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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil, ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Fahrzeugbauteils.
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Nachhaltige Kraftfahrzeuge sind ein Thema, das die Fahrzeugindustrie intensiv beschäftigt. Es gibt vielfältige Bestrebungen bereits bei der Produktion der Fahrzeuge nachhaltig zu agieren und so Energie und Rohstoffe einzusparen und die Umwelt zu schonen.
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Große Kunststoffanbauteile für Premiumanwendungen werden meist lackiert. So sind heute beispielsweise lackierte Stoßfängerverkleidungen aus Kunststoff üblich, die durch ein- oder mehrschichtige Lackierung die gewünschte Optik (z.B. Farbe und Farbeffekte) und/oder einen Oberflächenschutz erzielen. Lackierung sind jedoch aufwendig und teuer und verursachen einen großen CO2-Fußabdruck im Bauteil. Weiterhin gibt es gerade im unteren Sichtbereich des Fahrzeugexterieurs nicht lackierte Kunststoffbauteile mit Oberflächennarbung, wie beispielsweise Türschweller.
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Im Premiumsegment geht der Kundenwunsch hin zu einer besonders hochwertigen Optik der Oberflächen. Die Verwendung von Mehr-Phasen-Compounds mit einem Masterbatch und Einfärbung(en) kommt hier schnell an prozesstechnische Grenzen, welche die erzielbaren optischen Wirkungen in starkem Maße beschränken.
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Aus dem Fahrzeuginterieur ist bekannt, kleinere Bauteile wie beispielsweise Schalter, mittels Lasermarkierung mit einem Symbol oder einer Beschriftung zu versehen. Hierbei werden zuvor aufgebrachte Farb-, Lack- und Deckschichten teilweise entfernt, wodurch das Grundmaterial wieder sichtbar wird.
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Weiterhin sind aus der Druckschrift
DE 102 52 007 A1 lasermarkierbare Pigmente bekannt, die in Kunststoff-Compounds einarbeitbar sind. Durch Bestrahlung mit Laserstrahlung wird der Farbton der lasermarkierbaren Pigmente verändert und es wird eine tiefschwarze Markierung erzeugt.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben wie ein Fahrzeugbauteil nachhaltig produziert werden kann und dabei vielfältige Designmöglichkeiten bietet. In einem weiteren Aspekt soll die Oberfläche eine besonders hochwertige Anmutung besitzen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Fahrzeugbauteil nach Patentanspruch 1, ein Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 9 und ein Verfahren nach Patentanspruch 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Fahrzeugbauteil für ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem Formkörper aus einem Kunststoff-Compound, der lasersensitive Pigmente beinhaltet und bei dem ein Teil der lasersensitiven Pigmente durch Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung verändert ist, so dass die bestrahlten lasersensitiven Pigmente einen Farbumschlag im Vergleich zu den nicht bestrahlten lasersensitiven Pigmenten aufweisen. Die Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung erfolgt dabei derart, dass die Oberfläche des Kunststoff-Compounds eine Steinmusterung oder terazzo-artige Musterung aufweist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugbauteil wird eine hochwertige Optik mit hoher Nachhaltigkeit kombiniert. Die Steinmusterung bzw. eine terazzo-artige Musterung wird vom Kunden als besonders hochwertig angesehen. Das erfindungsgemäße Fahrzeugbauteil ermöglicht es nun erstmalig, diese Musterungen ohne Verwendung von Lackschichten - insbesondere Farblacken - zu erzeugen. Hierdurch können Energiekosten eingespart werden und das Fahrzeugbauteils enthält weniger unterschiedliche Materialien, wodurch die Recyclingfähigkeit steigt. Die Mustererzeugung mittels lasersensitive Pigmente ist darüber hinaus nahezu emissionsfrei. Zudem wird durch das Färben des Materials selbst die Anfälligkeit gegenüber Beschädigungen reduziert. Damit wird ein Austausch oder eine Reparatur aus optischen Gründen seltener notwendig. Dies alles zusammen bewirkt eine erhöhte Nachhaltigkeit des Fahrzeugbauteils.
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Als Steinmusterung soll im Rahmen dieser Anmeldung ein Muster verstanden werden, das der Maserung eines Natursteins ähnelt. Eine Steinmusterung ruft beim Betrachter die Assoziation mit einer Steinoberfläche hervor und kann sogar das Gefühl erzeugen, eine Steinoberfläche vor sich zu haben. Die Steinmusterung kann insbesondere eine Marmoroptik aufweisen.
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Terazzo ist ein Belagsmaterial mit jahrhundertealter Tradition, das heute für Eleganz steht. Der Terazzo-Boden ist üblicherweise gekennzeichnet durch eine dominierende Grundfarbe, in die kleine Flächen (z.B. fingernagelgroß) anderer Farbe eingeschlossen sind. Die andersfarbigen Flächen können alle in einer Farbe ausgebildet sein oder es können mehrere Farbflächen unterschiedlicher Farbe kombiniert sein. Insofern ist unter terazzo-artiger Musterung ein Muster zu verstehen, das beim Betrachter die Assoziation mit einem Terazzo-Belag hervorruft bzw. sogar den Eindruck erweckt einen Terazzo-Belag vor sich zu haben.
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Bei den lasersensitiven Pigmente handelt es sich um Pigmente, die unter der Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung ihre Farbe verändern. Die lasersensitiven Pigmente können als Pulver oder in Granulatform vorliegen. Pulverpigmente reagieren unter dem Einfluss der hochenergetischen Strahlung entweder mit einer Karbonisierung, wodurch Ruß entsteht und das Material sich grau bis schwarz verfärbt. Oder das Karbon in den Pigmenten reagiert und es entsteht CO2, wodurch sich winzige Blasen bilden, die das Material hell bis hin zu weiß verfärben. Granulierte Pigmente beinhalten Absorptionsmittel und Farbbildner. Unter dem Einfluss der hochenergetischen Strahlung nehmen die Absorptionsmittel die Strahlung auf und aktivieren bzw. stimulieren die Farbbildner. Derart können farbige Markierungen ausgebildet werden, die beispielsweise Orange-, Rot oder Blautöne umfassen können. In allen Fällen verändert sich die Farbe des Pigments von der Ausgangsfarbe hin zu einer anderen Endfarbe, was im Rahmen dieser Anmeldung als Farbumschlag bezeichnet wird. Lasersensitive Pigmente sind u.a. unter der Handelsbezeichnung Merck Iriotech zu beziehen.
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Der Kunststoff-Compound beinhaltet mindestens einen Kunststoff, dem zusätzlich Füllstoffe, Stabilisatoren (UV- oder andere), Verstärkungsstoffe und/oder andere Additive beigemischt worden sind. Durch die Compoundierung sind die Eigenschaften der Kunststoffe auf den jeweiligen Anwendungsfall hin modifiziert. Der Kunststoff-Compound ist vorzugsweise UV-beständig. Besonders bevorzugt basiert der Kunststoff-Compound auf schlagzäh modifiziertem und talkumverstärkten Polypropylen, was ihn besonders zur Verwendung bei einem Exterieur-Anbauteil qualifiziert.
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Die Nachhaltigkeit des Fahrzeugbauteils wird in einer Ausgestaltung noch dadurch gesteigert, dass der Kunststoff-Compound auf einem nicht-erdölbasierten Kunststoff basiert oder einen nicht-erdölbasierten Kunststoff beinhaltet. Derartige Kunststoffe können beispielsweise aus pflanzlichen Ölen oder Fetten gewonnen werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Nachhaltigkeit des Fahrzeugbauteils noch dadurch gesteigert, dass der Kunststoff-Compound recyceltes Kunststoffmaterial beinhaltet. Das recycelte Kunststoffmaterial wird aus Kunststoffabfällen gewonnen und zu Recyclat, z.B. in Granulatform aufgearbeitet. Dieses Recyclat wird dann bei der Herstellung des Kunststoff-Compounds anteilig beigemischt, wobei der Anteil je nach Anforderungen variiert werden kann. Der bevorzugte Recyclatanteil liegt dabei zwischen 20-70 % (Gewichtsprozent). Der Kunststoff-Compound beinhaltet dann sowohl Neu-Kunststoff als auch Recycling-Kunststoff. So ist es beispielsweise möglich Post-Consumer-Recyclat, wie z.B. Kunststoff aus Altfahrzeugen, mit in die Fahrzeug-Neuproduktion einfließen zu lassen.
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Die Steinmusterung bzw. die terazzo-artige Musterung des Formkörpers macht es möglich auf eine schützende Deckschicht auf dem Formkörper zu verzichten. Die Sichtoberfläche ist dabei diejenige Oberfläche des Fahrzeugbauteils, die für einen Fahrzeugnutzer oder -betrachter sichtbar ist. Durch die Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung wird die Steinmusterung bzw. die Terazzo-artige Musterung nicht nur oberflächlich, sondern auch bis in eine gewisse Tiefe des Formkörpers hinein erzeugt. Hierdurch verändern kleinere Oberflächenbeschädigungen, wie z.B. Kratzer, die Musterung nicht und sind somit für den Betrachter kaum zu erkennen. Insbesondere kann daher in einer Ausgestaltung auf eine Klarlackschicht oder PUR-Deckschicht verzichtet werden und eine Oberfläche des Formkörpers bildet eine Sichtoberfläche des Fahrzeugbauteils, die deckschichtfrei ist.
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Zur weiteren Reduzierung der Sichtbarkeit von kleineren Oberflächenbeschädigungen kann es in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Sichtoberfläche des Fahrzeugbauteils genarbt ist. Die Narbung wird vorzugsweise bereits bei der Herstellung des Formkörpers mit erzeugt, z. B. durch eine genarbte Oberfläche im Spritzgusswerkzeug.
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In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Formkörper eine schwarze Grundfarbe aufweist und die bestrahlten lasersensitiven Partikel eine weiße, graue und/oder farbige Musterung in der schwarzen Grundfarbe erzeugen.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn sich die durch den Farbumschlag erzeugte Musterung der Oberfläche über die gesamte Sichtfläche des Fahrzeugbauteils erstreckt. Hierdurch wird ein einheitliches Erscheinungsbild erzielt, das den Eindruck erzeugt das gesamte Fahrzeugbauteil sei aus Stein geformt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrzeugbauteil um ein Exterieurbauteil. Insbesondere kann das Fahrzeugbauteil ein Anbauteil im Exterieur sein, wie beispielsweise eine Stoßfängerverkleidung, einen Einsatz in einer Stoßfängerverkleidung, eine Diffusorblende oder eine Schwellerverkleidung.
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Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem wie voranstehend beschriebenen Fahrzeugbauteil. Durch die Verwendung eines oder mehrerer der erfindungsgemäßen Fahrzeugbauteile bei einem Kraftfahrzeug werden die beschriebenen technischen Vorteile auch für das Kraftfahrzeug erzielt. Insbesondere kann die Nachhaltigkeit bei der Fahrzeugproduktion gesteigert werden und gleichzeitig eine hochwertige Optik des Fahrzeugs erzielt werden.
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In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils angegeben. Das Verfahren beinhaltet die Schritte:
- - Herstellen eines Formkörpers aus einem Kunststoff-Compound, der lasersensitive Pigmente beinhaltet, und
- - Bestrahlen eines Teils der lasersensitiven Pigmente mit hochenergetischer Strahlung derart, dass die bestrahlten Pigmente einen Farbumschlag im Vergleich zu den nicht bestrahlten lasersensitiven Pigmenten erfahren und die Oberfläche des Kunststoff-Compounds nach der Bestrahlung eine Steinmusterung oder terazzo-artige Musterung aufweist.
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Für die Herstellung des Formkörpers wird zunächst der Kunststoff-Compound hergestellt, wozu die erforderlichen Bestandteile miteinander gemischt werden. Der Kunststoff-Compound wird dann, beispielsweise in einem Spritzgussverfahren, unter Wärmeinwirkung zu dem Formkörper geformt. Der Formkörper weist eine dreidimensionale Form auf und definiert vorzugsweise im Wesentlichen die geometrischen Abmessungen des Fahrzeugbauteils.
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Die Bestrahlung der lasersensitiven Pigmente erfolgt mit hochenergetischer Strahlung, allgemein im Wellenlängenbereich von 157 nm bis 10600 nm. Diese wird vorzugsweise mittels eines Lasers bereitgestellt, wie beispielsweise einem CO2-Laser, einem Nd:YAG-Laser oder einem Excimer-Laser, auf die Oberfläche des Formkörpers gerichtet und zur Erzeugung der gewünschten Musterung über die Oberfläche geführt. Hierbei wird die Strahlungsleistung sowie die Belichtungszeit in Abhängigkeit des gewünschten Farbumschlags gewählt. Der Laserstrahl kann beispielsweise rasterförmig über das Bauteil geführt werden und immer dann aktiviert werden, wenn Partikel belichtet werden sollen. Ein großer Vorteil ist hierbei die Flexibilität des Verfahrens neue Designs an Fahrzeugbauteilen, insbesondere im Exterieur, zu erzeugen. Dies kann ohne weiteres durch Veränderung des Lasermusters erfolgen. Eine Veränderung ist sogar online im laufenden Prozess möglich, womit eine JIT(just in time)-Fertigung oder eine JIS(just in sequence)-Fertigung problemlos möglich ist. Hierdurch können individuelle Kundenwünsche bezüglich der Oberflächenmusterung umgesetzt werden, ohne dass zusätzliche Ressourcen verwendet werden müssen.
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Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Fahrzeugbauteil beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, so dass 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 bis 3 ein beispielhaftes Kraftfahrzeug mit beispielhaften Fahrzeugbauteilen,
- 4 eine beispielhafte Darstellung einer Steinmusterung,
- 5 eine Schnittansicht eines Formkörpers eines beispielhaften Fahrzeugbauteils,
- 6 eine beispielhafte Darstellung einer terazzo-artigen Musterung und
- 7 bis 9 ein weiteres beispielhaftes Kraftfahrzeug mit beispielhaften Fahrzeugbauteilen.
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1 zeigt ein beispielhaftes Kraftfahrzeug 1 in einer Frontansicht mit drei beispielhaften Fahrzeugbauteilen 10, 20, 30 in Form von Einsätzen in einer vorderen Stoßfängerverkleidung 2. Die 2 und 3 zeigen weitere Fahrzeugbauteile 40 und 50 an dem Fahrzeug 1. Bei dem Fahrzeugbauteil 40 handelt es sich um eine Seitenschwellerverkleidung, das Fahrzeugbauteil 50 ist eine Diffusorblende.
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Die Fahrzeugbauteile 10 bis 50 weisen jeweils einen Formkörper 100 auf, der die wesentlichen geometrischen Außenmaße des Fahrzeugbauteils 10, 20, 30, 40 bzw. 50 bestimmt und der aus einem Kunststoff-Compound 110 ausgebildet ist. Der Formkörper wird nachfolgend mit Bezug auf die 5 beschrieben. Der Kunststoff-Compound 110 basiert vorzugsweise auf schlagzäh modifiziertem und talkumverstärkten Polypropylen, dem neben weiteren Additiven ein definierter Anteil an recyceltem Kunststoff zugegeben ist. Der Kunststoff-Compound 110 beinhaltet neben anderen (nicht dargestellten) Zusatzstoffen lasersensitive Pigmente 120. Zunächst wird der Formkörper 100 aus dem Kunststoff-Compound 110 geformt, beispielsweise durch Spritzgießen. Hierbei kann der Formkörper bereits mit einer Narbung an seiner äußeren Oberfläche 130 versehen werden. Anschließend erfolgt eine Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung L, vorzugsweise durch einen Laser, in vorgegebenen Bereichen mit vorgegebener Leistung und Belichtungszeit, wodurch die lasersensitiven Pigmente bereichsweise aktiviert werden und ein Farbumschlag erfolgt (die bestrahlten lasersensitiven Pigmente sind mit 120A bezeichnet). Bei den in den 1 bis 3 gezeigten Beispielen entsteht durch den Farbumschlag eine Steinmusterung in Marmoroptik.
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4 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf eine beispielhafte Steinmusterung 200. Durch die Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung L wird der schwarze Kunststoff-Compound 110 bereichsweise in verschiedene Grautöne umgefärbt. Die hochenergetische Strahlung wird derart über die Oberfläche gelenkt, dass eine marmorierte Oberfläche entsteht, welche die Assoziation an eine Marmorplatte weckt.
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Neben einer Steinmusterung kann auch eine terazzo-artige Musterung an dem Fahrzeugbauteil ausgebildet sein. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine terazzo-artige Musterung 300 zur Veranschaulichung derselben. Zur Erzeugung dieses Musters werden inselförmige Bereiche im Kunststoff-Compound mit hochenergetischer Strahlung unterschiedlicher Leistung und Belichtungszeit bestrahlt. Es bilden sich Flecken mit unterschiedlicher Grauschattierung in dem ansonsten schwarzen Material aus. In der Gesamtoptik erinnert die Oberfläche an einen Terazzo-Bodenbelag.
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Die 7 bis 9 zeigen jeweils Fahrzeugbauteile 10A bis 50A an einem Kraftfahrzeug 1A mit einer terazzo-artigen Musterung. Das Fahrzeugbauteil 10A unterscheidet sich von dem Fahrzeugbauteil 10 lediglich durch die unterschiedliche Musterung der Oberfläche. Gleiches gilt für das Fahrzeugbauteil 20A in Bezug auf das Fahrzeugbauteil 20 sowie 30A auf 30, 40A auf 40 und 50A auf 50. Für die Fahrzeugbauteile 10A bis 50A gelten die zu 5 gemachten Ausführungen in gleicher Weise.
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Die in den Figuren gezeigten Fahrzeugbauteile 10 bis 50 und 10A bis 50A weisen vorzugsweise keine Deckschicht auf dem Formkörper auf. Insofern bildet die Oberfläche 130 des Formkörpers 100 eine Sichtoberfläche des Fahrzeugbauteils.
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Es versteht sich, dass der durch Bestrahlung der lasersensitiven Pigmente erzielbare Farbumschlag nicht auf die dargestellten Grautöne reduziert ist.
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Durch Auswahl geeigneter Pigmente und Variation der Bestrahlungsparameter ist ebenso die Erzeugung von weißen Strukturen und/oder farbigen Strukturen möglich, z.B. in Orange-, Rot- und Blautönen. Ebenso kann anstelle eines schwarz eingefärbten Kunststoff-Compounds auch ein andersfarbig eingefärbter Compound verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A
- Kraftfahrzeug
- 2
- Stoßfängerverkleidung
- 10 bis 50
- Fahrzeugbauteil
- 10A bis 50A
- Fahrzeugbauteil
- 100
- Formkörper
- 110
- Kunststoff-Compound
- 120
- lasersensitive Pigmente
- 120A
- bestrahlte lasersensitive Pigmente
- 200
- Steinmusterung
- 300
- terazzo-artige Musterung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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