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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Dichtheitsprüfung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung.
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Gehäuse, beispielsweise Gehäuse von Traktionsbatterien, wie sie in teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet werden, müssen strenge Dichtigkeitsanforderungen erfüllen. Die Dichtheitsprüfung stellt demnach einen wichtigen Schritt in der Herstellung derartiger Bauteile bzw. Gehäuse dar. Zur Detektion von Leckagen wird derzeit bereits mit Kameras gearbeitet. So offenbart beispielsweise die
US 4 772 789 A ein Verfahren, bei welchem ein Gehäuse oder Behälter mit einem lichtabsorbierenden Fluid beaufschlagt wird. Das äußere des Behälters/Gehäuses wird einmal mit Licht beaufschlagt, dessen Wellenlänge von dem lichtabsorbierenden Fluid aufgenommen wird. Ein anderes Mal wird das Gehäuse bzw. Bauteil mit Licht bestrahlt, dessen Wellenlänge nicht absorbiert wird. Die Bilder werden mit einer Kamera aufgenommen und verglichen, um so unter anderem eine Leckage erkennen zu können. Die
DE 10 2010 024 134 B4 offenbart in diesem Zusammenhang ein Verfahren, bei welchem der beim Ausströmen eines unter Druck stehenden Gases durch eine Leckstelle austretende Leckagestrom mit einer Thermographiekamera detektiert wird. Es hat sich gezeigt, dass beim Arbeiten mit Kameras zwar eine Leckage grundsätzlich gut erkannt werden kann. Eine exakte Quantifizierung dahingehend, ob eine etwaige Leckage noch im zulässigen Bereich liegt oder nicht, hat sich allerdings als problematisch erwiesen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Durchführen einer Dichtheitsprüfung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, sowie eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung anzugeben, welche eine sehr exakte Aussage über die Qualität eines Bauteils sowie die Beschaffenheit einer etwaigen Undichtigkeit ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Durchführen einer Dichtheitsprüfung die Schritte:
- - Bereitstellen eines Bauteils zur Dichtheitsprüfung;
- - Einbringen eines Prüfmediums in das Bauteil, welches ausgelegt ist, im Falle einer Undichtigkeit eines Bauteils aus diesem auszuströmen;
- - Bereitstellen eines optischen Erfassungsmittels, wobei das optische Erfassungsmittel ausgelegt ist, einen etwaigen Leckagestrom in einem Prüfbereich optisch zu erfassen;
- - Bereitstellen einer Absaugung im Prüfbereich zum Ausrichten des Leckagestroms;
- - Optisches Erfassen des ausgerichteten Leckagestroms zum Erzeugen von Bilddaten.
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Das Prüfmedium ist bevorzugt ein Fluid, insbesondere ein gasförmiges Fluid. Zweckmäßigerweise wird das Innere des Bauteils, welches mit dem Fluid gefüllt ist, mit Druck beaufschlagt. Damit wird sichergestellt, dass eine etwaige Undichtigkeit überhaupt erkannt werden kann. Eine Druckbeaufschlagung kann auch deshalb notwendig sein, als das Bauteil beispielsweise einem vorgegebenen Innendruck standhalten muss, ohne Undichtigkeiten aufzuzeigen. Bei dem optischen Erfassungsmittel handelt es sich insbesondere um eine oder mehrere Kameras, welche ausgelegt sind, im Prüfbereich ein oder mehrere Bilder zu erzeugen. Insbesondere ist das optische Erfassungsmittel ausgelegt, Bilddaten zu erzeugen, welche softwaretechnisch weiterverarbeitet werden können. Die vorgenannten Bilder oder Bilddaten können zwei, drei oder mehr Dimensionen umfassen, je nach verwendeter Kameratechnik. Der vorgenannte Prüfbereich ist zweckmäßigerweise der Bereich, auf welchen das optische Erfassungsmittel ausgerichtet und fokussiert ist, insbesondere als der Bereich, welcher über das optische Erfassungsmittel erfasst ist. Vorliegend wird also nicht das gesamte Bauteil erfasst, sondern ein expliziter Abschnitt oder Bereich, nämlich der Prüfbereich. Zweckmäßigerweise ist der Prüfbereich auf dem Bauteil frei positionierbar, sodass in Summe das gesamte Bauteil untersucht werden kann. Vorteilhafterweise kann über die Absaugung sichergestellt werden, dass der Leckagestrom nicht ungerichtet bzw. zufällig austritt. Über die Absaugung kann dem Leckagestrom mit Vorteil eine Struktur oder Gestalt bzw. Form gegeben werden, welche eine zuverlässige messtechnische Verwendung der Bilddaten ermöglicht. Zweckmäßigerweise weist die Absaugung einen Einlass oder eine Einlassdüse auf, welche bevorzugt über oder im Wesentlichen über der Leckagestelle positioniert ist. Durch das Vorhandensein des vorgenannten Einlasses oder der Einlassdüse wird dem austretenden Leckagestrom mit Vorteil eine Richtung (vor-)gegeben. Die Absaugung umfasst eine Saugfunktion, welche zweckmäßigerweise so ausgelegt ist, dass sichergestellt wird, dass der Leckagestrom möglichst in den Einlass eintritt. Die Saugfunktion ist zweckmäßigerweise so auszulegen, dass der Leckagestrom als solcher möglichst wenig beeinflusst wird.
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Bevorzugt ist die Absaugung ausgelegt, einen Volumenstrom zu erzeugen. Bevorzugt ist die Höhe oder das Maß des Volumenstroms justierbar oder verstellbar, mit anderen Worten, insbesondere bedarfsgerecht, einstellbar.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verwenden der Bilddaten zum Quantifizieren der Undichtigkeit.
Mit Vorteil ermöglicht die Absaugung eine zuverlässige und vor allem reproduzierbare Quantifizierung von Leckagen. Mit Vorteil ist es vorliegend also nicht nur möglich, zu beurteilen, ob überhaupt eine Undichtigkeit vorliegt. Vielmehr kann die vorliegende Undichtigkeit auch quantifiziert werden. Es ist also eine Aussage möglich, ob die Undichtigkeit zulässig ist oder nicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verarbeiten der Bilddaten mittels Computervision.
Computervision hat das Ziel, die von Kameras aufgenommenen Bilder auf unterschiedlichste Art und Weise zu verarbeiten und zu analysieren, um deren Inhalt zu verstehen oder geometrische Informationen zu extrahieren. Vorliegend wird zweckmäßigerweise mit Verfahren der Objekterkennung, der Vermessung, der geometrischen Struktur von Objekten sowie deren Bewegungen gearbeitet. Bevorzugt werden Algorithmen aus der Bildverarbeitung verwendet, wie beispielsweise die Segmentierung bzw. Verfahren der Mustererkennung.
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Die „ausgerichteten“ Leckageströme ermöglichen in diesem Zusammenhang insbesondere auch ein sehr zuverlässiges Training der verwendeten Modelle.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Reinigen, insbesondere Absaugen oder Abblasen, des Prüfbereichs.
Zweckmäßigerweise kann damit eine Reinigung des Prüfbereichs erreicht werden, mit dem Ziel, ideale Messbedingungen zu schaffen. So können damit beispielsweise Gasansammlungen, welche sich auf der Oberfläche des Bauteils angesammelt haben, entfernt werden. Die Trennschärfe bei der Bilderfassung kann erhöht werden und die Wahrscheinlichkeit einer Detektion von Scheinleckagen wird reduziert.
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Derartige Gasansammlungen können beispielsweise auftreten, wenn als Prüfmedium ein Gas verwendet wird, welches schwerer als Luft ist.
Vorliegend wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform CO2 als Prüfmedium verwendet. CO2 als Prüfmedium zeichnet sich vorteilhafterweise durch sein günstiges Absorptionsspektrum aus.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Reinigen des Prüfbereichs vor und/oder während der optischen Erfassung bzw. während der Bildaufnahme.
Im Falle einer Absaugung ist diese entsprechend schwach ausgebildet, um die Ausrichtung des Leckagestroms möglichst nicht zu beeinflussen. Alternativ wird der Prüfbereich gereinigt, bevor die Messung erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Abfahren der Oberfläche des Bauteils mit dem optischen Erfassungsmittel zum Verlagern/Positionieren des Prüfbereichs.
Zweckmäßigerweise ist es damit möglich, das Bauteil vollflächig zu prüfen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Prüfbereich an lediglich bestimmten Stellen des Bauteils positioniert. Damit kann die Taktzeit deutlich reduziert werden, da nicht das ganze Bauteil untersucht werden muss. Das Vorgehen ist insbesondere dann zielführend, wenn bekannt ist, dass nur bestimmte Stellen des Bauteils hinsichtlich einer etwaigen Undichtigkeit problematisch sind.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Konditionieren des Prüfbereichs zum Optimieren der optischen Erfassung.
Das Optimieren der optischen Erfassung ist insbesondere dahingehend zu verstehen, dass der Leckagestrom möglichst so dargestellt wird, dass er messtechnisch gut erfasst werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Prüfmedium ein lichtabsorbierendes, insbesondere gasförmiges, Fluid. Das Bauteil wird zweckmäßigerweise von außen mit unterschiedlichen Lichtquellen bestrahlt, beispielsweise mit einem Licht, dessen Wellenlänge vom Prüfmedium absorbiert wird und einmal mit einem Licht, dessen Wellenlänge vom Prüfmedium nicht absorbiert wird. Damit ist es möglich, den Leckagestrom möglichst exakt darzustellen.
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Alternativ wird mit einer Wärmebildkamera oder dergleichen gearbeitet. Das Konditionieren des Prüfbereichs umfasst demnach ein Abkühlen oder Erwärmen des Prüfbereichs, insbesondere derart, dass das Prüfmedium möglichst gut erkannt werden kann.
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Wie bereits erwähnt, ist das Prüfmedium gemäß einer bevorzugten Ausführungsform CO2. Mit Vorteil wird der Prüfbereich konditioniert, indem er zumindest bereichsweise erhitzt oder erwärmt wird. Damit kann der austretende CO2-Leckagestrom besonders gut sichtbar gemacht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Anordnen eines, insbesondere plattenförmigen, Heizelements im Prüfbereich.
Gemäß einer Ausführungsform wird das optische Erfassungsmittel, insbesondere die Kamera, auf das Heizelement ausgerichtet. Das Heizelement wird beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Bauteils ausgerichtet. Der Prüfaufbau ist derart gestaltet, dass die Kamera beispielsweise auf das Heizelement zeigt. Vor diesem erstreckt sich der Leckagestrom, beispielsweise, nach oben oder im Wesentlichen nach oben und kann so von der Kamera erfasst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Automatisiertes Abfahren der Oberfläche des Bauteils mit dem optischen Erfassungsmittel.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren automatisiert werden. Gemäß einer Ausführungsform werden ein oder mehrere Industrieroboter verwendet, um das optische Erfassungsmittel, die Absaugung, eine Vorbehandlungseinheit, welche ausgelegt ist, den Prüfbereich zu reinigen, und/oder das Heizelement an eine vorgegebene Stelle bzw. Projektion bzw. entlang einer vorgegebenen Bahn zu verfahren.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, wobei eine Dichtheitsprüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird. Gemäß einer Ausführungsform ist das Bauteil ein Gehäuse bzw. ein Gehäusebauteil. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse insbesondere ein Gehäuse einer elektrischen Energiespeichereinrichtung, insbesondere beispielsweise einer Traktionsbatterie eines teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. Derartige Gehäuse sind ausgelegt, eine Vielzahl von Energiespeicherzellen oder Energiespeichermodulen unterzubringen. Derartige Energiespeichergehäuse müssen hinsichtlich der Dichtigkeit hohe Anforderungen erfüllen, da sichergestellt werden muss, dass in Richtung des Fahrgastraums keine Gase, Dämpfe, etc. austreten. Überdies muss das Innenleben komplett spritzwassergeschützt sein etc.
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Das Verfahren zur Herstellung des Bauteils umfasst als wichtigen Prozessschritt das erfindungsgemäße Verfahren zur Dichtheitsprüfung. Damit kann sichergestellt werden, dass sämtliche Qualitätsanforderungen erfüllt sind. Alternativ kann damit festgestellt werden, ob ggf. eine Nacharbeit erforderlich wird.
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Die für das Gehäusematerial in Frage kommenden Materialien unterliegen dabei keiner Beschränkung.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung, umfassend zumindest ein optisches Erfassungsmittel, sowie eine Absaugung, wobei das optische Erfassungsmittel zur Bilderfassung in einem Prüfbereich ausgelegt ist, und wobei die Absaugung ausgelegt ist, einen in dem Prüfbereich auftretenden Leckagestrom auszurichten. Bei der Absaugung handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um eine Saugeinrichtung, welche ausgelegt ist, im Prüfbereich einen Volumenstrom, Luftstrom oder Luftpfad zu erzeugen, welcher ausgelegt ist, den Leckagestrom auszurichten bzw. zu positionieren. Zweckmäßigerweise umfasst die Absaugung bzw. die Saugvorrichtung eine Einlassdüse, in welche hinein der Leckagestrom mündet.
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Der Abstand der Einlassdüse bzw. der Absaugung zur Oberfläche des Bauteils ist einzelfallabhängig zu ermitteln. Gleiches gilt für den Luftstrom bzw. die Saugkraft oder den Unterdruck, welcher über die Absaugung eingestellt wird. Dessen Leistung ist insbesondere auch vor dem Hintergrund einer etwaigen Vorbehandlungseinheit einzustellen, welche ggf. vorgesehen ist, den Prüfbereich ebenfalls abzusaugen, um diesen zu reinigen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Vorbehandlungseinheit, welche ausgelegt ist, ein Prüfmedium aus dem Prüfbereich zu entfernen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, welche ausgelegt ist, die Bilddaten derart zu interpretieren, dass die zu Grunde liegende Undichtigkeit bewertbar ist.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Durchführen der Dichtheitsprüfung erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend für die Vorrichtung, wie auch umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: zwei schematische Ansichten eines Leckagestroms, links ungerichtet, rechts mit einer Absaugung ausgerichtet;
- 2: zwei Skizzen zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Vorbehandlungseinheit;
- 3: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung während des Betriebs.
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1 zeigt in der linken Bildhälfte eine schematische Teilansicht eines Bauteils 10, wobei das Bezugszeichen 12 eine Bauteiloberfläche oder eine Gehäusewand bezeichnet. Diese weist eine Leckagestelle 24 auf, aus welcher Prüfmedium 20 austritt. Es entsteht ein eher diffuser, ungerichteter Leckagestrom 22, welcher die Verwendung bildverarbeitender Technologien erschwert. Abhängig vom Druck im Inneren des Bauteils bzw. des Gehäuses 10 kann dieser mehr oder weniger stark „flattern“ oder schwanken etc. Vorteilhafterweise wird nun durch die Anordnung einer Absaugung 44 im Wesentlichen oberhalb der Leckagestelle 24 ein gerichteter Leckagestrom 22 erzeugt. Schematisch dargestellt ist, dass die Absaugung 44 eine Einlassdüse 45 aufweist. Im Inneren der Absaugung 44 ist beispielsweise eine Vorrichtung angeordnet, welche ausgelegt ist, über die Einlassdüse 45 eine Saugwirkung ins Innere aufzubauen. Zweckmäßigerweise kann damit der Leckagestrom 22 in einer Art und Weise manipuliert werden, welche eine zuverlässige und vor allem reproduzierbare Quantifizierung des Leckagestroms 22 erlaubt.
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2 zeigt in einer schematischen Ansicht die Funktionsweise einer Ausführungsform einer Vorbehandlungseinheit. In der linken Bildhälfte ist ein Bauteil 10, umfassend eine Bauteiloberfläche oder Gehäusewand 12 dargestellt. Schematisch zu erkennen ist, dass auf der Oberfläche Prüfmedium 20 vorhanden ist. Zweckmäßigerweise ist nun die Vorbehandlungseinheit 46 vorgesehen, welche ausgelegt ist, derartige Gasansammlungen beispielsweise abzusaugen. Damit kann die Trennschärfe bei der Bilderfassung deutlich erhöht werden. Auch wird sichergestellt, dass keine Scheinleckagen detektiert werden. Dargestellt ist, dass die Vorbehandlungseinheit 46 eine Saugfunktion bereitstellt. Alternativ könnte das Prüfmedium auch abgeblasen werden. Ebenso sind mechanische Methoden denkbar, welche es beispielsweise ermöglichen, dass die Oberfläche 12 mechanisch gereinigt wird, indem sie beispielsweise abgewischt wird. Die hier skizzierten Verunreinigungen, vgl. das Prüfmedium 20, können auch andere Ursachen haben. Es muss sich hierbei nicht um bereits ausgetretenes Prüfmedium handeln.
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3 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Bauteil 10, vorliegend ausgebildet als Gehäuse, welches eine Gehäusewand 12 aufweist. Im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Bauteils 10 ist in einem Prüfbereich 50 ein Heizelement 42 angeordnet. Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Leckagestelle in der Bauteiloberfläche 12. Über eine Absaugung 44, umfassend eine Einlassdüse 45, wird ein Leckagestrom 22, welcher aus der Leckagestelle 24 austritt, ausgerichtet. Der Leckagestrom 22 wird über ein optisches Erfassungsmittel, wie eine Kamera 40, aufgenommen. Der Leckagestrom 22 wird über das Heizelement 42 besonders gut sichtbar gemacht. Im Hintergrund ist gestrichelt dargestellt eine Vorbehandlungseinheit 46 skizziert, welche vorgesehen ist, den Prüfbereich 50 beispielsweise vor der Messung abzusaugen, um etwaige Verunreinigungen, wie beispielsweise bereits ausgetretenes Prüfmedium etc. zu entfernen. Die Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung, wie vorliegend skizziert, kann als ganze Einheit zweckmäßigerweise verlagert werden, um so den Prüfbereich 50 an eine beliebige Stelle des Bauteils 10 zu bringen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil, Gehäuse, Energiespeichergehäuse
- 12
- Bauteiloberfläche, Gehäusewand
- 20
- Prüfmedium
- 22
- Leckagestrom
- 24
- Leckagestelle
- 40
- optisches Erfassungsmittel, Kamera
- 42
- Heizelement
- 44
- Absaugung
- 45
- Einlassdüse
- 46
- Vorbehandlungseinheit
- 50
- Prüfbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4772789 A [0002]
- DE 102010024134 B4 [0002]
