator 20 ist in 1 schematisch angedeutet. Radial innerhalb des ringförmig verlaufenden Stators 20 ist ein permanentmagnetisierter Rotor 2 um eine Drehachse 21 verdrehbar angeordnet. Der Elektromotor 1 ist für den Einsatz in einem dedizierten Hybridgetriebe vorzugsweise ausgebildet.
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Die nachfolgend verwendeten Richtungsangaben axial / axiale Richtung, radial / radiale Richtung sowie Umfangsrichtung beziehen sich auf die Drehachse 21. Demnach ist eine axiale Richtung eine Richtung entlang der Drehachse 21 (d. h. in 1 in die Zeichnungsebene hinein), eine radiale Richtung eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 21 und eine Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer koaxial zur Drehachse 21 verlaufenden Kreislinie mit konstantem Durchmesser.
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Der Rotor 2 weist einen Grundkörper 3 auf. Der Grundkörper 3 ist wiederum aus einem Blechpaket gebildet. Der Grundkörper 3 weist somit mehrere axial zueinander gestapelt angeordnete Einzelbleche 22 auf, wovon eines dieser Einzelbleche 22 in 1 durch die Draufsicht zu erkennen ist. Die Einzelbleche 22 sind als Gleichteile realisiert und demnach allesamt gleich ausgebildet. Die Form der Einzelbleche 22 entspricht folglich der nachfolgend beschriebenen Form des Grundkörpers 3.
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In dem Grundkörper 3 sind mehrere als Permanentmagnete ausgebildete Magnete 6a, 6b und 7 aufgenommen. Es ist zu erkennen, dass eine Gruppe von drei Magneten 6a, 6b und 7, sprich einem ersten Magneten 6a, einem zweiten Magneten 6b und einem dritten Magneten 7, mehrfach in Umfangsrichtung vorgesehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind acht dieser Gruppen gleichmäßig über den Umfang verteilt vorhanden.
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Die drei einer Gruppe zugehörigen Magnete 6a, 6b und 7 beschreiben mit ihrer Anordnung eine Dreieckform, d. h. weisen eine dreieckförmige Anordnung auf. Demnach sind ein erster Magnet 6a und ein zweiter Magnet 6b zum Ausbilden eines Magnetpaares 8 vorhanden, wobei dieses Magnetpaar 8 eine V-förmige Anordnung 9 beschreibt. Der erste Magnet 6a ist folglich entlang eines ersten Schenkels eines V's und der zweite Magnet 6b entlang eines zweiten Schenkels des V's ausgerichtet. Die beiden ersten und zweiten Magnete 6a, 6b sind zudem in Bezug auf eine ausschließlich radial verlaufende Bezugsebene 14 spiegelsymmetrisch / spiegelverkehrt angeordnet. Der erste Magnet 6a und der zweite Magnet 6b schließen zueinander einen flachen Winkel ein.
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Der dritte Magnet 7 ist in Umfangsrichtung mittig zwischen dem ersten Magneten 6a und dem zweiten Magneten 6b angeordnet. Der dritte Magnet 7 ist in Umfangsrichtung ausgerichtet. Dadurch bilden die Magnete 6a, 6b, 7 eine mit ihrer Spitze radial nach innen deutenden Dreiecksform nach / aus.
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Hinsichtlich der beiden Magnete 6a, 6b des Magnetpaares 8 ist zu erkennen, dass diese durch zwei im Wesentlichen gleich ausgeformte Aufnahmetaschen 4a, 4b aufgenommen sind. Die erste Aufnahmetasche 4a und die zweite Aufnahmetasche 4b weisen die in der Zeichnungsebene nach 1 zu erkennende Form auf, wobei die Aufnahmetaschen 4a, 4b desselben Magnetpaares 8 in Bezug auf die Bezugsebene 14 wiederum spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Der Kürze wegen wird nachfolgend lediglich die Ausbildung der ersten Aufnahmetasche 4a und die Aufnahme des ersten Magneten 6a in dieser ersten Aufnahmetasche 4a beschrieben, welche Ausführungen jedoch auch für die zweite Aufnahmetasche 4b und die Aufnahme des zweiten Magneten 6b in dieser zweiten Aufnahmetasche 4b gelten.
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Die erste Aufnahmetasche 4a weist einen im Wesentlichen geradlinigen, mit konstanter Breite ausgebildeten Längsabschnitt 10 auf. Der erste Magnet 6a liegt unmittelbar an den Seiten dieses Längsabschnittes 10 an und wird dadurch im Sinne eines Pressverbunds fixiert. An den Längsabschnitt 10 schließt zu je einem radialen Ende 11a, 11b ein Verbreiterungsabschnitt 12, 13 an.
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Ein erster Verbreiterungsabschnitt 12 ist jener Verbreiterungsabschnitt, der zu einem in radialer Richtung nach innen weisenden ersten Ende 11a des Längsabschnittes 10 anschließt. Dieser erste Verbreiterungsabschnitt 12 ist im Querschnitt / der Draufsicht nach Fig. betrachtet im Wesentlichen U-förmig / sackförmig umgesetzt. Es ist zu erkennen, dass der erste Verbreiterungsabschnitt 12 mit seinem unmittelbar an den Längsabschnitt 10 anschließenden Bereich mit einer größere Breite aufweist als der Längsabschnitt 10. Von der dem Längsabschnitt 10 zugewandten Seite des ersten Verbreiterungsabschnittes 12 erstreckt sich der erste Verbreiterungsabschnitt 12 im Wesentlichen U-förmig weg. Es ist zu erkennen, dass sich die ersten Verbreiterungsabschnitte 12 der beiden Aufnahmetaschen 4a, 4b desselben Magnetpaares 8 in Umfangsrichtung zu ihrem freien Ende hin voneinander weg erstrecken.
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Ein zweiter Verbreiterungsabschnitt 13 ist jener Verbreiterungsabschnitt, der zu einem in radialer Richtung nach außen weisenden zweiten Ende 11b des Längsabschnittes 10 anschließt. Dieser zweite Verbreiterungsabschnitt 13 weist ebenfalls mit seinem unmittelbar an den Längsabschnitt 10 anschließenden Bereich eine größere Breite als der Längsabschnitt 10 auf. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der erste Magnet 6a eine derartige Länge aufweist, dass er zumindest teilweise auch in den ersten und zweiten Verbreiterungsabschnitt 12, 13 hineinragt.
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Der zweite Verbreiterungsabschnitt 13 erstreckt sich derart in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung von dem Längsabschnitt 10 weg, dass zwischen einer radialen Außenmantelfläche 15 des Grundkörpers 3 und dem zweiten Verbreiterungsabschnitt 13 ein Stegbereich 16 verbleibt, der eine geringere Breite aufweist als der Längsabschnitt 10 / der erste Magnet 6a.
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Somit weist die jeweilige Aufnahmetasche 4a, 4b eine im Wesentlichen phallusförmige Kontur auf.
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Der dritte Magnet 7 ist in einer dritten Aufnahmetasche 5 in Umfangsrichtung zwischen den beiden Aufnahmetaschen 4a, 4b angeordnet. Diese dritte Aufnahmetasche 5 weist eine im Wesentlichen I-förmige Kontur auf und ist in Umfangsrichtung ausgerichtet. Die dritte Aufnahmetasche 5 weist bevorzugt zu je einer Umfangsseite des dritten Magneten 7 hin eine Haltenase 23, weiter bevorzugt an einer radialen Innenseite, auf, sodass der dritte Magneten 7 in Umfangsrichtung festgelegt ist.
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Wie des Weiteren zu erkennen, weist der Grundkörper 3 eine Vielzahl an weiteren Löchern 17a, 17b, 17c, 17d und 17e auf. Die Löcher 17a bis 17d bilden eine gelochte Ringstruktur 18, die in Umfangsrichtung durchgängig verläuft. Radial innerhalb dieser Ringstruktur 18 ist ein durchgängig verlaufender (zweiter) Ringsteg 19b und radial außerhalb dieser Ringstruktur 18 ein durchgängig verlaufender (dritter) Ringsteg 19c angeordnet. Ein erster Ringsteg 19a ist zu der Außenmantelfläche 15 angrenzend und somit radial zwischen den Aufnahmetaschen 4a, 4b, 5 und der Außenmantelfläche 15 umgesetzt.
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Es ist zu erkennen, dass die ersten und zweiten Löcher 17a und 17b im Wesentlichen nierenförmig oder kartoffelförmig ausgebildete Löcher sind. Die Löcher 17a, 17b sind paarweise angeordnet und bilden ebenfalls eine im Wesentlichen V-förmige Anordnung aus. In Umfangsrichtung zwischen diesen beiden Löchern 17a und 17b ist ein (viertes) Loch 17d vorhanden, das etwas kleiner als das Löcher 17a, 17b ausgestaltet ist. Ein drittes Loch 17c ist in Umfangsrichtung neben dem ersten Loch 17a positioniert und weist eine kleinere Form als das vierte Loch 17d auf. Die vier Löcher 17a bis 17d bilden wiederum eine Gruppe an Löchern, die in Umfangsrichtung mehrfach wiederholend aneinandergereiht, zur Ausbildung der Ringstruktur 18, vorhanden ist.
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Des Weiteren ist zu erkennen, dass ein fünftes Loch 17e in radialer Richtung auf Höhe der ersten Verbreiterungsabschnitte 12 und in Umfangsrichtung im Wesentlichen mittig zwischen den ersten Verbreiterungsabschnitten 12 zweier benachbarter Magnetpaare 8 vorhanden ist. Dieses fünfte Loch 17e weist eine kreisförmige Kontur auf.
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Mit den 3 und 4 ist dann ein weiteres zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Wesentlichen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist und funktioniert. Der Kürze wegen werden daher lediglich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel nachfolgend beschrieben.
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Es ist zu erkennen, dass der dritte Magnet 7 eine geringere Dicke / Breite aufweist als die beiden ersten und zweiten Magnete 6a, 6b. Demnach ist auch die dritte Aufnahmetasche 5 dünner / weniger breit als die beiden Aufnahmetaschen 4a, 4b umgesetzt.
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Zudem ist zu erkennen, dass die ersten und zweiten Verbreiterungsabschnitte 12, 13 etwas kleiner umgesetzt sind, jedoch den Längsabschnitt 10 hinsichtlich seiner Breite wiederum vergrößern.
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Des Weiteren sind lediglich zwei unterschiedliche Löcher 17a, 17b vorhanden, die wiederum eine Gruppe an Löchern bilden, die in Umfangsrichtung zur Ausbildung einer Ringstruktur 18 wiederholend ausgebildet ist. Die ersten Löcher 17a erstrecken sich in radialer Richtung in einen Umfangsbereich zwischen den Aufnahmetaschen 4a, 4b zweier benachbarter Magnetpaare 8 hinein. Dadurch ergeben sich lediglich zwei in Umfangsrichtung durchgängig verlaufende Ringstege in Form des ersten Ringsteges 19a und des zweiten Ringsteges 19b.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, sind erfindungsgemäß die Magnetaschen 4a, 4b phallusförmig ausgelegt, um sowohl die elektromagnetischen als auch mechanischen Anforderungen zu erfüllen. Vorhandene Aussparungen 17a, 17b, 17c, 17d, 17e unter den Magnettaschen 4a, 4b sind so ausgelegt, dass sowohl die Anforderungen an die Überdeckung zwischen Rotor 2 und Welle als auch an die Massenträgheit erfüllt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Rotor
- 3
- Grundkörper
- 4a
- erste Aufnahmetasche
- 4b
- zweite Aufnahmetasche
- 5
- dritte Aufnahmetasche
- 6a
- erster Magnet
- 6b
- zweiter Magnet
- 7
- dritter Magnet
- 8
- Magnetpaar
- 9
- Anordnung
- 10
- Längsabschnitt
- 11a
- erstes Ende
- 11b
- zweites Ende
- 12
- erster Verbreiterungsabschnitt
- 13
- zweiter Verbreiterungsabschnitt
- 14
- Bezugsebene
- 15
- Außenmantelfläche
- 16
- Stegbereich
- 17a
- erstes Loch
- 17b
- zweites Loch
- 17c
- drittes Loch
- 17d
- viertes Loch
- 17e
- fünftes Loch
- 18
- Ringstruktur
- 19a
- erster Ringsteg
- 19b
- zweiter Ringsteg
- 19c
- dritter Ringsteg
- 20
- Stator
- 21
- Drehachse
- 22
- Einzelblech
- 23
- Haltenase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014212871 A1 [0002]
