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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2016 108 849 B3 als bekannt zu entnehmen. Der elektrische Energiespeicher weist ein Gehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum begrenzt. Dabei weist das Gehäuse ein den Aufnahmeraum zumindest überwiegend, das heißt zu mehr als zur Hälfte begrenzendes Gehäuseelement auf, welches einstückig ausgebildet ist. Des Weiteren weist der elektrische Energiespeicher Speicherzellen zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Speicherzellen in dem Aufnahmeraum angeordnet und somit aufgenommen sind. Des Weiteren weist das Gehäuse einen separat von dem Gehäuseelement ausgebildeten und mit dem Gehäuseelement verbundenen Deckel auf, durch welchen das Gehäuseelement verschlossen ist. Ferner ist aus der
EP 3 709 387 A1 ein Batteriekasten für eine Traktionsbatterie bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Energiespeicher der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen elektrischen Energiespeicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste Seitenwand des Gehäuseelements wenigstens eine in den Aufnahmeraum hineinragende und auch als erster Versatz bezeichnete Einbuchtung aufweist. An die Einbuchtung schließen sich, insbesondere beidseitig, Aufnahmen an, die durch die Einbuchtung und eine der Speicherzellen, insbesondere direkt, begrenzt sind. Eine der ersten Seitenwand gegenüberliegende, zweite Seitenwand des Gehäuseelements weist wenigstens eine der Einbuchtung, insbesondere genau, gegenüberliegende und von dem Aufnahmeraum wegweisende Ausbuchtung auf, welche auch als zweiter Versatz bezeichnet wird. Da das Gehäuseelement einstückig ausgebildet ist, sind die Seitenwände einstückig miteinander ausgebildet. Unter dem Merkmal, dass das Gehäuseelement einstückig ausgebildet ist, ist zu verstehen, dass das Gehäuseelement ein integral gefertigtes, das heißt aus einem einzigen Stück oder Teil hergestelltes Bauelement ist. Somit kann das Gehäuseelement auch als einteilig bezeichnet werden. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist das Gehäuseelement nicht durch zwei oder demgegenüber mehrere, separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauelemente gebildet, sondern das Gehäuseelement ist ein integrales, einstückiges beziehungsweise einteiliges Bauelement. Da das Gehäuseelement einstückig ausgebildet ist, sind die Seitenwände einstückig miteinander ausgebildet, so dass die Seitenwände integraler Bestandteil des Gehäuseelements sind.
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Des Weiteren ist es bei dem elektrischen Energiespeicher gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Deckel und/oder an dem Deckel vorgesehene Kühlelemente in die Ausbuchtung und in die Aufnahmen eingreifen. Es ist denkbar, dass die Kühlelemente separat von dem Deckel ausgebildet und an dem Deckel befestigt sind, oder die Kühlelemente sind einstückig mit dem Deckel ausgebildet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Deckel und die Kühlelemente integrale Bestandteile eines integral gefertigten und somit einstückig oder einteilig ausgebildeten Bauelements sind. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde:
- Herkömmlicherweise werden Gehäuse für Energieträger, wie beispielsweise elektrische Energieträger, das heißt elektrische Energiespeicher, aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt. Bei der Verwendung von Pouch-Zellen als Speicherzellen zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern von elektrischer Energie geschieht dies unter anderem, da die Pouch-Zellen während ihres Verbaus für eine vorteilhafte Leistungsfähigkeit gegeneinander verspannt werden sollten und so ein Aufbau des Gehäuses um die einfach auch als Zellen bezeichneten Speicherzellen herum erfolgen muss. Demgegenüber ist das Gehäuseelement jedoch erfindungsgemäß als einteiliges, das heißt einstückiges Bauelement ausgebildet, welches vorzugsweise tiefgezogen ist. Die Seitenwände werden auch als erste Seitenwände bezeichnet, weil es vorzugsweise vorgesehen ist, dass sich an die ersten Seitenwände beidseitig zweite Seitenwände des Gehäuseelements anschließen, so dass die ersten Seitenwände und die zweiten Seitenwände einstückig miteinander ausgebildet sind. An die ersten Seitenwände und an die zweiten Seitenwände schließt sich vorzugsweise ein Boden des Gehäuseelements an, wobei der Aufnahmeraum durch den Boden und durch die Seitenwände, insbesondere jeweils direkt, begrenzt ist. Da das Gehäuseelement integral gefertigt, mithin einstückig ausgebildet ist, ist der Boden einstückig mit den Seitenwänden ausgebildet.
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Beispielsweise sind die ersten Seitenwände an jeweiligen, einander gegenüberliegenden vorzugsweise freien Enden des Gehäuseelements angeordnet, so dass das Gehäuseelement an seinen Enden die Versätze aufweist. Der jeweilige Versatz kann vielfältige Funktionen übernehmen: Der jeweilige, beispielsweise an einer jeweiligen Endseite des Gehäuseelements angeordnete Versatz versteift das Gehäuseelement.
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Ferner kann beispielsweise der jeweilige Versatz beziehungsweise die Ausbuchtung und die jeweilige Aufnahme als Negativform für einen Greifer dienen, mittels welchem im Rahmen einer Herstellung des elektrischen Energiespeichers die Speicherzellen insbesondere in miteinander verspanntem Zustand der Speicherzellen in dem Aufnahmeraum angeordnet und somit in das Gehäuseelement eingesetzt werden. Die Aufnahmen und die Ausbuchtungen ermöglichen somit ein Einsetzen der miteinander beziehungsweise gegeneinander verspannten und beispielsweise als Batteriezellen ausgebildeten Speicherzellen mittels des Greifers, da der Greifer beispielsweise in die Ausbuchtungen und die Aufnahmen eingreift beziehungsweise hineinfahren kann, um hierdurch die Speicherzellen in den Aufnahmeraum hineinzubewegen und somit in dem Aufnahmeraum anzuordnen. Ferner bieten oder sind die Ausbuchtungen und die Aufnahmen Bauraum für den Deckel beziehungsweise die Kühlelemente, insbesondere für eine Integration der Kühlelemente. Beispielsweise nachdem die Speicherzellen, insbesondere mittels des Greifers, in dem Aufnahmeraum angeordnet wurden, kann der Deckel mit dem Gehäuseelement verbunden werden, insbesondere derart, dass der Deckel eingesetzt und/oder auf das Gehäuseelement aufgesetzt wird. Beispielsweise kann der Deckel mit dem Gehäuse, insbesondere ringsherum, verklebt und/oder verschweißt werden. In der Folge kann ein besonders vorteilhafter und steifer Verbund realisiert werden, welcher das Gehäuseelement und den mit dem Gehäuseelement verbundenen Deckel sowie die in dem Aufnahmeraum aufgenommenen Speicherzellen umfasst. Insbesondere können durch die Erfindung zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - Der jeweilige Versatz versteift das einzelne Gehäuseelement, so dass dieses Kräfte aus einem Zellwachstum aufnehmen kann, und ebenso versteift der jeweilige Versatz den genannten Verbund zueinander, insbesondere in einem Verbau in dem Kraftfahrzeug.
- - Einsparen von mehreren Fertigungsschritten und somit Kosten durch Herstellung des Gehäuseelements, beispielsweise als Wanne in einem Tiefziehprozess
- - Verbesserung der Dichtigkeit durch Entfall von vielen Fügestellen
- - Eignung des Gehäuseelements für den Verbau von Pouch-Zellen sowie von Zellen mit eigensteifen beziehungsweise starren Zellgehäusen unterschiedlicher Art
- - Die Versätze des Gehäuseelements können in zumindest nahezu allen Fertigungsschritten sowie später in einem Betrieb vollumfänglich ausgenutzt werden.
- - gute Kühlwirkung, insbesondere während eines Betriebs des elektrischen Energiespeichers
- - Das Gehäuseelement kann aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, so zum Beispiel aus Aluminium und/oder aus Stahl.
- - Anwendung flexibel, sowohl für Elektrofahrzeug als auch für Betriebsfahrzeug verwendbar
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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 Perspektivansicht eines Gehäuseelements eines elektrischen Energiespeichers;
- 2 eine weitere schematische Perspektivansicht des Gehäuseelements, wobei Speicherzellen des elektrischen Energiespeichers in das Gehäuseelement eingesetzt werden;
- 3 eine weitere schematische Perspektivansicht des Gehäuseelements, wobei ein Deckel in das Gehäuseelement eingesetzt und auf das Gehäuseelement aufgesetzt wird; und
- 4 eine schematische und geschnittene Draufsicht eines Verbunds in einem Fahrzeugverbau.
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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 Perspektivansicht ein Gehäuseelement 10 eines elektrischen Energiespeichers 12 (2) für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den elektrischen Energiespeicher 12 aufweist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher 12 eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Beispielsweise ist der elektrische Energiespeicher 12 eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie).
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Aus 3 ist erkennbar, dass der elektrische Energiespeicher 12 ein Gehäuse 14 aufweist, welches einen Aufnahmeraum 16, insbesondere direkt, begrenzt. Dabei umfasst das Gehäuse 14 das Gehäuseelement 10, welches den Aufnahmeraum 16 zumindest überwiegend, das heißt im Hinblick auf ein Volumen des Aufnahmeraums 16 insgesamt, zumindest zu mehr als zur Hälfte begrenzt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt begrenzt das Gehäuseelement 10 einen zumindest überwiegenden Teilbereich 18 (1) des Aufnahmeraums 16 insgesamt, wobei es denkbar ist, dass ein Volumen des direkt durch das Gehäuseelement 10 begrenzten Teilbereichs 18 dem Volumen des Aufnahmeraums 16 insgesamt entspricht.
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Das Gehäuseelement 10 ist einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Gehäuseelement 10 ein integral gefertigtes Bauelement ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist das Gehäuseelement 10 aus genau einem, das heißt aus einem einzigen Stück oder Teil gebildet, so dass das Gehäuseelement 10 einstückig, mithin einteilig, ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Gehäuseelement 10 ein tiefgezogenes Bauelement und somit durch Tiefziehen, das heißt mittels eines Tiefziehprozesses, hergestellt.
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1 bis 4 zeigen den Energiespeicher 12 beziehungsweise das Gehäuseelement 10 in einer Einbaulage, wobei der Energiespeicher 12 und somit das Gehäuseelement 10 die Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs einnehmen. Dabei ist die Fahrzeuglängsrichtung mit x, die Fahrzeugquerrichtung mit y und die Fahrzeughochrichtung mit z bezeichnet. Es ist erkennbar, dass das Gehäuseelement 10 außerdem einen separat von dem Gehäuseelement 10 ausgebildeten und mit dem Gehäuseelement 10 verbundenen Deckel 20 aufweist, durch welchen das Gehäuseelement 10 verschlossen ist. Der Energiespeicher 12 umfasst außerdem mehrere Speicherzellen 22 zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern von elektrischer Energie. Aus 3 ist erkennbar, dass die Speicherzellen 22 beispielsweise entlang einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind und somit beispielsweise einen Zellstapel bilden. Dabei ist es denkbar, dass die Speicherzellen 22 entlang der Stapelrichtung miteinander beziehungsweise gegeneinander verspannt sind. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Stapelrichtung parallel zur Fahrzeuglängsrichtung x.
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In vollständig hergestelltem Zustand des Energiespeichers 12 sind die Speicherzellen 22, insbesondere vollständig, in dem Aufnahmeraum 16 und somit vorliegend beispielsweise in dem Gehäuseelement 10 angeordnet, mithin aufgenommen. Das Gehäuseelement 10 an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, weist eine Öffnung 24 auf, durch welche bei einer Herstellung des elektrischen Energiespeichers 12 die Speicherzellen 22, insbesondere der durch die Speicherzellen 22 gebildete Zellstapel, hindurchbewegt werden beziehungsweise wird, wodurch die Speicherzellen 22 in den Aufnahmeraum 16 beziehungsweise in den Teilbereich 18 hineinbewegt und somit in dem Aufnahmeraum 16 angeordnet werden. Insbesondere daraufhin wird der Deckel 20 mit dem Gehäuseelement 10 verbunden, wodurch der Deckel 20 die Öffnung 24, insbesondere vollständig, verschließt.
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Das Gehäuseelement 10 weist zwei in Fahrzeuglängsrichtung x voneinander beabstandete, erste Seitenwände 26 und 28 auf, durch welche der Aufnahmeraum 16 in Fahrzeuglängsrichtung x beidseitig begrenzt ist. In Fahrzeugquerrichtung schließen sich an die Seitenwände 26 und 28 zweite Seitenwände 30 und 32 des Gehäuseelements 10 an, wobei durch die Seitenwände 30 und 32 der Aufnahmeraum 16 beziehungsweise der Teilbereich 18 in Fahrzeugquerrichtung y beidseitig begrenzt ist. Da das Gehäuseelement 10 einstückig beziehungsweise einteilig ausgebildet ist, sind die Seitenwände 26, 28, 30 und 32 einstückig miteinander ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Seitenwände 26, 28, 30 und 32 integrale Bestandteile des Gehäuseelements 10 sind, welches integral gefertigt und somit einstückig ausgebildet ist. Das Gehäuseelement 10 weist außerdem einen Boden 34 auf, durch welchen der Aufnahmeraum 16 in Fahrzeughochrichtung z nach unten hin begrenzt ist. Somit ist auch der Boden 34 einstückig mit den Seitenwänden 26, 28, 30 und 32 ausgebildet, mithin integraler Bestandteil des Gehäuseelements 10.
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Die Seitenwand 26 weist einen ersten Versatz 36 auf, wodurch eine in den Aufnahmeraum 16 hineinragende Einbuchtung 38 der Seitenwand 26 gebildet ist. In Fahrzeugquerrichtung y schließen sich an die Einbuchtung 38 beidseitig Aufnahmen 40 an, die durch die Einbuchtung 38 und durch eine in 2 mit Z bezeichnete der Speicherzellen 22 gebildet sind. Die der Seitenwand 26 insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung gegenüberliegende Seitenwand 28 weist einen zweiten Versatz 42 auf, durch welchen eine der Einbuchtung 38 genau gegenüberliegende Ausbuchtung 44 gebildet ist. Die Ausbuchtung 44 weist von dem Aufnahmeraum 16 weg, so dass die Ausbuchtung 44 eine zusätzliche, zweite Aufnahme ist oder bildet. Jeweilige, vorliegend in Fahrzeugquerrichtung y verlaufende Längen von jeweiligen Wandungsbereichen der Seitenwand 28 sind in 1 mit a und b bezeichnet. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass a kleiner als b ist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass b größer oder gleich dem Zweifachen von a ist. insgesamt ist erkennbar, dass das Gehäuseelement 10 ein einteiliges und tiefgezogenes Element mit den Seitenwänden 26, 28, 30 und 32 und dem Boden 34 ist.
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Aus 2 ist erkennbar, dass beispielsweise ein Greifer 46 verwendet wird, um die miteinander verspannten Speicherzellen 22 durch die Öffnung 24 hindurchzubewegen und somit in dem Aufnahmeraum 16 beziehungsweise in dem Teilbereich 18 anzuordnen, mithin in das Gehäuseelement 10 einzusetzen. Der beispielsweise an einem Roboter gehaltene Greifer 46 verspannt die Speicherzellen 22 in Fahrzeuglängsrichtung x, wie es in 2 durch Pfeile 48 veranschaulicht ist. Pfeile 50 veranschaulichen, dass die mittels des Greifers 46 gegeneinander verspannten Speicherzellen 20 mittels des Greifers 46 in den Teilbereich 18 hineinbewegt und somit in das Gehäuseelement 10 eingesetzt werden, indem die Speicherzellen 22 mittels des Greifers 46 durch die Öffnung 24 hindurchbewegt werden. Dabei fährt der Greifer 46 in die Aufnahmen 40 und in die Ausbuchtung 44 ein, um die Speicherzellen 22 in dem Teilbereich 18 anzuordnen. Danach kann der Greifer 46 wieder aus den Aufnahmen 40 und aus der Ausbuchtung 44 herausfahren.
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Aus 3 ist erkennbar, dass an dem Deckel 20 Kühlelemente 52 vorgesehen sind. Die Kühlelemente 52 sind beispielsweise separat von dem Deckel 20 ausgebildet und an dem Deckel 20 befestigt, so dass der Deckel 20 und die Kühlelemente 52 eine Baueinheit 54 bilden. Das jeweilige Kühlelement 52 ist beispielsweise von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmedium durchströmbar, mittels welchem die Speicherzellen 22 gekühlt werden können. Aus 3 ist erkennbar, dass die Baueinheit 54 teilweise in den Teilbereich 18 beziehungsweise in das Gehäuseelement 10 eingesetzt und teilweise auf das Gehäuseelement 10 aufgesetzt wird, insbesondere derart, dass die Kühlelemente 52 in die Aufnahmen 40 und in die Ausbuchtung 44 und somit in das Gehäuseelement 10 hineinbewegt und der Deckel 20 auf das Gehäuseelement 10 aufgesetzt wird. Daraufhin wird beispielsweise der Deckel 20 mit dem Gehäuseelement 10 verbunden, beispielsweise verklebt und/oder verschweißt. In vollständig hergestelltem Zustand des Energiespeichers 12 sind somit die Kühlelemente 52 in den Aufnahmen 40 und in der Ausbuchtung 44 aufgenommen.
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4 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Draufsicht einen Verbund 56 in einem Fahrzeugverbau. Der Verbund 56 kann mehrere Gehäuse 14 aufweisen, welche beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung y nebeneinander angeordnet sind. Dabei sind beispielsweise die Gehäuse 14 miteinander verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuseelement
- 12
- Elektrischer Energiespeicher
- 14
- Gehäuse
- 16
- Aufnahmeraum
- 18
- Teilbereich
- 20
- Deckel
- 22
- Speicherzellen
- 24
- Öffnung
- 26
- Seitenwand
- 28
- Seitenwand
- 30
- Seitenwand
- 32
- Seitenwand
- 34
- Boden
- 36
- Versatz
- 38
- Einbuchtung
- 40
- Aufnahme
- 42
- Versatz
- 44
- Ausbuchtung
- 46
- Greifer
- 48
- Pfeil
- 50
- Pfeil
- 52
- Kühlelement
- 54
- Baueinheit
- 56
- Verbund
- Z
- Speicherzelle
- a
- Länge
- b
- Länge
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016108849 B3 [0002]
- EP 3709387 A1 [0002]
