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Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Der jeweilige Energiespeicher weist ein Gehäuse auf, welches einen Aufnahmeraum aufweist, das heißt bildet beziehungsweise begrenzt. Der Energiespeicher weist außerdem wenigstens ein Speicherelement zum Speichern der elektrischen Energie auf, wobei das Speicherelement in dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Das Speicherelement ist beispielsweise eine Speicherzelle, insbesondere eine Batteriezelle wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle. Ferner ist es denkbar, dass das Speicherelement ein Speichermodul ist, welches mehrere, insbesondere elektrisch miteinander verbundene, Speicherelemente wie beispielsweise Speicherzellen, insbesondere Batteriezellen, umfassen kann. Insbesondere kann das Speicherelement die elektrische Energie elektrochemisch speichern. Des Weiteren weist das Gehäuse wenigstens einen Wandungsbereich auf, welcher beispielsweise eine Befestigungsfläche aufweist oder bildet. An dem Wandungsbereich, insbesondere an der Befestigungsfläche, ist ein Verbindungselement angeordnet oder anordenbar, mittels welchem das Gehäuse mit einem separat von dem Gehäuse ausgebildeten, weiteren Bauteil verbindbar ist. Insbesondere ist die Befestigungsfläche, an welcher das Verbindungselement angeordnet oder anordenbar ist, von dem Aufnahmeraum abgewandt und somit einer Umgebung des Gehäuses zugewandt.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2017 104 644 A1 eine Gehäuseanordnung, mit mindestens einer überhitzungsgefährdeten elektrischen Einheit, wobei die Gehäuseanordnung mindestens eine Aufnahmevorrichtung aufweist, in der die elektrische Einheit aufgenommen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen 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 beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildeten Energiespeicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist erfindungsgemäß wenigstens ein im Aufnahmeraum angeordnetes und beispielsweise als Kanalblech ausgebildetes Kanalelement vorgesehen, welches ein erstes Teil aufweist, wobei das erste Teil einen Abführkanal zum gezielten Abführen eines aus dem Speicherelement ausströmenden Gases, insbesondere zumindest teilweise und/oder direkt, begrenzt. Des Weiteren weist das Kanalelement ein zweites Teil auf, das, insbesondere direkt, an dem Wandungsbereich anliegt, wodurch der Wandungsbereich verstärkt ist. Insbesondere ist das Kanalelement separat von dem Gehäuse ausgebildet und dabei vorzugsweise mit dem Gehäuse verbunden. Beispielsweise entsteht das Gas bei einem thermischen Ereignis oder bei einer thermischen Propagation, sodass das Gas beispielsweise bei dem oder infolge des thermischen Ereignisses aus dem Speicherelement ausströmt. Das aus dem Speicherelement ausströmende Gas kann, insbesondere über den Aufnahmeraum, in den Abführkanal einströmen und in der Folge den Abführkanal durchströmen und wird mittels des Abführkanals gezielt von dem Speicherelement und somit von dem Aufnahmeraum weggeführt und beispielsweise aus dem Aufnahmeraum herausgeleitet. Der Abführkanal wird auch als Entlüftungskanal oder Venting-Kanal bezeichnet, da das Gas über den Abführkanal definiert aus dem Aufnahmeraum abgeführt und beispielsweise an eine Umgebung des Gehäuses geleitet werden kann.
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Zu dem zuvor genannten, thermischen Ereignis kommt es beispielsweise bei einem Kurzschluss des Speicherelements. Bei dem oder durch das thermische Ereignis kommt es zu einer insbesondere starken Erwärmung des Speicherelements, sodass beispielsweise aus einem flüssigen Elektrolyten des Speicherelements das genannte Gas entsteht. Insbesondere kann es infolge eines solchen thermischen Ereignisses an dem Speicherelement zu einer thermischen Propagation, das heißt zu einem thermischen Propagationsvorgang, kommen, in dessen Rahmen beispielsweise das zunächst an oder in dem Speicherelement auftretende thermische Ereignis auf wenigstens ein weiteres Speicherelement des Energiespeichers übergreift, wobei es an dem weiteren Speicherelement alleine betrachtet zunächst nicht zu dem oder einem thermischen Ereignis gekommen wäre. Infolge einer solchen thermischen Propagation kann eine besonders große Menge des Gases, insbesondere in dem Aufnahmeraum, entstehen, wobei dieses Gas nun mittels des Abführkanals aus dem Aufnahmeraum gezielt abgeführt werden kann.
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Bei der Erfindung kommt dem Kanalelement eine Doppelfunktion zu. Zum einen wird das Kanalelement verwendet, um den Abführkanal zumindest teilweise zu bilden, das heißt zumindest teilweise zu begrenzen. Zum anderen wird das Kanalelement verwendet, um den Wandungsbereich zu verstärken, sodass das Gehäuse mittels des Verbindungselements besonders stabil und fest mit dem weiteren Bauteil verbunden werden kann.
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Beispielsweise bildet der Wandungsbereich eine erste Befestigungsfläche, die beispielsweise von dem Aufnahmeraum abgewandt ist. Dabei ist beispielsweise das Verbindungselement, insbesondere direkt, an der ersten Befestigungsfläche angeordnet oder anordenbar. Dabei ist es denkbar, dass der Wandungsbereich, welcher vorzugsweise als ein Festkörper ausgebildet ist, eine zweite Befestigungsfläche aufweist oder bildet, wobei die zweite Befestigungsfläche von der ersten Befestigungsfläche abgewandt und somit dem Aufnahmeraum zugewandt ist. Ferner ist es denkbar, dass das zweite Teil eine dritte Befestigungsfläche aufweist, die der zweiten Befestigungsfläche zugewandt ist. Mit anderen Worten bildet beispielsweise das zweite Teil die dritte Befestigungsfläche, die vorzugsweise, insbesondere direkt, an der zweiten Befestigungsfläche und somit an dem Wandungsbereich anliegt. Hierdurch ist der Wandungsbereich, insbesondere die zweite Befestigungsfläche, mittels des zweiten Teils des Kanalelements verstärkt. Insbesondere ist es denkbar, dass das zweite Teil an dem Wandungsbereich, insbesondere an der zweiten Befestigungsfläche, befestigt ist, beispielsweise durch Schweißen.
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Da das Kanalelement sowohl zum zumindest teilweisen Bilden des Abführkanals als auch zum Verstärken des Wandungsbereichs verwendet wird, ist eine Funktionsintegration vorgesehen, durch welche die Teileanzahl und die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Energiespeichers besonders gering gehalten werden können. Durch die Funktionsintegration können jeweilige, separate und zusätzliche Teile einerseits zum zumindest teilweisen Bilden des Abführkanals und andererseits zum Verstärken des Wandungsbereichs vermieden werden. Des Weiteren liegen der Erfindung insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Würde beispielsweise ein separat von dem Gehäuse ausgebildetes Verstärkungselement wie beispielsweise eine Konsole mit der dem Aufnahmeraum abgewandten, ersten Befestigungsfläche verschweißt werden, beispielsweise durch herkömmliches Schweißen oder durch ein Punktschweißkleben, wobei beispielsweise das Verbindungselement an dem Verstärkungselement angeordnet oder anordenbar ist, so entsteht zwischen dem Verstärkungselement und dem Wandungsbereich, welche beispielsweise beide aus Blech, insbesondere Stahlblech, gebildet sind, ein Spalt, welcher technisch bedingt nicht vollständig geschlossen beziehungsweise abgedichtet werden kann. Auch eine etwaige, darauffolgende Beschichtung, die beispielsweise per kathodische Tauchlackierung (KTL) auf das Gehäuse und das Verstärkungselement aufgebracht wird, kann keine prozesssichere Lösung bilden, um den Spalt vollständig abzudichten. Daher ist ein solches Aufschweißen des Verstärkungselements auf den Wandungsbereich auf einer von dem Aufnahmeraum abgewandten Außenseite des Gehäuses ein Vorgang, welcher zu korrosiven Auswirkungen führen kann. Mit anderen Worten könnte es dann zu einer unerwünschten Korrosion des Gehäuses und/oder des Verstärkungselements kommen. Ein solches, unerwünschtes Korrosionsrisiko kann nun durch die Erfindung besonders gering gehalten werden, da eine Verbindung, insbesondere ein Verschweißen, des zweiten Teils mit dem Wandungsbereich in dem Aufnahmeraum und somit in einem Inneren des Gehäuses erfolgt. Dadurch können keine korrosiven Medien beziehungsweise keine korrosionsauslösenden Medien in einen etwaigen Spalt zwischen dem zweiten Teil und dem Wandungsbereich kommen, .sodass eine Korrosionsgefahr des Gehäuses besonders gering gehalten werden kann.
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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 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Energiespeichers zum Speicher von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines Kanalelements des Energiespeichers; und
- 3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Energiespeichers.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht einen Energiespeicher 10 zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Da mittels des Energiespeichers 10 elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden kann, wird der Energiespeicher 10 auch als elektrischer Energiespeicher bezeichnet. Besonders gut in Zusammenschau mit 3 ist erkennbar, dass der Energiespeicher 10 ein Gehäuse 12 aufweist, welches einen Aufnahmeraum 14 aufweist, das heißt, insbesondere direkt, bildet beziehungsweise begrenzt. In dem Aufnahmeraum 14 ist wenigstens ein in den Fig. nicht dargestelltes Speicherelement angeordnet, mittels welchem die elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden kann. Insbesondere weist das Gehäuse 12 wenigstens eine Gehäuseschale 16 auf, welche beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, gebildet ist. Insbesondere ist die Gehäuseschale 16 aus einem Blech, insbesondere aus einem Stahlblech, gebildet. Die Gehäuseschale 16 bildet beziehungsweise begrenzt den Aufnahmeraum 14 zumindest teilweise. Eine Umgebung des Gehäuses 12 ist mit 18 bezeichnet.
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Die Gehäuseschale 16 und somit das Gehäuse 12 weist mindestens einen Wandungsbereich 20 auf, welcher beispielsweise eine erste Befestigungsfläche 22 bildet oder aufweist. Besonders gut aus 3 ist erkennbar, dass die erste Befestigungsfläche 22 von dem Aufnahmeraum 14 abgewandt und der Umgebung 18 zugewandt ist. Aus 1 ist erkennbar, dass die Gehäuseschale 16 und somit das Gehäuse 12 mehrere Wandungsbereiche 20 mit jeweiligen, ersten Befestigungsflächen 22 aufweist. An der jeweiligen Befestigungsfläche 22 und somit an dem jeweiligen Wandungsbereich 20 und dabei insbesondere in der Umgebung 18 des Gehäuses 12 ist wenigstens ein jeweiliges Verbindungselement 24 angeordnet, mittels welchem das Gehäuse 12 mit wenigstens einem weiteren, separat von dem Gehäuse 12 ausgebildeten Bauteil verbindbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem weiteren Bauteil um ein elektrisches oder elektronisches Bauteil oder um eine elektronische oder elektrische Komponente wie beispielsweise eine Leistungselektronik. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 24 als ein Bolzen, insbesondere als ein Schweißbolzen, ausgebildet, welcher beispielsweise durch Schweißen, insbesondere durch Reibschweißen, mit dem jeweiligen Wandungsbereich 20 und dabei insbesondere mit der jeweiligen, ersten Befestigungsfläche 22 verbunden ist. Insbesondere weist das jeweilige Verbindungselement 24 ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde, auf. Insbesondere ist das jeweilige Verbindungselement 24 derart in den jeweiligen Wandungsbereich 20, insbesondere mit der jeweiligen Befestigungsfläche 22, verbunden, dass kein Spalt zwischen dem jeweiligen Verbindungselement 24 und der ersten Befestigungsfläche 22 vorgesehen ist. Dies kann insbesondere durch das Reibschweißen sichergestellt werden. Insbesondere ist die Gehäuseschale 16 ein Deckel des Gehäuses 12. Da der Deckel beispielsweise aus einem Blech, insbesondere aus einem Stahlblech, gebildet ist, ist der Deckel beispielsweise ein Blechdeckel, insbesondere ein Stahlblechdeckel.
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Insbesondere durch eine Konturanpassung einer Geometrie des Deckels ist der jeweilige Wandungsbereich 20 durch eine jeweilige Ausbuchtung der Gehäuseschale 16 gebildet, wobei die Ausbuchtung von jeweiligen weiteren, sich insbesondere direkt an die jeweilige Ausbuchtung anschließenden Wandungsbereichen der Gehäuseschale 16 erhaben ist, mithin absteht.
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Um nun die Teileanzahl und somit das Gewicht und die Kosten des Energiespeichers 10 besonders gering halten sowie eine besonders feste Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und dem weiteren Bauteil realisieren sowie ein Korrosionsrisiko des Gehäuses 12 besonders gering halten zu können, weist der Energiespeicher 10 wenigstens ein in dem Aufnahmeraum 14 angeordnetes, separat von dem Gehäuse 12 und somit separat von der Gehäuseschale 16 ausgebildetes und in 2 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigtes Kanalelement 26 auf. Beispielsweise ist das Kanalelement 26 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl, gebildet. Insbesondere kann das Kanalelement 26 aus einem Blech, insbesondere aus einem Stahlblech, gebildet sein, sodass das Kanalelement 26 beispielsweise als ein Kanalblech ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es denkbar, dass die Gehäuseschale 16 und das Kanalelement 26 aus dem gleichen Blech beziehungsweise aus dem gleichen Stahl gebildet sind. Besonders gut aus einer Zusammenschau von 2 und 3 ist erkennbar, dass das Kanalelement 26 ein erstes Teil 28 aufweist, welches einen auch als Venting-Kanal bezeichneten Abführkanal 30 zumindest teilweise begrenzt. Insbesondere ist der Abführkanal 30 teilweise durch das erste Teil 28 des Kanalelements 26 und teilweise durch die Gehäuseschale 16, insbesondere durch einen zweiten Wandungsbereich 32 der Gehäuseschale 16, begrenzt. Mittels des Abführkanals 30 kann ein aus dem Speicherelement ausströmendes und sich beispielsweise zunächst in dem Aufnahmeraum 14 sammelndes Gas gezielt aus dem Aufnahmeraum 14 abgeführt werden, wobei das Gas beispielsweise infolge eines thermischen Ereignisses an oder in dem Speicherelement entsteht. Des Weiteren weist das Kanalelement 26 wenigstens ein zweites Teil 34 auf, welches, insbesondere direkt, an dem Wandungsbereich 20 anliegt, wodurch der Wandungsbereich 20 verstärkt ist. Der Wandungsbereich 20 umfasst oder bildet eine zweite Befestigungsfläche 36, die von der ersten Befestigungsfläche 22 und somit von der Umgebung 18 abgewandt und dem Aufnahmeraum 14 zugewandt ist. Dabei umfasst oder bildet das zweite Teil 34 eine dritte Befestigungsfläche 38, die der Befestigungsfläche 36 zugewandt ist und, insbesondere direkt, an der Befestigungsfläche 36 anliegt. Beispielsweise sind die Befestigungsflächen 36 und 38 und somit das zweite Teil 34 und der Wandungsbereich 20 in dem Aufnahmeraum 14 miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt. Durch das zweite Teil 34 ist im Vergleich zur alleinigen Betrachtung des Wandungsbereichs 20 eine Wandaufdickung geschaffen, und zwar von innen her, mithin in dem Aufnahmeraum 14. Da beispielsweise das zweite Teil 34 durch Schweißen mit dem Wandungsbereich 20 in dem Aufnahmeraum 14 verbunden ist, ist sozusagen das zweite Teil 34 auf den Wandungsbereich 20 in dem Aufnahmeraum 14 aufgeschweißt. Dieses Aufschweißen erfolgt dabei jedoch in dem Aufnahmeraum 14 und nicht an der Umgebung 18, sodass ein Korrosionsrisiko des Gehäuses 12 besonders gering gehalten werden kann. Durch das Verstärken des Wandungsbereichs 20 sorgt das Kanalelement 26 für eine vorteilhafte Struktursteifigkeit der beispielsweise als Batteriegehäusedeckel ausgebildeten Gehäuseschale 16. Insbesondere kann das zweite Teil 34 den Wandungsbereich 20 stützen, wodurch eine besonders feste und stabile Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und dem weiteren Bauteil gewährleistet werden kann. Des Weiteren ist es denkbar, dass der Abführkanal 30 eine Partikelabscheidung aufweist oder bewirkt, mittels derer etwaig im Gas enthaltene Partikel zumindest teilweise aus dem Gas abgeschieden werden können.
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Selbst dann, wenn es beispielsweise aufgrund einer Verbindung, insbesondere eines Verschweißens, zwischen dem Kanalelement 26 und der Gehäuseschale 16 zu einem Spalt zwischen der Gehäuseschale 16 und dem Kanalelement 26 kommen sollte, kann das Korrosionsrisiko besonders gering gehalten werden, da das Kanalelement 26 und somit der etwaig entstehende Spalt in dem Aufnahmeraum 14 angeordnet sind. Da außerdem das Kanalelement 26 sowohl zum zumindest teilweisen Bilden des Abführkanals 30 als auch zum Verstärken des Wandungsbereichs 20 verwendet wird, können die Teileanzahl und somit das Gewicht und die Kosten des Energiespeichers 10 besonders gering gehalten werden. Insbesondere können zusätzliche, separate Bauteile, insbesondere Blechbauteile, vermieden werden.
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Aus 1 und 3 ist erkennbar, dass die Gehäuseschale 16 einstückig mit dem Wandungsbereich 20 ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind die Gehäuseschale 16 und der Wandungsbereich 20 durch einen integralen beziehungsweise integral hergestellten und somit als Monoblock ausgebildeten Körper gebildet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Gehäuseschale 16 und der Wandungsbereich 20 nicht aus separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Teilen zusammengesetzt, sondern der Wandungsbereich 20 und die Gehäuseschale 16 sind integrale Bestandteile eines einstückigen und somit als Monoblock ausgebildeten, mithin integral gefertigten, Körpers.
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Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Teile 28 und 34 einstückig miteinander ausgebildet sind. Hierunter ist, wie schon in Bezug auf den Wandungsbereich 20 und die Gehäuseschale 16 beschrieben, zu verstehen, dass die Teile 28 und 34 nicht etwa durch separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Teile zusammengesetzt sind, sondern die Teile 28 und 34 sind integrale Bestandteile eines integralen und somit einstückig hergestellten, mithin als Monoblock ausgebildeten, Körpers. Dadurch können die Teileanzahl und somit die Kosten und das Gewicht in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass der Wandungsbereich 20 einstückig mit der Gehäuseschale 16 beziehungsweise umgekehrt ausgebildet ist, zu verstehen, dass die einstückige, das heißt integral hergestellte, Gehäuseschale 16 den Wandungsbereich 20 bildet beziehungsweise aufweist. Dadurch können die Teileanzahl und somit das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Energiespeicher
- 12
- Gehäuse
- 14
- Aufnahmeraum
- 16
- Gehäuseschale
- 18
- Umgebung
- 20
- Wandungsbereich
- 22
- erste Befestigungsfläche
- 24
- Verbindungselement
- 26
- Kanalelement
- 28
- erstes Teil
- 30
- Abführkanal
- 32
- weiterer Wandungsbereich
- 34
- zweites Teil
- 36
- zweite Befestigungsfläche
- 38
- dritte Befestigungsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017104644 A1 [0003]
