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Die Erfindung betrifft einen Akkumulator für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Akkumulatoren für ein Kraftfahrzeug weisen regelmäßig ein Akkumulatorgehäuse zur Aufnahme einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen auf. Bei derartigen Akkumulatoren, die eine Mehrzahl Zellen aufweisen, sind die Zellen jeweils in einem innerhalb des Akkumulatorgehäuses angeordneten Zellgehäuse der jeweiligen Zelle aufgenommen. Mit anderen Worten beinhaltet das Akkumulatorgehäuse eine Mehrzahl Zellgehäuse. Dementsprechend unterscheiden sich die Anforderungen, die an das Akkumulatorgehäuse und die einzelnen Zellgehäuse gestellt werden.
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So sind die Zellgehäuse im Wesentlichen dazu ausgebildet, die jeweilige Zelle aufzunehmen. Das Akkumulatorgehäuse hingegen dient insbesondere auch zu dem Schutz der innerhalb des Akkumulatorgehäuses angeordneten Zellgehäuse vor äußeren Einflüssen, hierzu gehören insbesondere Witterungseinflüsse und die Einflüsse von Feuchtigkeit, denen das Akkumulatorgehäuse ausgesetzt ist.
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Zu den Korrosionsschutzmaßnahmen, die in Verbindung mit derartigen Akkumulatoren bekannt sind, gehören insbesondere Beschichtungen. Hierbei werden im Bereich der Zellgehäuse unter anderem Plasmabeschichtungen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der
DE 11 2013 007 033 T5 beschrieben sind.
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Im Fall der Akkumulatorgehäuse kommen jedoch andere Beschichtungsverfahren zum Einsatz. Dies gilt insbesondere für jene Bereiche, an denen eine erhöhte Korrosionsgefahr besteht. Dies ist beispielsweise an Dichtungen der Fall. Bei diesen besteht die Gefahr der korrosiven Unterwanderung, die das Risiko mit sich bringt, dass Feuchtigkeit in das Innere des Akkumulatorgehäuses gelangt. Dies wiederum führt zu dem Risiko von Kurzschlüssen und einer infolgedessen auftretenden Selbstentzündung des Akkumulators.
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Entsprechend sind bisher bei derartigen Akkumulatorgehäusen eine Reihe Beschichtungsverfahren, wie Eloxieren, Wachsen, Passivieren oder Primern angewendet worden. Im Hinblick auf die Korrosionsschutz- bzw. Dichtfunktion können auch Verklebungen als Beschichtungen in diesem Zusammenhang angesehen werden. Alle diese Methoden weisen jedoch signifikante Nachteile auf. So ist es beim Eloxieren in der Regel erforderlich, das gesamte Bauteil zu eloxieren, d. h., einen vergleichsweise großen Teil eines betroffenen Gehäuses. Hierdurch eignet sich das Eloxieren nicht als Beschichtungsverfahren zur gezielten Beschichtung im Bereich von kritischen Bereichen des Akkumulatorgehäuses. Dies ist jedoch aus Gründen der Ressourcenschonung wünschenswert. Andere der genannten Verfahren bieten keine hinreichende Beständigkeit über die gewünschte Batterielebensdauer. Verklebungen sind darüber hinaus im Hinblick auf Wartungsarbeiten, die ein Öffnen des Gehäuses erforderlich machen können, nachteilig. Darüber hinaus ist die elektromagnetische Verträglichkeit des Akkumulators sicherzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Akkumulator für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren für dessen Herstellung aufzuzeigen, die einen kostengünstigen umweltverträglichen Korrosionsschutz des Akkumulator gewährleisten, wobei insbesondere die Lebensdauer und elektromagnetische Verträglichkeit gewährleistet sind.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Akkumulator und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Der Akkumulator weist ein Akkumulatorgehäuse zur Aufnahme einer Mehrzahl elektronischer Zellen auf. Hierbei weist der Akkumulator eine Mehrzahl Zellen auf, wobei jede Zelle jeweils in einem innerhalb des Akkumulatorgehäuses angeordneten Zellgehäuse der jeweiligen Zelle aufgenommen ist. Die Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Bereich des Akkumulatorgehäuses eine Plasmabeschichtung aufweist. Es hat sich gezeigt, dass Plasmabeschichtungen, die sich bevorzugt lediglich über einen Bereich des Akkumulatorgehäuses erstrecken, sich jedoch grundsätzlich auch über das gesamte Akkumulatorgehäuse erstrecken können, eine für Akkumulatorgehäuse der in Rede stehenden Art geeignete Korrosionsschutzmaßnahme darstellen.
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Insbesondere kann es sich bei dem Bereich des Akkumulatorgehäuses, der eine Plasmabeschichtung aufweist, um eine an einer Dichtung anliegende Dichtfläche des Akkumulatorgehäuses handeln. Eine Plasmabeschichtung an derartigen Dichtflächen kann insbesondere das korrosive Unterwandern der jeweiligen Dichtung verhindern. Hierbei bietet die Plasmabeschichtung gegenüber anderen Beschichtungsverfahren beispielsweise den Vorteil, dass sie gezielt im Bereich der Dichtfläche auf das Akkumulatorgehäuse aufgebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ist derjenige, dass die Plasmabeschichtung eine vergleichsweise hohe Leitfähigkeit aufweist. Auf diese Weise ermöglicht es die Plasmabeschichtung, einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Dichtfläche und der Dichtung herzustellen, was sich insbesondere im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit positiv auswirken kann.
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In diesem Zusammenhang kann es sich bei der Dichtung insbesondere um eine elektrisch leitfähige Dichtung handeln. Eine elektrisch leitfähige Dichtung ermöglicht in Verbindung mit den in Rede stehenden Plasmabeschichtungen eine Gestaltung des Akkumulatorgehäuses, bei der die Dichtung keine Unterbrechung der leitfähigen Verbindung zwischen unterschiedlichen Bestandteilen des Akkumulatorgehäuses darstellt. Hierdurch wird die Funktion des Akkumulatorgehäuses als „Faradayscher Käfig“ begünstigt und die elektromagnetische Verträglichkeit des Akkumulators verbessert. Alternativ und/oder ergänzend kann die elektrische Verbindung zwischen unterschiedlichen Bestandteilen des Akkumulatorgehäuses auch auf andere Weise, beispielsweise über geeignete Schraubdome, herbeigeführt werden.
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Bei der Dichtung kann es sich insbesondere um eine Einlegedichtung handeln. Unter einer Einlegedichtung ist eine Dichtung zu verstehen, die als Bauteil im festen Aggregatzustand zwischen den Dichtflächen angeordnet wird, wenn der Akkumulator zusammengebaut wird. Eine derartige Einlegedichtung kann beispielsweise aus Silikon, insbesondere einem Silikonschaum sein. Derartige Einlegedichtungen lassen sich beim Zusammenbau des Akkumulators leicht handhaben und sind darüber hinaus wartungsfreundlich.
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Es versteht sich, dass insbesondere beide an einer derartigen Dichtfläche anliegenden Dichtflächen eine Plasmabeschichtung der in Rede stehenden Art aufweisen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn beide Dichtflächen zu Bestandteilen des Akkumulatorgehäuses gehören, die aus leitfähigen Materialien hergestellt sind. Die in Rede stehenden Bestandteile des Akkumulatorgehäuses können insbesondere aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein, beispielsweise einer Aluminiumlegierung. Die Gehäuseteile können mittels eines Umformverfahrens, beispielsweise durch Tiefziehen und/oder mittels eines Urformverfahrens, beispielsweise durch ein Druckgussverfahren, hergestellt sein.
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Entsprechend kann es vorteilhaft sein, wenn es sich bei der Dichtfläche um eine an einer Dichtung zwischen zwei Gehäuseteilen anliegenden Dichtfläche handelt.
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Vorzugsweise kann sich der beschichtete Bereich des Akkumulatorgehäuses über einen der an der Dichtung anliegenden Dichtfläche vorgelagerten Bereich der Oberfläche des Akkumulatorgehäuses erstrecken. Unter einem der Dichtfläche vorgelagerten Bereich ist insbesondere ein Bereich zu verstehen, der in Richtung der Außenseite des Akkumulatorgehäuses der Dichtfläche, die an der Dichtung anliegt, vorgelagert ist. Dabei erstreckt sich die Beschichtung vorzugsweise ununterbrochen sowohl über die Dichtfläche selbst, als auch über den vorgelagerten Bereich. Da der vorgelagerte Bereich auf diese Weise ebenfalls gegen Korrosion geschützt ist, kann durch einen derartigen vorgelagerten Bereich ein noch effektiverer Schutz gegen ein Unterwandern der Dichtung durch korrosive Medien gewährleistet werden. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die hydrophobe Eigenschaft einer Plasmabeschichtung der in Rede stehenden Art von Vorteil, der durch das „Abperlen“ des Wassers von der plasmabeschichteten Oberfläche verhindert wird, dass sich stehende Wasseransammlungen vor dem Dichtspalt bilden. Derartige Wasseransammlungen könnten durch die Kapillarwirkung des Dichtspalts ins Innere des Systems gesogen werden und dort Schaden anrichten.
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Der Akkumulator kann insbesondere eine elektronische Schaltung zur Überwachung, Steuerung und/oder zum Schutz des Akkumulator aufweisen, die in dem Akkumulatorgehäuse angeordnet ist. Derartige elektronische Schaltungen werden insbesondere auch als „Batterie-Managementsysteme“ bezeichnet. Aufgrund der hohen Leistungen, für die die Akkumulatoren von Kraftfahrzeugen ausgelegt sind, sind die elektromagnetischen Störfelder, die durch derartige elektronische Schaltungen solcher Akkumulatoren erzeugt werden, erheblich. Daher ist insbesondere in den Fällen, in denen der Akkumulator eine derartige elektronische Schaltung aufweist, eine gute Abschirmung der durch diese elektronische Schaltung erzeugten elektromagnetischen Felder essenziell, weshalb sich die Plasmabeschichtung in derartigen Akkumulatoren besonders vorteilhaft auswirkt.
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In diesem Zusammenhang kann es sich bei der Dichtfläche insbesondere um eine an einer Dichtung zwischen zwei Gehäuseteilen anliegenden Dichtfläche handeln, wobei es sich bei einem der beiden Gehäuseteile um eine Abdeckung der elektronischen Schaltung handelt. Durch eine Gehäuseteilung, bei der eine Abdeckung der elektronischen Schaltung mit einem weiteren Gehäuseteil verbunden ist, kann die Abdeckung der elektronischen Schaltung abnehmbar gestaltet werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Wartungsfreundlichkeit des in Rede stehenden Akkumulators von Bedeutung. Durch die Plasmabeschichtung wird es ermöglicht, eine derartige Abdeckung leitfähig anzubinden und bei gutem Korrosionsschutz für eine entsprechende gute elektromagnetische Verträglichkeit zu sorgen.
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Bei der Plasmabeschichtung kann es sich insbesondere um eine Beschichtung mit einer siliziumorganischen Verbindung handeln. Dabei kann es sich insbesondere um eine siliziumorganischen Polymerbeschichtung aus, wie beispielsweise eine Silikonbeschichtung, handeln. Siliziumorganische Schichten bieten zum einen einen guten Korrosionsschutz, zum anderen weisen Sie eine hinreichende Leitfähigkeit auf. Eine derartige siliziumorganische Beschichtung besteht insbesondere aus Siliziumverbindungen, die im Plasmastrom während des Auftragens der Plasmabeschichtung aus geeigneten Verbindungen erzeugt werden. Bei diesen kann es sich beispielsweise um Siloxane handeln, wie beispielsweise Hexamethyldisiloxan.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators der vorstehend beschriebenen Art vorsieht, dass die Plasmabeschichtung bei Atmosphärendruck erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass bei Atmosphärendruck geeignete Plasmabeschichtungen hergestellt werden können. Durch die Bearbeitung bei Atmosphärendruck wird das Handling der zu beschichtenden Bestandteile des Akkumulatorgehäuses wesentlich vereinfacht, da diese insbesondere nicht in einen evakuierten Bearbeitungsbereich eingeschleust bzw. ausgeschleust werden müssen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vergleichsweise große Teile, wie beispielsweise eine Oberschale eines Akkumulatorgehäuses der in Rede stehenden Art, gehandhabt werden müssen.
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Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators der in Rede stehenden Art vorsehen, dass zeitgleich mit dem Auftragen der Plasmabeschichtung eine Plasmareinigung des zu beschichtenden Bereichs erfolgt. Eine Plasmareinigung stellt eine Feinreinigung dar, die der Plasmabeschichtung vorausgehen kann und sich positiv auf das Anhaften der Plasmabeschichtung an die zuvor mittels der Plasmareinigung fein gereinigte Oberfläche auswirkt. Weiterhin wird verhindert, dass die Leitfähigkeit der Plasmabeschichtung durch Verschmutzungen, die isolierende Schichten zwischen dem Werkstoff des jeweiligen Bestandteils des Akkumulatorgehäuses und der Plasmabeschichtung bilden, beeinträchtigt wird. Unter einer zeitgleichen Ausführung beider Prozesse ist insbesondere zu verstehen, dass sich die beiden Prozesse, nämlich der Auftrag der Plasmabeschichtung und die Plasmareinigung, zumindest in einem Zeitraum überschneiden, in dem beide Prozesse an dem gleichen Bestandteil des Gehäuses ausgeführt werden, wobei es sich jedoch versteht, dass das Auftragen der Plasmabeschichtung und die Plasmareinigung nicht zur identischen Zeit am exakt selben Abschnitt der Oberfläche durchgeführt werden können.
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In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn eine Plasmareinigungseinrichtung, beispielsweise eine Plasmareinigungsnadel, einer Plasmabeschichtungseinrichtung, beispielsweise einer Plasmabeschichtungsdüse, in ihrer relativen Bewegung zu dem zu beschichtenden Bereich vorauseilt. Dies hat zur Folge, dass der zu beschichtende Bereich zunächst von der Plasmareinigungseinrichtung und unmittelbar darauf von der Plasmabeschichtungseinrichtung passiert wird. Auf diese Weise lassen sich Plasmareinigung und Plasmabeschichtung vorteilhaft kombinieren. Dabei ist es möglich, dass die Plasmareinigungseinrichtung und die Plasmabeschichtungseinrichtung mittels einer gemeinsamen Manipulationseinrichtung, wie beispielsweise einem Roboterarm, bewegt werden. Auf diese Weise lässt sich das Beschichtungsverfahren insbesondere dann, wenn die Plasmabeschichtung entlang einer bestimmten Bahn aufgetragen werden soll, zeitsparend und effizient durchführen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Dichtfläche und der ihr vorgelagerte Bereich mit einer Plasmabeschichtung versehen werden sollen. In einem derartigen Fall kann die Dichtfläche mit der Plasmabeschichtungseinrichtung und vorzugsweise der Plasmareinigungseinrichtung, die der Plasmabeschichtungseinrichtung vorauseilt, „abgefahren“ werden. Die Beschichtung lässt sich so effizient und zuverlässig erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass oftmals durch eine einmalige Bewegung der Plasmabeschichtungseinrichtung entlang der Dichtfläche eine hinreichende Plasmabeschichtung erzeugt werden kann, die insbesondere auch einen ausreichenden, der Dichtfläche vorgelagerten Bereich abdeckt.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf ein beispielhaftes geöffnetes Akkumulatorgehäuse,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Akkumulatorgehäuses mit explosionsartig dargestellter Abdeckung,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Akkumulators mit weiter geöffnetem Akkumulatorgehäuse,
- 4 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch das Akkumulatorgehäuse im Bereich einer Dichtung.
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In den Figuren bei 1-4 ist beispielhaft ein Akkumulator 10 dargestellt. Der beispielhafte Akkumulator 10 weist ein Akkumulatorgehäuse auf, dass im gezeigten Beispiel aus einer Mehrzahl Teile besteht. In 1 ist die Oberschale 12 des beispielhaften Akkumulatorgehäuses dargestellt. Diese weist eine Öffnung auf, die durch eine Abdeckung 14, die einen weiteren Bestandteil des Akkumulatorgehäuses darstellt, verschlossen werden kann. Dies ist insbesondere in der 2 zu erkennen.
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Die Oberschale 12 und die Abdeckung 14 können insbesondere aus leitfähigen metallischen Werkstoffen sein. Beispielsweise kann es sich bei der Oberschale 12 um ein Tiefziehteil aus einer Aluminiumlegierung und bei der Abdeckung 14 um ein Druckgussteil aus einer Aluminiumlegierung handeln.
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Das Akkumulatorgehäuse enthält wie im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl Zellgehäuse 16, die jeweils einer Akkumulatorzelle enthalten. Die elektrochemischen Zellen können, wie in 3 beispielhaft dargestellt, in einer Mehrzahl Reihen angeordnet sein.
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Im gezeigten Beispiel weist ein Bereich der Oberschale 12 des beispielhaften Zellgehäuses 16 eine Plasmabeschichtung auf. Bei dem Bereich kann es sich wie im gezeigten Beispiel um eine an einer Dichtung 20 anliegende Dichtfläche 18 handeln. Bei der Dichtung 20 kann es sich wie im gezeigten Beispiel um eine Einlegedichtung handeln, die vorteilhafterweise elektrisch leitend ausgebildet ist.
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Der beschichtete Bereich kann sich darüber hinaus über einen der an der Dichtung 20 anliegenden Dichtfläche 18 vorgelagerten Bereich 22 des Akkumulatorgehäuses erstrecken. In vorteilhafter Weise kann, wie im gezeigten Beispiel dargestellt, der beschichtete Bereich die Dichtfläche 18 einer Dichtung 20 zwischen zwei Gehäuseteilen, im gezeigten Beispiel der Oberschale 12 und der Abdeckung 14, sein. In einem derartigen Fall kann es vorteilhaft sein, beide an der Dichtung 20 anliegenden Dichtflächen 18 und 24, also die Dichtfläche 18 der Oberschale 12 und die Dichtfläche 24 der Abdeckung 14, mit einer entsprechenden Plasmabeschichtung zu versehen. Es versteht sich, dass an der Abdeckung 14 ebenfalls ein der Dichtung 20 bzw. der Dichtfläche 24 vorgelagerter Bereich 26 der Oberfläche der Abdeckung 14 ein plasmabeschichteter Bereich sein kann.
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Wie im gezeigten Beispiel kann die Abdeckung 14 dazu dienen, eine elektronische Schaltung zur Überwachung, Steuerung und/oder zum Schutz des Akkumulators 10, die wie im gezeigten Beispiel innerhalb des Akkumulatorgehäuses angeordnet sein kann, abzudecken. Im gezeigten Beispiel, insbesondere in Verbindung mit einer elektrisch leitfähigen Dichtung 20 wird durch die Leitfähigkeit der Plasmabeschichtung eine gute elektromagnetische Verträglichkeit des Akkumulators 10 erreicht, da die Plasmabeschichtung eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Oberschale 12 und der Abdeckung 14 ermöglicht. Durch die elektronische Schaltung 28 erzeugte Störfelder können daher wirkungsvoll abgeschirmt werden. Gleichzeitig ist jedoch der Korrosionsschutz im Bereich der Dichtung 20 gewährleistet und zudem kann die Abdeckung 14, beispielsweise zu Wartungszwecken, leicht entfernt und wieder angebracht werden. Ein derartiger Akkumulator 10 ist daher vergleichsweise wartungsfreundlich.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Akkumulator
- 12
- Oberschale
- 14
- Abdeckung
- 16
- Zellgehäuse
- 18
- Dichtfläche
- 20
- Dichtung
- 22
- Vorgelagerter Bereich
- 24
- Dichtfläche
- 26
- Vorgelagerter Bereich
- 28
- elektronische Schaltung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112013007033 T5 [0004]
