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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lötverbindungsteils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lötverbindungsteil.
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Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Lötverbindungsteils ist beispielsweise bereits der
DE 11 2007 000 992 B4 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren werden zum Herstellen des Lötverbindungsteils wenigstens zwei Komponenten durch Löten miteinander verbunden, indem ein aus einem auch als Lotwerkstoff bezeichneten Lötmittel gebildeter Lotkörper erwärmt wird und dadurch das Lötmittel (Lotwerkstoff) bereitgestellt, mittels welchem die Komponenten miteinander verlötet und dadurch miteinander verbunden werden. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2006 009 159 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundsubstrats.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Lötverbindungsteil zu schaffen, so dass das Lötverbindungsteil auf besonders vorteilhafte Weise hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Lötverbindungsteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Lötverbindungsteil besonders vorteilhaft hergestellt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der vorzugsweise separat von den Komponenten und insbesondere vor dem auch als Lötprozess bezeichneten Löten hergestellte Lotkörper vor dem Löten (Lötprozess) wenigstens einen beispielsweise als zumindest in einem Teilbereich allumfangsseitig geschlossenen Hohlraum oder als eine auf wenigstens oder genau einer Seite offene Aussparung ausgebildete Ausnehmung zur Positionierung wenigstens einer der Komponenten aufweist, welche vor dem Lötprozess zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, in der Ausnehmung angeordnet, das heißt positioniert oder platziert wird. Insbesondere ist es denkbar, dass zunächst die separat voneinander ausgebildeten und vorzugsweise unabhängig von dem Lotkörper hergestellten Komponenten bereitgestellt werden, und beispielsweise wird der separat von den Komponenten ausgebildete und insbesondere unabhängig von den Komponenten hergestellte Lotkörper bereitgestellt, welcher beispielsweise in dem späteren Lötprozess zumindest teilweise zwischen den zu verlötenden Komponenten angeordnet beziehungsweise zwischen die Komponenten eingebracht wird. Die vor dem Löten vorliegenden beziehungsweise bereitgestellten Komponenten können, insbesondere vor dem Löten, zumindest überwiegend metallisch und/oder zumindest überwiegend keramisch sein. Vorzugsweise hat der Lotkörper beziehungsweise das auch als Lotwerkstoff bezeichnete Lötmittel, aus welchem der Lotkörper, insbesondere vor dem Löten, hergestellt ist, einen Schmelzpunkt oder eine Schmelztemperatur, der beziehungsweise die niedriger ist als der beziehungsweise die der Komponenten. Beispielsweise wird der Lotkörper, insbesondere vor dem Löten, hergestellt durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch 3D-Druck. Alternativ kann der Lotkörper, insbesondere vor dem Lötprozess, durch ein Ur- oder Umformverfahren und/oder durch spanende Fertigung oder Bearbeitung hergestellt werden. Durch den Lotkörper werden günstige Voraussetzungen für das Löten geschaffen. Dabei weist der Lotkörper vor dem Löten die Ausnehmung auf, in der die wenigstens eine Komponente, insbesondere zum Zwecke des Lötens platziert wird, so dass die wenigstens eine Komponente während des Lötprozesses zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist.
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Der Erfindung liegen insbesondere die Erkenntnisse zugrunde, dass herkömmlicherweise für Lötungen in der Praxis oftmals Bleche verwendet werden, welche mit Lotbeschichtung oder mit einer Diffusionsbarriere versehen sind. Hierbei wird üblicherweise das gesamte Blech beschichtet, das heißt viel aufwendiger als nur für eine Lötzone, in welcher oder über welche die Komponenten miteinander verlötet und dadurch miteinander verbunden werden, erforderlich wäre. Des Weiteren begrenzt sich diese Beschichtung auf ebenes Material, insbesondere auf Blechmaterial. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen können durch die Erfindung die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Herstellung maßgeschneiderter Eigenschaften in einem Lötbereich, in welchem oder über welchen die Komponenten miteinander verlötet werden
- - Durch eine entsprechende Ausgestaltung des beispielsweise als additiv gefertigtes Volumenelement ausgebildeten Lotkörpers kann nicht nur ein flächiger Kontakt zwischen den Komponenten beziehungsweise zwischen der jeweiligen Komponente und dem Lotkörper erfolgen, sondern eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen den Komponenten und/oder zwischen der jeweiligen Komponente und dem Lotkörper kann auch über mehrere Kontaktflächen erfolgen.
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Zur Erfindung gehört auch ein Lötverbindungsteil, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lötverbindungsteils anzusehen und umgekehrt. Somit kann das fertige, das heißt fertig hergestellte Lötverbindungsteil, eine Kombination aus Metall und Metall oder eine Kombination aus Metall oder Keramik oder eine Kombination aus Keramik und Keramik sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines Lotkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Lotkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Lotkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 4 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Lotkörpers gemäß einer vierten Ausführungsform;
- 5 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Lötverbindungsteils, wobei der Lotkörper gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird;
- 6 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform;
- 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei der Lotkörper gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird; und
- 8 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform;
- 9 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei der Lotkörper gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird; und
- 10 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der dritten Ausführungsform,
- 11 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei der Lotkörper gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird;
- 12 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der vierten Ausführungsform;
- 13 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform, wobei der Lotkörper gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird;
- 14 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der fünften Ausführungsform;
- 15 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer sechsten Ausführungsform, wobei der Lotkörper gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird; und
- 16 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens gemäß der sechsten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen Lotkörper 1, welcher verwendet wird, um beispielsweise ein in 6 gezeigtes und dort mit 2 bezeichnetes Lötverbindungsteil durch Löten herzustellen. Dabei zeigt 1 eine erste Ausführungsform des Lotkörpers 1. Der Lotkörper 1 ist aus einem Lötmittel hergestellt, welches auch als Lotwerkstoff bezeichnet wird. Das zuvor genannte Löten, durch welches durch Lötverbindungsteil 2 hergestellt wird, wird auch als Lötprozess bezeichnet.
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5 und 6 zeigen eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Lötverbindungsteils 2. Bei dem Verfahren werden zum Herstellen des Lötverbindungsteils wenigstens zwei Komponenten 3 und 4 durch das zuvor genannte Löten miteinander verbunden, indem der Lotkörper 1 erwärmt wird. Hierdurch stellt der Lotkörper 1 das Lötmittel bereit, mittels welchem die Komponenten 3 und 4 miteinander verlötet und dadurch miteinander verbunden werden. 5 zeigt die Komponenten 3 und 4 und den Lotkörper 1 vor dem Lötprozess. Bei dem Lötprozess wird der Lotkörper 1 erwärmt und dadurch geschmolzen, insbesondere während ein Schmelzen der Komponenten 3 und 4 unterbleibt. Durch das Schmelzen des Lotkörpers 1 stellt dieser das Lötmittel bereit. Nach dem Lötprozess härten das Lötmittel und somit der Lotkörper 1 aus. Mit anderen Worten erstarren nach dem Lötprozess das Lötmittel und somit der Lotkörper 1, wobei 6 das Lötverbindungsteil 2 in seinem fertig hergestellten Zustand, das heißt nach dem Lötprozess zeigt. Somit zeigt 6 den Lotkörper 1 nach dem zuvor beschriebenen Erstarren.
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Aus 1 und 5 ist erkennbar, dass der Lotkörper 1 vor dem Löten, das heißt vor dem Lötprozess wenigstens eine Ausnehmung 5 aufweist, in welcher vor dem Lötprozess wenigstens eine der Komponenten 3 und 4, vorliegend die Komponente 3 angeordnet, das heißt platziert oder positioniert wird. Die Ausnehmung 5 wird also verwendet, um die Komponente 3 vorteilhaft relativ zu dem Lotkörper 1 vor dem Löten auszurichten, das heißt zu positionieren. Insbesondere ist es denkbar, dass bei dem Verfahren die separat voneinander und separat von dem Lotkörper 1 ausgebildeten Komponenten 3 und 4 bereitgestellt werden, und auch der separat von den Komponenten 3 und 4 hergestellte beziehungsweise ausgebildete Lotkörper 1 wird bereitgestellt, welcher vor dem Lötprozess unabhängig von den Komponenten 3 und 4 hergestellt wird. Der Lotkörper 1 wird, insbesondere direkt, an der Komponente 4 angeordnet, und die Komponente 3 wird zumindest teilweise in der Ausnehmung 5 angeordnet, insbesondere derart, dass auch die Komponente 3, insbesondere direkt, an dem Lotkörper 1 angeordnet wird. Daraufhin wird der Lotkörper 1, während die Komponente 3 zumindest teilweise in der Ausnehmung 5 angeordnet ist, erwärmt und somit zumindest teilweise geschmolzen, das heißt an- oder aufgeschmolzen, wodurch der Lotkörper 1 das Lötmittel bereitstellt. Das Lötmittel geht beispielsweise mit der Komponente 3 und/oder mit der Komponente 4 eine stoff- und/oder formschlüssige Verbindung ein, so dass die Komponenten 3 und 4 zum Herstellen des Lötverbindungsteils 2 stoff- und/oder formschlüssig über das Lötmittel, mithin über den erstarrten Lotkörper 1 miteinander verbunden werden beziehungsweise sind.
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Bei der in 1 ersten Ausführungsform ist die Ausnehmung 5 eine auf genau einer Seite S1 offene Aussparung. In 1 ist mit h1 eine entlang einer Richtung verlaufende Höhe der Ausnehmung 5 bezeichnet, und mit h2 ist eine entlang der Richtung verlaufende Höhe des Lotkörpers 1 bezeichnet. Außerdem weist der Lotkörper 1 eine der Ausnehmung 5 gegenüberliegende Außenwandung 6 auf, an welcher vorliegend die Komponente 4 direkt angeordnet ist. Somit bildet die Außenwandung 6 eine Kontaktfläche 7, an welcher vorliegend die Komponente 4 direkt angeordnet wird. Somit ist die Kontaktfläche 7 eine Kontaktfläche zu der Komponente 4. Bei der ersten Ausführungsform ist die Außenwandung 6 beziehungsweise die Kontaktfläche 7 eben.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Lotkörpers 1. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Außenwandung 6 beziehungsweise die Kontaktfläche 7 derart geformt, dass sie eine von einer ebenen Form abweichende Kontur aufweist. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Außenwandung 6 beziehungsweise die Kontaktfläche 7 gekrümmt, insbesondere konkav gekrümmt beziehungsweise gewölbt.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Lotkörpers 1. Bei der dritten Ausführungsform ist die Ausnehmung 5 als ein Hohlraum ausgebildet, welcher zumindest in einem Teilbereich T allumfangsseitig geschlossen, das heißt durch den Lotkörper 1 begrenzt ist. Bei der dritten Ausführungsform ist die Außenwandung 6 beziehungsweise die Kontaktfläche 7 eben ausgebildet.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform des Lotkörpers 1. Die vierte Ausführungsform entspricht im Grunde der dritten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass die Außenwandung 6 beziehungsweise die Kontaktfläche 7 gewölbt, insbesondere konkav gewölbt, ist.
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Bei der in 5 und 6 veranschaulichten ersten Ausführungsform des Verfahrens wird der Lotkörper 1 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet. Wie aus 5 erkennbar ist, wird vor dem Lötprozess die Komponente 3 zumindest teilweise in der Ausnehmung 5 angeordnet. In 5 ist eine entlang der genannten Richtung verlaufende Höhe der Komponente 3 mit h3 bezeichnet. Bei der ersten Ausführungsform wird der Lotkörper 1 zwischen den zu verlötenden Komponenten 3 und 4 angeordnet, wobei die Komponente 3 zumindest teilweise in der Ausnehmung 5 angeordnet wird. Optional erfolgt eine Fixierung der Komponenten 3 und 4 und des Lotkörpers 1 zueinander. Außerdem weist der Lotkörper 1 beziehungsweise dessen Lötmittel eine niedrigere Schmelztemperatur als die Komponenten 3 und 4 auf, so dass bei dem Lötprozess der Lotkörper 1, nicht jedoch die Komponenten 3 und 4, geschmolzen werden. Gemäß 5 bilden die Komponenten 3 und 4 und der Lotkörper 1 eine Anordnung, welche erhitzt wird, wodurch der Lotkörper 1 aufschmilzt und das Lötmittel bereitstellt. Nach der Abkühlung sind die Komponenten 3 und 4 stoff- und/oder formschlüssig über das Lötmittel miteinander verbunden. Der aufgeschmolzene und daraufhin erstarrte Lotkörper 1 hat die Komponente 3 sowie die Komponente 4 benetzt. Da jedoch die Komponente 3 in der Ausnehmung 5 angeordnet wurde und während des Lötprozesses ist, wird die Komponente 3 an mehr als einer Kontaktfläche mit dem Lötmittel benetzt. Für alle Ausführungsformen gilt, dass das Lötverbindungsteil 2 nach dem Löten rasch abgekühlt beziehungsweise abgeschreckt werden kann, um gegebenenfalls eine effektive Aushärtung durch eine nachfolgende Warmauslagerung durchzuführen.
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7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform des Verfahrens. Bei der ersten Ausführungsform des Verfahrens ist die Höhe h3 größer als die Höhe h1, so dass die Komponente 3 entlang der genannten Richtung teilweise aus der Ausnehmung 5 herausragt.
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Bei der in 7 und 8 gezeigten zweiten Ausführungsform des Verfahrens jedoch ist die Höhe h1 der Ausnehmung 5 größer als die Höhe h3 der Komponente 3, so dass die Komponente 3, insbesondere ihre Oberseite 8, entlang der Richtung gegenüber einer Oberseite 9 und/oder einer Oberkante 10 des Lotkörpers 1 vor dem Löten zurückversetzt ist, insbesondere zu der Komponente 4 hin. Es ist erkennbar, dass die Ausnehmung 5 entlang der Richtung an der Oberkante 10 und vorliegend an der Oberseite 9 endet, wobei die Oberseiten 8 und 9 entlang der Richtung von der Komponente 4 abgewandt sind. Da die Höhe h3 geringer als die Höhe h2 ist, wird die Komponente 3 bei dem Lötprozess nicht nur an ihrer vor dem Löten dem Lotkörper 1 zugewandten Kontaktfläche 11 und an ihren Seitenflächen 12, sondern auch an ihrer Oberseite 8 mit dem Lötmittel benetzt. Mit anderen Worten kann bei der zweiten Ausführungsform die Komponente 3 mit dem aufgeschmolzenen Lotkörper 1, das heißt mit dem insbesondere flüssigen Lötmittel, auch auf der Oberseite 8 benetzt und somit auch auf der Oberseite 8 stoff- und/oder formschlüssig angebunden werden, insbesondere an dem Lotkörper 1 und/oder, insbesondere über den Lotkörper 1, an die Komponente 4. Bei der ersten Ausführungsform und bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird der Lotkörper 1 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet.
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9 und 10 veranschaulichen eine dritte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der vierten Ausführungsform wird der Lotkörper 1 gemäß der zweiten Ausführungsform genutzt. Außerdem ist die Komponente 4, insbesondere ihre Kontaktfläche, die die an der Kontaktfläche 7 anliegt, bei der vierten Ausführungsform des Verfahrens gewölbt, insbesondere konvex gewölbt, und dabei beispielsweise kreisrund. Da dabei der Lotkörper 1 gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird, kann sich der Lotkörper 1 infolge des Lötprozesses besonders gut an die Komponente 4 anschmiegen.
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11 und 12 zeigen eine vierte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der drittenAusführungsform des Verfahrens ist die Höhe h1 der Ausnehmung 5 geringer als die Höhe h3 der Komponente 3. Demgegenüber ist bei der vierten Ausführungsform die Höhe h1 der Ausnehmung 5 größer als die Höhe h3 der Komponente 3, so dass bei der vierten Ausführungsform die Komponente 3 auch an oder auf ihrer Oberseite 8 mit dem Lotkörper 1, das heißt mit dem Lötmittel, benetzt wird. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Anbindung, insbesondere eine stoff- und/oder formschlüssige Anbindung, der Komponente 3, insbesondere an den Lotkörper 1 und/oder die Komponente 4, realisiert werden. Insbesondere kann hierdurch eine besonders hohe Stabilität einer Lötverbindung dargestellt werden, über welche die Komponenten 3 und 4 miteinander und/oder jeweils mit dem Lotkörper 1 verbunden werden.
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13 und 14 zeigen eine fünfte Ausführungsform des Verfahrens. Bei der fünften Ausführungsform weist die Komponente 3 eine weitere Ausnehmung 13 auf, welche beispielsweise ein Hinterschnitt ist oder durch welche ein Hinterschnitt gebildet ist. Da bei dem Lötprozess der Lotkörper 1 aufgeschmolzen wird, kann das durch das Aufschmelzen flüssige Lötmittel zumindest teilweise in die Ausnehmung 13 der Komponente 3 hinein fließen, das heißt einströmen. Dadurch kann die Komponente 3 besonders gut an den Lotkörper 1 und/oder die Komponente 4 angebunden werden.
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Schließlich zeigen 15 und 16 eine sechste Ausführungsform des Verfahrens. Bei der sechsten Ausführungsform des Verfahrens wird der Lotkörper 1 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet. Durch das Löten beziehungsweise nach dem Löten wird die zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in der vorliegend als Hohlraum ausgebildeten Ausnehmung 5 angeordnete Komponente 3 zumindest weitgehend, das heißt zumindest überwiegend und somit zumindest zu mehr als zur Hälfte oder aber vollständig, das heißt allumfangsseitig von dem auch als Lot bezeichneten Lötmittel (Lotwerkstoff) umschlossen, so dass eine besonders vorteilhafte Verbindung, insbesondere Lötverbindung, darstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lotkörper
- 2
- Lötverbindungsteil
- 3
- Komponente
- 4
- Komponente
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Außenwandung
- 7
- Kontaktfläche
- 8
- Oberseite
- 9
- Oberseite
- 10
- Oberkante
- 11
- Kontaktfläche
- 12
- Seitenfläche
- 13
- weitere Ausnehmung
- h1
- Höhe
- h2
- Höhe
- h3
- Höhe
- S1
- Seite
- T
- Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112007000992 B4 [0002]
- DE 102006009159 A1 [0002]
