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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Falzklebeverbindung durch Rollbördeln und eine Bördeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Das Bördeln wird eingesetzt, um beispielsweise zwei Bauteile durch eine Falzverbindung miteinander zu verbinden. Hierzu wird ein randseitiger Bördelflansch eines Außenblechs über den Randbereich eines Innenblechs umgelegt. Dies kann beispielsweise mittels Rollbördeln erfolgen, wozu eine Bördelrolle entlang des zu bördelnden Bauteils geführt wird und den Flansch in Richtung auf Außenblech umbiegt. Zur Erzielung höherer Verbindungsfestigkeiten werden derartige Falzverbindungen in der Automobilindustrie üblicherweise als Falz-Klebeverbindung ausgebildet. Hierzu wird vor dem Falzen ein Klebstoff im Bereich der Falzverbindung zwischen den Bauteilen eingesetzt, der die im Fügeprozess entstehende Falznaht ausfüllt. Die Verklebung erhöht signifikant die Festigkeit und Steifigkeit der Baugruppe.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Falzverbindung durch Rollbördeln sowie eine hierzu geeignete Bördelvorrichtung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2006 010 469 A1 bekannt. Die Bördelvorrichtung weist ein Bördelbett zur Aufnahme eines Werkstücks auf, sowie einen Industrieroboter, der an seiner Hand ein Bördelwerkzeug mit mindestens einer Bördelrolle trägt. Das Umbördeln erfolgt in mehreren Bördelschritten, hierbei wird als Vorbördelrolle eine Rolle in Form eines Kegels oder Kegelstumpfs verwendet. Als Fertigbördelrolle zum Schließen des Bördelfalzes wird entweder dieselbe Bördelrolle oder eine Bördelrolle mit zylindrischer Form verwendet. Wird eine derartige Bördelvorrichtung zur Erzeugung einer Falzklebeverbindung bei Fahrzeugbauteilen verwendet, so wird beim Schließen des Bördelfalzes das Außenblech auf das Innenblech gedrückt. Hierbei bildet sich ein düsenförmiger Spalt, aus dem der Klebstoff mit sehr hoher Geschwindigkeit austritt und die Bauteile verschmutzt.
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Der Randbereich der Bauteile ist üblicherweise durch eine Schnittoperation bearbeitet, wodurch die Bauteilkanten ohne Korrosionsschutz und somit korrosionsanfällig sind. Um hier dennoch einen ausreichenden Korrosionsschutz zu erzeugen, kann es vorgesehen werden, die Bauteilkanten nachträglich mit einer Korrosionsschutzschicht zu versehen. Dies ist aufwendig und teuer.
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Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, eine Lösung anzugeben, wie eine Falzklebeverbindung verbessert werden kann, insbesondere soll der Korrosionsschutz auf einfache Art und Weise verbessert werden. In einem weiteren Aspekt soll die Lösung großserientauglich sein.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Falzklebeverbindung durch Rollbördeln angegeben, mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Außenblechs mit einem Flansch auf einem Bördelbett,
- - Anordnen zumindest eines Randbereichs eines Innenblechs auf dem Außenblech,
- - Anordnen eines Klebstoffes an dem Randbereich des Innenblechs und
- - Umlegen des Flansches über den Randbereich des Innenblechs, wozu eine Bördelrolle relativ zum Außenblech entlang des Flansches des Außenblechs verfahren wird und diesen in Richtung auf das Außenblech umlegt.
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Der Flansch ist vorzugsweise ein gegenüber dem restlichen Außenblech abgekanteter Abschnitt, der typischerweise um im Wesentlichen 90 Grad abgekantet ist. Dieser Flansch wird in einem oder mehreren Bördelschritten weiter in Richtung auf das Außenblech und das darauf angeordnete Innenblech umgebogen. Erfindungsgemäß ist die Bördelrolle an ihrer auf dem Flansch abrollenden Mantelfläche so ausgestaltet und/oder ist die Bördelrolle mit der Mantelfläche so gegenüber einer Flanschkante zurückversetzt, dass der umgelegte Flansch einen Abstand zum Innenblech aufweist, der sich in Richtung auf die Flanschkante vergrößert. Mit anderen Worten gesagt wird der Flansch nicht parallel zum Innenblech umgebogen, was einen im Wesentlichen gleichbleibend breiten Spalt zwischen Innenblech und Flansch bewirken würde. Im Rahmen der Erfindung wird dieser Spalt gezielt so ausgebildet, dass er sich zur Flanschkante hin aufweitet. Hierdurch wird erreicht, dass der Spalt wie ein Diffusor wirkt: während des Umlegens des Flansches wird der Klebstoff verdrängt und überschüssiger Klebstoff tritt an der Flanschkante aus. Indem nun der Spalt wie ein Diffusor ausgestaltet ist, wird erfindungsgemäß verhindert, dass der Klebstoff mit zu großer Geschwindigkeit verdrängt wird oder aus dem Spalt „herausgeschossen“ wird. Durch die Reduzierung der Austrittsgeschwindigkeit des Klebstoffes im Bereich der Flanschkante lagert sich überschüssiger Klebstoff nahe der Flanschkante an und bedeckt die Stirnseite des Flansches. Hierdurch wird nicht nur das optische Erscheinungsbild der Klebefalzverbindung verbessert, sondern der Klebstoff bewirkt auch einen Korrosionsschutz an der geschnittenen Stirnseite des Flansches.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Mantelfläche der Bördelrolle zumindest einen balligen Mantelflächenabschnitt aufweist. Unter einem balligen Mantelflächenabschnitt soll hierbei ein Abschnitt verstanden werden, der eine von der zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Form abweichende Querschnittsverdickung aufweist. Einem balligen Mantelflächenabschnitt kann immer auch ein Balligkeitsradius zugeordnet werden, der angibt, in welchem Maß die Mantelfläche nach außen gerundet ist. Der ballige Mantelflächenabschnitt ist vorzugsweise am äußeren Ende, d.h. dem freien Ende der Bördelrolle ausgebildet. Der ballige Mantelflächenabschnitt erstreckt sich dabei vorzugsweise über mindestens 2 mm der Rollenbreite und insbesondere über mindestens 3 mm der Rollenbreite. Durch die Balligkeit der Mantelfläche kann auf einfache und reproduzierbare Art und Weise sichergestellt werden, dass der Flansch in der voranstehend beschriebenen Art und Weise umgebogen wird.
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In einer Ausgestaltung weist die Bördelrolle in Richtung auf die Flanschkante einen kegelstumpfförmigen Mantelflächenabschnitt und einen daran angrenzenden balligen Mantelflächenabschnitt auf. In einer alternativen Ausgestaltung weist die Bördelrolle zwei kegelstumpfförmige Mantelflächenabschnitte und einen balligen Mantelflächenabschnitt auf, der diese verbindet. Ballige und kegelstumpfförmige Mantelflächenabschnitte gehen vorzugsweise versatzfrei ineinander über. Derart kann erreicht werden, dass der Flansch in einem Abschnitt im Wesentlichen parallel zum Innenblech zu liegen kommt und zusätzlich in einem an das freie Flanschende angrenzenden Bereich vom Innenblech weggebogen ist, wodurch der sich öffnende Spalt entsteht. Dieser Bereich kann vorzugsweise einen 2 mm oder insbesondere 3 mm breiten, an das Flanschende angrenzenden Bereich bilden.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die gesamte Mantelfläche der Bördelrolle ballig ausgebildet. Eine derartige Mantelfläche weist keinen zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Abschnitt auf. Es wird eine sehr gleichmäßige Spaltöffnung hin zum freien Ende des Flansches erzielt.
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Durch die Verwendung einer der voranstehend beschriebenen Bördelrollen mit balligen Mantelflächenabschnitt wird zudem verhindert, dass sich unschöne Abzeichnungen auf der Oberfläche des Flansches bilden. Somit kann die optische Qualität der Falzklebeverbindung gesteigert werden.
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Während der voranstehend beschriebene, sich aufweitende Spalt zwischen Innenblech und Flansch vorzugsweise durch die Verwendung einer Bördelrolle mit balligem Mantelflächenabschnitt erzielt wird, kann es ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Bördelrolle während des Umlegens des Flansches gegenüber der Flanschkante zurückversetzt ist. Vorzugsweise wird die Bördelrolle während des Umlegens des Flansches um mindestens 2 mm gegenüber der Flanschkante zurückversetzt. Durch das Zurückversetzen übt die Bördelrolle keine unmittelbare Krafteinwirkung auf den Flanschkantenbereich aus. Die Verformung des Flansches findet überwiegend in demjenigen Flanschbereich statt, der Kontakt zur Bördelrolle bekommt. Auch so kann der voranstehend beschriebene Spaltverlauf ausgebildet werden.
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Der Klebstoff wird vor dem Umbördeln des Flansches aufgebracht und kann beispielsweise auf dem Außenblech und/oder dem Innenblech angeordnet sein. Vorzugsweise wird die aufgetragene Menge an Klebstoff so bemessen, dass ein Füllgrad der Flanschverbindung von mehr als 200, vorzugsweise von 220-230 erzielt wird. Der Füllgrad ist dabei ein Maß dafür, wie sehr die Flanschverbindung mit Klebstoff gefüllt ist. Bei einem Füllgrad von 100 ist die Klebstoffmenge derart bemessen, dass der Klebstoff bis an die Flanschkante heranreicht, aber kein Klebstoff austritt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem Füllgrad von 200 oder höher in Kombination mit einer Bördelrolle mit balligen Mantelflächenabschnitt eine vollständige Benetzung der Flanschkante mit Klebstoff erfolgt. Bei einem Füllgrad im Bereich von 200-230 lagert sich die austretende Klebstoffmenge zudem nah entlang der Bauteilkante an, so dass keine nennenswerte Nacharbeit zur Entfernung überschüssigen Klebstoff erfolgen muss.
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Das voranstehend beschriebene Verfahren erzielt aufgrund des langsameren Klebstoffaustritts einen hervorragenden Korrosionsschutz im Kantenbereich, sodass sich das Verfahren insbesondere zur Herstellung von Falzklebeverbindungen im Automobilbau eignet. Das Innenblech und das Außenblech können vorzugsweise mit einer Korrosionsschutzschicht versehene Blechbauteile sein, die durch ein Stanz- oder Schnittverfahren zugeschnitten wurden. In einer Ausgestaltung sind das Außenblech und das Innenblech Fahrzeugbauteile. Bei den Fahrzeugbauteilen kann es sich insbesondere um Karosseriebauteile, wie zum Beispiel einen Seitenrahmen und eine Profilschiene, oder um Anbauteile, wie z.B. Innen- und Außenblech einer Tür oder einer Front-/Heckklappe handeln. Üblicherweise weisen derartige Fahrzeugbauteile einen gebogenen Oberflächenverlauf auf, was bei herkömmlichen Rollbördelverfahren dazu führt, dass der entstehende Spalt zwischen Flansch und Innenblech sich eher in Form einer Düse verjüngt und der Klebstoff aus der Falzverbindung „herausgeschossen“ wird. Durch Anwendung des voranstehend beschriebenen Verfahrens kann auch bei Fahrzeugbauteilen mit gebogenem Oberflächenverlauf ein langsamer und lokal begrenzter Klebstoffaustritt gewährleistet werden.
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Weiterhin wird eine Bördeleinrichtung angegeben mit einem Bördelbett, das zur Aufnahme eines Außenblechs mit einem Flansch eingerichtet ist und einem mehrachsigen Manipulator, der an seiner Hand ein Bördelwerkzeug mit zumindest einer Bördelrolle trägt. Auf dem Bördelbett werden das Außenblech und das Innenblech aufgelegt. Es können weiterhin Niederhalter vorgesehen sein zur Fixierung von Außenblech und Innenblech.
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Die Bördeleinrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, die Bördelrolle relativ zum Bördelbett zu verfahren. Hierbei wird die Bördelrolle entlang des Flansches des Außenblechs verfahren und biegt diesen in Richtung auf das Außenblech um. Üblicherweise erfolgt das Umbördeln des Flansches in zwei oder mehr Schritten. Der Flansch ist beispielsweise vor Beginn des Bördelverfahrens um ca. 90° gegenüber dem restlichen Außenblech abgekantet und wird dann z.B. in drei Schritten umgebogen. Die Bördeleinrichtung kann eine einzige Bördelrolle aufweisen oder zwei oder mehr Bördelrollen. Diejenige Bördelrolle, mit der der letzte Bördelschritt ausgeführt wird, wird auch Fertigbördelrolle genannt.
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Erfindungsgemäß weist die Bördelrolle, insbesondere die Fertigbördelrolle, eine im Betrieb auf dem Außenblech abrollende Mantelfläche mit zumindest einem balligen Mantelflächenabschnitt auf und/oder die Bördeleinrichtung ist dazu eingerichtet, die Bördelrolle mit einem vorgegebenen Abstand zurückversetzt gegenüber einer Flanschkante des Flansches zu führen. Hierzu kann die Börseneinrichtung beispielsweise weiterhin eine Steuereinrichtung aufweisen, die programmiert ist um den Manipulator mit der Bördelrolle in geeigneter Weise zu positionieren und zu bewegen.
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Hierbei erzielt die Bördeleinrichtung dieselben Vorteile, wie sie bereits für das Verfahren beschrieben wurden. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 eine schematische Darstellung eines Rollbördelverfahrens zur Herstellung einer Falzklebeverbindung,
- 2 bis 4 beispielhafte Ausgestaltungen einer Bördelrolle,
- 5 eine Schnittansicht einer beispielhaften Falzklebeverbindung und
- 6 eine beispielhafte Bördeleinrichtung.
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Bei einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung einer Falzklebeverbindung 1 wird zunächst ein Außenblech 10 mit einem Flansch 12 bereitgestellt, auf den im Bereich der auszubildenden Falzverbindung ein Klebstoff 20 aufgetragen ist. Dann wird ein Innenblech 30 zum Außenblech 10 derart angeordnet, dass ein Randbereich des Innenblechs 30 auf dem Außenblech 10 zu liegen kommt. Die Bleche 10 und 30 werden zueinander durch einen Niederhalter 40 fixiert. Nun wird eine Bördelrolle 50 in einem Rollbördelverfahren entlang des Flansches 12 geführt, wobei die Bördelrolle 50 in jedem Bördeldurchgang den Flansch 12 in Richtung auf das Innenblech 30 umbiegt. Hierbei rollt eine Mantelfläche 52 der Bördelrolle 50 auf dem Flansch 12 ab. Zumindest ein Abschnitt der Mantelfläche 52 ist als balliger Mantelflächenabschnitt 52A ausgebildet, wodurch die zu den 2 bis 4 beschriebene Wirkung erzeugt wird. Bei dem in 1 dargestellten Verfahren ist die Bördelrolle 50 derart positioniert, dass sie bis zur Flanschkante 14 in Kontakt mit dem Flansch 12 gelangt.
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Alternativ, in 1 jedoch nicht dargestellt, kann die Bördelrolle 50 auch gegenüber der Flanschkante 14 zurückversetzt sein, sodass ein an die Flanschkante 14 angrenzender Flanschabschnitt, der vorzugsweise mindestens 2 mm breit ist, nicht mit der Bördelrolle 50 in Kontakt gelangt.
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Die 2 bis 4 zeigen drei beispielhafte Ausgestaltungen einer Bördelrolle. Bei der Bördelrolle 50 gemäß 2 ist die gesamte Mantelfläche 52 als balliger Mantelflächenabschnitt 52A ausgebildet. Beim Umbördeln des Flansches 12 wird dieser nicht parallel zur Oberfläche des Innenblechs 30 (dargestellt durch die strichlierte Linie) umgebogen, sondern der gesamte Flansch 12 wird mit einem Radius versehen. Der Abstand A bzw. der Spalt zwischen Innenblech 30 und Flansch 12 vergrößert sich in Richtung auf die Flanschkante 14 stetig in der Art eines Diffusors.
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Ein ähnlicher Effekt wird auch durch die Ausgestaltung gemäß 3 erzielt. Bei dieser Ausgestaltung weist die Bördelrolle 50A neben dem balligen Mantelflächenabschnitt 52A einen kegelstumpfförmigen Mantelflächenabschnitt 52B auf. Die Mantelflächenabschnitte 52A und 25B gehen versatzfrei ineinander über. Der ballige Mantelflächenabschnitt 52A ist am freien Ende der Bördelrolle 50A angeordnet, welches bei dem Umbördeln des Flansches 12 dem freien Ende des Flansches 12 zugeordnet ist. Hierdurch wird ein Abstand A bzw. Spalt erzeugt, der zunächst parallel zur Oberfläche des Innenblechs 30 verläuft, sich in Richtung auf die Flanschkante 14 hin jedoch diffusorartig vergrößert.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Mantelfläche der Bördelrolle 50B zwei kegelstumpfförmige Mantelflächenabschnitte 52B aufweist, die durch einen balligen Mantelflächenabschnitt 52A versatzfrei verbunden sind. Auch aus dieser Geometrie resultiert, wie dargestellt, ein Abstand A bzw. Spalt, der zunächst parallel zum Innenblech 30 verläuft und sich dann in Richtung auf die Flanschkante 14 stetig vergrößert.
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Wird nun der Flansch 12 mit einer derartigen Bördelrolle 50, 50A oder 50B umgebogen, so tritt der Klebstoff 20 nur langsam aus dem Spalt aus, da durch die diffusorartige Form desselben die Fließgeschwindigkeit des Klebstoffes 20 reduziert wird.
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5 zeigt eine beispielhafte Falzklebeverbindung 1, die aus dem in 1 beschriebenen Verfahren resultiert. Der Klebstoff 20 wurde in der Menge so bemessen, dass ein Füllgrad im Bereich von 200 bis 230 erreicht wurde. Dementsprechend ist beim Umbördeln des Flansches 12 Klebstoff 20 aus der Falzverbindung 1 an der Flanschkante 14 ausgetreten. Aufgrund des sich verbreitenden Spaltes trat der Klebstoff 20 jedoch relativ langsam aus und hat sich in einem Bereich nahe der Flanschkante 14 angesammelt und diese sowie die Stirnseite des Flansches 12 vollständig bedeckt, wodurch ein guter Korrosionsschutz erzielt wird.
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6 zeigt eine beispielhafte Bördeleinrichtung 100 mit einem Bördelbett 110, auf dem das Außenblech 10 und das Innenblech 30 angeordnet und mit nicht dargestellten Niederhalter fixiert sind. Weiterhin weist die Bördeleinrichtung 100 einen Manipulator 120 in Form eines Industrieroboters auf, an dessen Handachse ein Bördelwerkzeug 130 mit der Bördelrolle 50 angeordnet ist. Alternativ kann auch die Bördelrolle 50A oder 50B anstelle der Bördelrolle 50 verwendet werden. Die Bördeleinrichtung 100 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 140 auf, die in einer Wirkverbindung mit dem Manipulator 120 und dem Bördelwerkzeug 130 steht. Die Steuereinrichtung 140 ist dazu eingerichtet, z.B. programmiert, um die Bördelrolle relativ zum Bördelbett 110 bzw. den Blechen 10 und 30 zu verfahren und dabei den Flansch zur Herstellung der Falzklebeverbindung 1 umzubiegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Falzklebeverbindung
- 10
- Außenblech
- 12
- Flansch
- 14
- Flanschkante
- 20
- Klebstoff
- 30
- Innenblech
- 40
- Niederhalter
- 50, 50A, 50B
- Bördelrolle
- 52
- Mantelfläche
- 52A
- balliger Mantelflächenabschnitt
- 52B
- kegelstumpfförmiger Mantelflächenabschnitt
- 100
- Bördeleinrichtung
- 110
- Bördelbett
- 120
- Manipulator
- 130
- Bördelwerkzeug
- 140
- Steuereinrichtung
- A
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006010469 A1 [0003]
