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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zu einer Signalleitungsschirmung in einem Leitungsgehäuse einer Hochvolt-Batterie, wobei innerhalb des Leitungsgehäuses sowohl Hochvolt-Leitungen wie Signalleitungen verlaufen. Ferner wird ein Verfahren beansprucht, durch welches die Vorrichtung in dem Leitungsgehäuse angeordnet wird.
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In Batteriesystemen von Elektrofahrzeugen sind elektrische Hochvolt-(HV)-Leitungen zum Laden oder Entladen von Energiespeicherzellen bzw. Paketen von Energiespeicherzellen angeordnet. Gleichfalls verlaufen dort Signalleitungen zu einer Überwachung von Temperaturen, Ladezuständen und vieles mehr. Da insbesondere von den Hochvolt-Leitungen elektromagnetische Störwellen ausgehen, die zu einer Verfälschung von in den Signalleitungen übertragenen Signalen führen können, werden Hochvolt-Leitungen und Signalleitungen mit großem räumlichen Abstand voneinander positioniert. Je größer der räumliche Abstand zwischen ihnen ist, desto geringer ist eine gegenseitige Beeinflussung. Dies wird im Stand der Technik auch dadurch umgesetzt, dass die HV-Leitungen im Inneren eines Batteriesystemgehäuses verlaufen, die Signalleitungen aber außerhalb angeordnet sind, wodurch teure Schnittstellen notwendig werden, um eine jeweilige Signalleitung zu ihrem jeweiligen Anschlussziel innerhalb des Batteriegehäuses zu führen, insbesondere dann, wenn das Batteriegehäuse von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird.
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Bei Lade- oder Entladevorgängen von Energiespeicherzellen in einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges findet eine Wärmeentwicklung statt, welche die Batterie schädigen kann. Daher muss, um eine lange Lebensdauer der Energiespeicherzellen zu gewährleisten, die Batterie gekühlt werden. Besonders effektiv ist dabei eine Wärmeabführung so nah wie möglich am Entstehungsort, bspw. durch Umspülung der Energiespeicherzellen mit einem Kühlmittel, und nicht etwa indirekt über thermischen Kontakt der Batterie mit Kühlplatten.
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In der europäischen Druckschrift
EP 3 110 239 B1 wird ein Kommunikationssystem offenbart, bei dem Befehlssignale mittels eines speziell abgeschirmten Kabels übertragen werden. Das abgeschirmte Kabel ist mit einem Hochspannungssystem verbunden.
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Auch die chinesische Druckschrift
CN 215834273 U beschreibt ein spezielles elektrisches Verbindungskabel, in dem sowohl HV-Leitungen als auch eine Signalleitung verlaufen. In dem Verbindungskabel ist eine Separierungsstruktur angeordnet, die eine Interferenz zwischen den HV-Leitungen und der Signalleitung verhindern soll.
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Die Druckschrift
GB 2508140 A offenbart ein Leitungsgehäuse für eine elektrische Verteilung, welche u.a. an eine Hauptbatterie eines Elektrofahrzeuges angeschlossen sein kann. In dem Leitungsgehäuse sind sowohl HV-Leitungen als auch Signalleitungen, sowie eine Abschirmung angeordnet. Die Abschirmung unterteilt das Leitungsgehäuse in voneinander getrennte Gehäusebereiche, wobei die HV-Leitungen und die Signalleitungen in unterschiedlichen Gehäusebereichen angeordnet sind. In dem Gehäusebereich mit den HV-Leitungen können auch Kühlleitungen angeordnet sein, so dass die HV-Leitungen und die Kühlleitungen im thermischen Kontakt stehen.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu einer Signalleitungsschirmung an einer Hochvolt-Batterie zur Verfügung zu stellen, wobei Batteriemodule der Hochvolt-Batterie samt mit diesen verbundene Hochvolt-Leitungen von einem Kühlmittel umströmt werden. Dabei sollen Hochvolt-Leitungen und Signalleitungen möglichst nahe zueinander in der Hochvolt-Batterie verlaufen, um platz- und kostenintensive getrennte Leitungsgehäuse zu vermeiden. Ferner soll ein Verfahren bereitgestellt werden, durch welches die Vorrichtung in dem Leitungsgehäuse angeordnet wird.
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird eine Vorrichtung zu einer Signalleitungsschirmung an einer Hochvolt-Batterie vorgeschlagen, wobei die Hochvolt-Batterie mehrere aneinandergereihte Batteriemodule aufweist. Jedes Batteriemodul weist zwei Polanschlüsse und mehrere miteinander verbundene Energiespeicherzellen auf. Bei jedem Batteriemodul sind die jeweiligen Polanschlüsse an einer Modulgehäuseöffnung mit einer jeweiligen Hochvolt-Leitung verbunden. Die Vorrichtung weist ein hohlförmiges und mediendichtes Leitungsgehäuse mit Anschlüssen an die jeweilige Modulgehäuseöffnung auf, wobei das Leitungsgehäuse dazu ausgebildet ist, in seinem Hohlraum ein dielektrisches Kühlmittel zu führen und entlang der aneinandergereihten Batteriemodule alle Modulgehäuseöffnungen mediendicht umschließend angeordnet zu werden. Das Leitungsgehäuse weist in seinem Hohlraum mehrere Hochvolt-Leitungen, mindestens eine Signalleitung und eine Signalleitungsschirmung auf. Die Signalleitungsschirmung ist zwischen den Hochvolt-Leitungen und der mindestens einen Signalleitung angeordnet. Damit ist das Leitungsgehäuse in einen ersten Bereich, welcher die Hochvolt-Leitungen und das durchströmende Kühlmittel umfasst, und einen zweiten Bereich, welcher die mindestens eine Signalleitung umfasst, unterteilt. Die Signalleitungsschirmung ist dazu ausgebildet, eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zwischen den innerhalb des Leitungsgehäuses benachbart verlaufenden Hochvolt-Leitungen und der mindestens einen Signalleitung zu gewährleisten. Aus dem zweiten Bereich des Leitungsgehäuses ist eine jeweilig geschirmte Ausleitung der mindestens einen Signalleitung zu der jeweiligen Modulgehäuseöffnung geführt und dort mit einer jeweiligen Batteriemodulsteuerung verbunden.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können die HV-Leitungen und die mindestens eine Signalleitung bauraumsparend nahe beieinander und parallel verlaufend im Leitungsgehäuse positioniert werden. Weil alle Leitungen erfindungsgemäß im Inneren des Leitungsgehäuses verlaufen, entstehen vorteilhaft auch keine zusätzlichen Kosten für abgedichtete Stecker,
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Die mindestens eine Signalleitung kann bspw. Daten zur Ladezustandsüberwachung (State of Charge, abgekürzt SoC), Temperaturüberwachung der Energiespeicherzellen, Lebensdauer des Batteriemoduls (State of Health, abgekürzt SoH), etc., zwischen der jeweiligen Batteriemodulsteuerung und einer Zentralsteuerung der HV-Batterie übermitteln.
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Die Signalabschirmung ist durch ein Abschirmblech bspw. aus einem Stahlblech oder einem Aluminiumblech gebildet. Eine jeweilige Materialdicke ist entsprechend ausgelegt, so dass erfindungsgemäß die elektromagnetische Verträglichkeit zwischen den innerhalb des Leitungsgehäuses benachbart verlaufenden Hochvolt-Leitungen und der mindestens einen Signalleitung gewährleistet ist. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Aufteilung des Leitungsgehäuses in zwei Bereiche, dass im ersten Bereich Spannungen bis zu ca. 1000 V an elektronischen Bauteilen und/oder der Hochvolt-Leitungen anliegen können, während gleichzeitig im zweiten Bereich elektronische Bauteile und/oder die mindestens eine Signalleitung mit Spannungen bis zu ca. 60 V störungsfrei betrieben werden können.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Hochvolt-Leitungen durch Stromschienen gebildet und direkt von dielektrischem Kühlmittel umströmt. Das vorwiegend länglich ausgeprägte Leitungsgehäuse weist an mindestens einem Kopfende für das Kühlmittel Anschlüsse an einen Kühlmittelkreislauf auf, sowie für die Stromschienen elektrische Anschlüsse zur Stromversorgung bspw. eines Traktionsmotors eines Elektrofahrzeuges. Entlang zum vorwiegend länglichen Verlauf des Leitungsgehäuses sind bspw. die Batteriemodule entlang ihrer Breitenausdehnung aneinandergereiht. Eine Längsausdehnung eines Batteriemoduls kann sich bspw. unterhalb einer Fahrgastzelle von einer linken bis zu einer rechten Seite des Elektrofahrzeuges erstrecken, so dass also die Batteriemodule in Fahrzeuglängsrichtung aneinandergereiht sind. Die erfindungsgemäß von dem Leitungsgehäuse mediendicht umschlossenen Modulgehäuseöffnungen befinden sich dann in Fahrzeugquerrichtung etwa in Fahrzeugmitte. Damit weist auch das Leitungsgehäuse mit seiner vorwiegend länglichen Form eine Haupterstreckungsrichtung in Fahrzeuglängsrichtung auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Signalleitungsschirmung einen zumindest in einem Teilabschnitt leitfähigen Kontaktbereich mit dem Leitungsgehäuse auf.
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In einer noch weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Leitungsgehäuse eine Unterschale und eine Oberschale auf. Unterschale und Oberschale sind bspw. entlang eines Flügelflansches mit Schrauben aneinandergefügt. Unterschale und Oberschale können jede für sich oder beide gemeinsam aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, wobei beide in letzterem Fall entlang des Flügelflansches elektrisch leitend miteinander verbunden sind. In diesen Kontaktbereich von Unterschale und Oberschale wird vorteilhaft entlang des Flügelflansches zumindest abschnittsweise die Signalleitungsschirmung gezogen. Damit ist die Signalleitungsschirmung zumindest abschnittsweise elektrisch leitend mit Unterschale und/oder Oberschale - je nach deren Ausbildung mit einem leitfähigen Material - verbunden.
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In einer fortgesetzt weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest in einem Teilabschnitt des Kontaktbereichs zwischen der Signalleitungsschirmung und dem Leitungsgehäuse ein elektrisch leitfähiger Schaum angeordnet. Es ist denkbar, dass der elektrisch leitfähige Schaum, welcher in dem Kontaktbereich an die Signalleitungsschirmung aufgebracht ist, durch die Fügung zwischen Unterschale und Oberschale an zumindest eine der beiden Schalen gepresst wird, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen Signalleitungsschirmung und Unterschale und/oder Oberschale besteht. Die Signalleitungsschirmung kann alternativ zumindest abschnittsweise elektrisch leitend an Unterschale und/oder Oberschale geklebt, genietet oder verschraubt sein.
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In einer fortgesetzt noch weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die vom Leitungsgehäuse mediendicht umschlossenen Modulgehäuseöffnungen zusätzlich dazu ausgestaltet, dielektrisches Kühlmittel durchzuleiten. Damit wird eine direkte Zellumströmung ermöglicht, und zwar vorteilhaft mit dem gleichen dielektrischen Kühlmittel, so dass auch nur ein Kühlmittelkreislauf notwendig ist.
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Ferner wird ein Verfahren zur Anordnung einer Signalleitungsschirmung an einer Hochvolt-Batterie beansprucht, wobei die Hochvolt-Batterie mehrere aneinandergereihte Batteriemodule aufweist. Jedes Batteriemodul weist zwei Polanschlüsse und mehrere miteinander verbundene Energiespeicherzellen auf. Bei jedem Batteriemodul sind die jeweiligen Polanschlüsse an einer Modulgehäuseöffnung mit einer jeweiligen Hochvolt-Leitung verbunden. An der Hochvolt-Batterie wird ein hohlförmiges und mediendichtes Leitungsgehäuse mit Anschlüssen an die jeweilige Modulgehäuseöffnung angeordnet. Das Leitungsgehäuse wird dazu ausgebildet, in seinem Hohlraum ein dielektrisches Kühlmittel zu führen und entlang der aneinandergereihten Batteriemodule alle Modulgehäuseöffnungen mediendicht zu umschließen. In dem Hohlraum des Leitungsgehäuses werden mehrere Hochvolt-Leitungen und mindestens eine Signalleitung angeordnet, wobei eine Signalleitungsschirmung, welche eine elektromagnetische Verträglichkeit zwischen den innerhalb des Leitungsgehäuses benachbart verlaufenden Hochvolt-Leitungen und der mindestens einen Signalleitung gewährleistet, zwischen den Hochvolt-Leitungen und der mindestens einen Signalleitung angeordnet wird. Damit ist das Leitungsgehäuse in einen ersten Bereich, welcher die Hochvolt-Leitungen und das durchströmende Kühlmittel umfasst, und einen zweiten Bereich, welcher die mindestens eine Signalleitung umfasst, unterteilt. Aus dem zweiten Bereich wird eine jeweilig geschirmte Ausleitung der mindestens einen Signalleitung zu der jeweiligen Modulgehäuseöffnung geführt und dort mit einer jeweiligen Batteriemodulsteuerung verbunden.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Hochvolt-Leitungen durch Stromschienen gebildet und direkt vom dielektrischen Kühlmittel umströmt.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen der Signalleitungsschirmung und dem Leitungsgehäuse ein zumindest in einem Teilabschnitt leitfähiger Kontaktbereich gebildet.
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In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Leitungsgehäuse durch eine Unterschale und eine Oberschale gebildet.
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In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest in einem Teilabschnitt des Kontaktbereichs zwischen der Signalschirmung und dem Leitungsgehäuse ein elektrisch leitfähiger Schaum angeordnet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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In einer fortgesetzt noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die vom Leitungsgehäuse mediendicht umschlossenen Modulgehäuseöffnungen dazu ausgestaltet, dielektrisches Kühlmittel durchzuleiten. Damit wird eine direkte Zellumströmung mit dem dielektrischen Kühlmittel ermöglicht.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht und einen Ausschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 2 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung einer mittig verlaufenden Signalleitungsschirmung in der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- 3 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung einer seitlich verlaufenden Signalleitungsschirmung in der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 wird eine perspektivische Ansicht 100 und einen Ausschnitt 110 einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Zwischen einem Halterahmen 102, der sich bspw. unterhalb des Fahrgastraumes zwischen einer linken und einer rechten Fahrzeugseite befinden kann, sind mehrere Batteriemodule 101 angeordnet. Die Batteriemodule 101 ergeben zusammengeschaltet eine Hochvolt-(HV)-Batterie. Auf den mittig sich an einer Oberseite der Batteriemodule 101 befindlichen jeweiligen Modulgehäuseöffnungen ist ein erfindungsgemäßes Leitungsgehäuse 103 angeordnet. Bei dem Leitungsgehäuse 103 handelt es sich bspw. um eine sogenannte Medientrasse, welche alle für Steuerung, Kühlung und Stromanschluss der Batteriemodule 101 notwendigen Leitungen umfasst oder bildet. An einem Kopfende 104 des Leitungsgehäuses 103 befinden sich bspw. elektrische Anschlüsse und Kühlmittelanschlüsse (nicht sichtbar). Für einen Ausschnitt 110 wurde eine entlang eines Flügelflansches 112 auf einer Unterschale 112 befestigte Oberschale des Leitungsgehäuses 103 abgenommen, so dass die erfindungsgemäße Anordnung einer Signalleitungsschirmung 115 bzw. eines Abschirmblechs in der Unterschale 111 sichtbar wird. Mittig zur Breitenausdehnung des im Ausschnitt 110 betrachteten Batteriemoduls 101 befindet sich eine Modulgehäuseöffnung, aus welcher zwei Polanschlüsse 114 als eine Doppelsäule herausragen. Mit einem jeweiligen Polanschluss 114 ist eine jeweilige in dem Leitungsgehäuse 103 verlaufende Stromschiene als HV-Leitung 113 verbunden. Im Bereich der Modulgehäuseöffnung sind zwei geschirmte Ausleitungen 116 einer unter dem Abschirmblech verlaufenden Signalleitung zu der Modulgehäuseöffnung geführt. Die punktgestrichelten Linien 120 und 130 stellen Schnitte für die Darstellungen in 2 und 3 dar.
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In 2 wird eine perspektivische Schnittdarstellung 200 einer mittig verlaufenden Signalleitungsschirmung 115 in der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Betrachtet wird ein Teil des Leitungsgehäuses, welcher außerhalb eines Anschlussbereichs der Batteriemodule liegt. Da hier keine Modulgehäuseöffnung berücksichtigt werden muss, kann die Signalleitungsschirmung 115 in der Mitte der Unterschale 111 verlaufen. Die Oberschale 201 ist mittels Schrauben 203 mit der Unterschale 111 verbunden. Entlang des Flügelflansches 112 verläuft zu beiden Seiten eine jeweilige Dichtung 202, welche einen Hohlraum des Leitungsgehäuses mediendicht gestaltet. In dem Hohlraum verlaufen in einem ersten Bereich die Stromschienen als HV-Leitungen 113, welche von Kühlmittel (nicht gezeigt) umströmt werden. Durch das Abschirmblech der Signalleitungsschirmung 115 wird ein zweiter Bereich geschaffen, in dem die Signalleitungen 204 verlaufen.
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In 3 wird eine perspektivische Schnittdarstellung 300 einer seitlich verlaufenden Signalleitungsschirmung 115 in der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Betrachtet wird der Bereich einer Modulgehäuseöffnung, aus welcher die beiden Polanschlüsse 114 in das Leitungsgehäuse hineinragen. Das Abschirmblech der Signalleitungsschirmung 115 verläuft an einer linken Seite und ist zur Verschraubung am Flügelflansch hin samt eines leitfähigen Schaums 303 zwischen Unterschale und Oberschale geklemmt. Aus der Signalleitungsschirmung 115 wird eine geschirmte Ausleitung 116 einer unter dem Abschirmblech verlaufenden Signalleitung 204 zu der Modulgehäuseöffnung geführt und dort mit einer Batteriemodulsteuerung bzw. mit deren Anschluss verbunden. Die Polanschlüsse 114 sind mit den HV-Leitungen 113 verbunden und stellen innerhalb des Batteriemoduls in einem Verbindungsbereich 301 den Kontakt zu den Energiespeicherzellen 302 her.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Perspektivische Ansicht Hochvolt-Batteriesystem
- 101
- Batteriemodule
- 102
- Halterahmen
- 103
- Leitungsgehäuse
- 104
- Kopfende des Leitungsgehäuses mit unterseitigem Kühlmittelanschluss
- 110
- Aufsicht auf Ausschnitt Leitungsgehäuse mit ausgeblendeter Oberschale
- 111
- Leitungsgehäuse Unterschale
- 112
- Flügelflansch
- 113
- Stromschiene als HV-Leitung
- 114
- Polanschlüsse Batteriemodul
- 115
- Signalleitungsschirmung
- 116
- Geschirmte Abzweigung Signalleitung/Batteriemodul
- 120
- Schnitt für Darstellung 2
- 130
- Schnitt für Darstellung 3
- 200
- Leitungsführung außerhalb Anschlussbereich Batteriemodule
- 201
- Leitungsgehäuse Oberschale
- 202
- Dichtung
- 203
- Verschraubung
- 204
- Signalleitung
- 300
- Anschlussbereich Batteriemodul
- 301
- Verbindungsbereich Polanschlüsse/Energiespeicherzellen
- 302
- Energiespeicherzelle
- 303
- Verpresster leitfähiger Schaum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3110239 B1 [0004]
- CN 215834273 U [0005]
- GB 2508140 A [0006]
