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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung einer mehrere Batteriemodule aufweisenden Batterie, wobei die einzelnen Batteriemodule jeweils einen Modul-Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung und Verschaltung der Batteriemodule mittels erster elektrischer Leitungen aufweisen und die Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung einen zur elektrischen Kontaktierung mit einem Verbraucher oder einer Ladeeinrichtung vorgesehenen Batterie-Anschlussbereich aufweist, wobei die Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung als Gehäuse ausgebildet ist, welches sowohl die ersten elektrischen Leitungen zur Kontaktierung und Verschaltung der Batteriemodule als auch den Batterie-Anschlussbereich sowie innerhalb des Batteriegehäuses zum Batterie-Anschlussbereich gehörige zweite elektrische Leitungen aufweist.
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Traktions- oder Antriebsbatterien in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sind üblicherweise aus einer Vielzahl von Batteriezellen aufgebaut, die als Zellpakete oder Zellstacks oft in modular aufgebauten Gehäusen, so genannten Batteriemodulen angeordnet sind, von denen wiederum eine Anzahl in stabilen Batteriegehäusen angeordnet sein können. Der Begriff und Gegenstand „Batteriemodul“ wird im Stand der Technik gegenüber der Antriebsbatterie bzw. dem Stromspeicher, der Batterie als Ganzes oft unterschiedlich abgegrenzt, beinhaltet aber immer eine Zusammenstellung bzw. eine Anzahl von miteinander verbundenen einzelnen Batteriezellen. Im vorliegenden Fall wird eine aus solchen einzelnen Batteriemodulen bestehende Batterie betrachtet, wobei die Batteriemodule entsprechend zu einer leistungsstarken Hochvolt-Anlage verbunden sind.
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Für die den Anschluss und die Kontaktierung solcher leistungsstarken Batterien ist es erforderlich, sichere und einfach zu installierende elektrische Leitungen und Kontaktierungen vorzusehen. Für Hochvolt-Leitungen (HV-Leitungen) verwendet man dabei oft Leitungsgehäuse, die in der Regel aus einem Gehäusehauptkörper und einem Deckel bestehen. Von außen zugängliche Anschlüsse zum Gehäuse bzw. zur Batterie sind dabei oft an dem Gehäusehauptkörper angeordnet. Somit können im Inneren des Gehäuses die jeweilig erforderlichen elektrischen Verbindungen und Verschaltungen durchgeführt werden, bevor letztlich ein Deckel montiert wird.
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Auch sind Stromschienen bzw. Sammelschienen in Gehäusen bekannt, z.B. in Batteriegehäusen. So offenbart die
DE 10 2019 109 825 A1 eine Niederspannungs-Sammelschiene, die in einem Hochspannungs-Batteriegehäuse integriert ist und an vorbestimmten Stellen Anschlussenden zur Kontaktierung aufweist. Hierdurch soll der Aufwand reduziert werden, der bei der Einzelverlegung von Stromverteilerkabeln im Hinblick auf Bauraum, komplexe Isolierung und Abschirmung sowie elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) entsteht.
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In den Fällen, in den verschiedene elektrische Anschlüsse oder Anschlussbereiche an unterschiedlichen Stellen in einem Leitungsgehäuse oder dort an unterschiedlichen Gehäuseteilen miteinander verbunden werden sollen, ist die Montage einer elektrischen Verbindung oft schwierig, insbesondere bei aufwendig geformten und an den Bauraum angepassten Leitungsgehäusen.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Verbindung von Anschlüssen oder Anschlussbereichen an unterschiedlichen Stellen in einem Leitungsgehäuse, insbesondere verschiedenen Teilen eines solchen Gehäuses angeordneten elektrischen Anschlüssen möglichst einfach und montagefreundlich zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine Traktionsbatterie für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung ist in Anspruch 11 beschrieben, ebenso ein entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug in Anspruch 13. Ein geeignetes Montageverfahren dazu ist in Anspruch 14 beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist das Gehäuse mehrteilig ausgebildet, wobei ein erster Gehäuseteil die Modul-Anschlussbereiche der Batteriemodule und die ersten elektrischen Leitungen und ein weiterer Gehäuseteil den Batterie-Anschlussbereich sowie die zweiten elektrische Leitungen aufweisen. Einer der Gehäuseteile weist eine mit einem Deckel verschließbare Montage- und Gehäuseöffnung auf, in deren Bereich die ersten und zweiten elektrischen Leitungen enden, wobei die ersten und zweiten elektrischen Leitungen durch die Gehäuseöffnung zugänglich und elektrisch miteinander verbindbar sind.
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Einerseits ist es durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung möglich, die konstruktive Anordnung des Batterie-Anschlussbereichs, also des Batteriesystemanschlusses flexibel und einfach zu gestalten, z.B. auf der Oberseite eines Leitungsgehäuses, andererseits gestaltet sich auch die elektrische Anbindung der Modul-Anschlussbereiche der Batteriemodule in gleicher Weise unproblematisch.
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In dem Gehäuse der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung können darüber hinaus auch ungeschirmte elektrische Leitungen eingesetzt werden, so dass sich etwa bei einem Einsatz an einer Fahrzeugbatterie ein hohes Bauraum-, Kosten- und Gewichtseinsparpotenzial ergibt. Das ist insbesondere in einer Weiterbildung der Erfindung der Fall, in der die ersten und/oder zweiten elektrischen Leitungen als Stromschienen ausgebildet sind, deren Enden im Bereich der Gehäuseöffnung zugänglich und elektrisch miteinander verbindbar sind. Solche Stromschienen ersetzten dann geschirmte flexible Kabel außerhalb des Batteriesystems, so dass eine separate Anschlussbox mit separatem Gehäuse entfallen kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die elektrischen Leitungen oder Stromschienen in den jeweiligen Gehäuseteilen vormontiert sind. Durch eine solche Vorfertigung wird eine schnelle und effektive Endmontage von größeren Einheiten ermöglicht.
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Im Sinne einer solchen schnellen und effektiven Endmontage wirkt auch eine weitere Ausbildung der Erfindung, die darin besteht, dass das Gehäuse zweiteilig und schalenförmig ausgebildet ist und eine die einzelnen Batteriemodule in deren jeweiligen Modul-Anschlussbereich abdeckende untere Schale sowie eine mit der unteren Schale verbindbare obere Schale aufweist, in welcher der Batterie-Anschlussbereich vorgesehen ist. Dabei ist die verschließbare Montage- und Gehäuseöffnung in der oberen Schale vorgesehen.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass zwischen den Batteriemodulen und der unterer Schale eine Dichtung vorgesehen ist. Das sorgt für einen medium- und fluiddichte Ausbildung des Anschlussbereichs des Gehäuses an die Batteriemodule.
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Eine besonders einfache und leicht zugängliche Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung ergibt sich durch eine weitere Ausbildung der Erfindung, die darin besteht, dass die untere und obere Schale im Wesentlichen horizontal geteilt sind, so dass die obere Schale leicht abnehmbar ist. Vorzugsweise kann ein weiterer medium- und fluiddichter Abschluss der empfindlichen Kontaktbereiche an Modulen oder Batterieanschlussbereich durch eine Weiterbildung der Erfindung erreicht werden, bei der auch zwischen der unteren und der oberen Schale eine Dichtung vorgesehen ist.
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Dasselbe gilt für eine weitere Ausbildung der Erfindung, die darin besteht, dass der Deckel der verschließbare Montage- und Gehäuseöffnung mit einer Dichtung versehen ist und/oder verschraubt ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung an ein Leistungselektronikgehäuse anschließbar, vorzugsweise an ein neben den Batteriemodulen angeordnetes Leistungselektronikgehäuse, wobei der erste Gehäuseteil elektrische Leitungen zu einem Anschlussbereich einer im Leistungselektronikgehäuse vorgesehenen Leistungselektronik aufweist. In einer solchen Ausführung können durch die Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung auf einfache Weise auch Einrichtungen zur Steuerung des Batteriesystems eingebunden und angeschlossen werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung bilden das Gehäuse der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung zusammen mit den Batteriemodulen und dem Leistungselektronikgehäuse einen gegenüber der Umgebung abgedichteten Raum, unter anderem mit Hilfe der oben beschriebenen Dichtungen, wodurch eine vollständige Abdichtung aller erforderlichen elektrischen Anschlüsse und Verbindungen gegenüber Umgebungseinflüssen vorliegt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug, wobei die Traktionsbatterie mehrere in Fahrzeuglängsrichtung angeordnete Batteriemodule mit jeweils einer Anzahl von Batteriezellen oder Zellstacks sowie eine erfindungsgemäße Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung aufweist. Dabei ist das Gehäuse der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und zweischalig mit einer unteren und einer oberen Schale ausgebildet, wobei die untere Schale die Modul-Anschlussbereiche der einzelnen Batteriemodule überdeckt. Zusammen mit einem in der oberen Schale vorgesehen Batterie-Anschlussbereich ergibt sich eine kompakte, raumsparende Bauweise.
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Die vorstehend genannten Vorteile können dadurch noch verstärkt werden, dass gemäß einer Weiterbildung die untere Schale die Modul-Anschlussbereiche der einzelnen Batteriemodule und einen Anschlussbereich für eine in einem Leistungselektronikgehäuse vorgesehene Leistungselektronik überdeckt.
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Eine solche Traktionsbatterie eignet sich besonders zum Einsatz in einem elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeug.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Traktionsbatterie mit einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung.
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Dabei werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- - Zusammenstellen einer Anordnung von mehreren Batteriemodulen, wobei die Batteriemodule vorzugsweise nebeneinander angeordnet sind,
- - Montage der die Modul-Anschlussbereiche der einzelnen Batteriemodule überdeckenden unteren Schale der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung auf den Batteriemodulen,
- - Montage von ersten elektrischen Leitungen in Form von Stromschienen in der unteren Schale zur Kontaktierung der Modul-Anschlussbereiche der einzelnen Batteriemodule,
- - Montage von zweiten elektrischen Leitungen in Form von Stromschienen in der oberen Schale zur Kontaktierung des Batterie-Anschlussbereichs,
- - Aufsetzen und/oder Fügen der oberen Schale auf die untere Schale zu Bildung des Gehäuses der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung,
- - Verbinden der ersten und zweiten als Stromschienen ausgebildeten elektrischen Leitungen im Bereich und durch die Montageöffnung, sowie
- - Verschließen der Montageöffnung durch Montage eines Deckels für die Montageöffnung.
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Die beschriebenen Montageschritte sind klar strukturiert und einfach durchzuführen und so für die Fertigung höherer Stückzahlen gut geeignet, auch in einer automatisierten Montageeinrichtung.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die in den Figuren der Zeichnung gezeigte beispielhafte Ausführung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine dreidimensionale Ansicht einer aus mehreren Batteriemodulen bestehenden Traktionsbatterie mit einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung in einer skizzenhaften Darstellung,
- 2 einen Ausschnitt aus der Ansicht gem. 1, jedoch ohne erfindungsgemäße Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung,
- 3 einen Ausschnitt aus der Ansicht gem. 1, mit montierter unterer Schale der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung,
- 4 einen Ausschnitt aus der Ansicht gem. 1, mit montierter unterer Schale der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung sowie montierten Stromschienen zur elektrischen Kontaktierung und Verschaltung der Batteriemodule,
- 5 eine dreidimensionale Ansicht einer oberen Schale einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung, wobei eine skizzenhafte Darstellung eines Einblicks in das Innere der oberen Schale dargestellt ist, d.h. im Montagezustand von unten gesehen,
- 6 einen Ausschnitt aus der Ansicht gem. 1, mit montierter oberer Schale der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung, jedoch mit noch geöffneter Gehäuseöffnung,
- 7 einen Ausschnitt aus der Ansicht gem. 1, mit montierter oberer Schale der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung, jedoch mit der durch einen Deckel verschlossenen Gehäuseöffnung.
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In den Figuren können gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen referenziert sein. Zur Verdeutlichung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Figuren in der Zusammenschau zu betrachten.
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1 zeigt eine aus mehreren Batteriemodulen 1 bestehende Traktionsbatterie 2 eines hier nicht näher gezeigten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, welche mit einer erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung 3 versehen ist.
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Die einzelnen Batteriemodule 1 weisen jeweils einen Modul-Anschlussbereich 11 zur elektrischen Kontaktierung und Verschaltung der Batteriemodule 1 mittels erster elektrischer Leitungen/Stromschienen 12 auf, am besten in der Zusammenschau der 1, 2 und 4 erkennbar.
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Die Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung 3 weist Batterie-Anschlussbereiche 31, 32 auf, die zur elektrischen Kontaktierung mit einem Verbraucher oder einer Ladeeinrichtung vorgesehenen sind. Die Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung 3 ist in dieser Ausführung als zweiteiliges, schalenförmiges Gehäuse ausgebildet, nämlich bestehend aus einer die einzelnen Batteriemodule 1 in deren Modul-Anschlussbereichen 11 abdeckende untere Schale 33 sowie einer mit der unteren Schale 33 verbindbare obere Schale 34, wie am besten in der Zusammenschau der 1, 3, 4 und 5 erkennbar. In der 5 ist die obere Schale 34 umgedreht zur Darstellung in den 1, 6 und 7 gezeigt, nämlich so, dass man in sie hineinschauen kann.
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Die obere Schale 34 enthält dabei die Batterie-Anschlussbereiche 31 und 32 sowie eine Montage- und Gehäuseöffnung 35, die mit einem Deckel 36 verschließbar ist. Ganz deutlich wird dies in der Zusammenschau mit den 6 und 7. In der 6 ist dabei die obere Schale 34 in ihrem Zusammenbau gemäß 1, jedoch mit noch geöffneter Montageöffnung gezeigt, während in der 7 die Montageöffnung bereits mit dem Deckel 36 verschlossen ist.
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Das zweiteilige, schalenförmige Gehäuse 3 weist in seiner unteren Schale 33 außerdem als Stromschienen 12 ausgebildete erste elektrische Leitungen zur Kontaktierung und Verschaltung der Batteriemodule 1 auf.
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In der oberen Schale 34 des schalenförmigen Gehäuses 3 sind ebenfalls als Stromschienen 37 ausgebildete elektrische Leitungen vorgesehen, die zum Batterie-Anschlussbereich 31 führen. Bei der hier vorliegenden Ausführung sind die Stromschienen 37 im Gehäuse bzw. in der Schale 34 vormontiert, wie in 5 dargestellt
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Unterhalb der mit dem Deckel 36 verschließbaren Montage- und Gehäuseöffnung 35 enden sowohl die als Stromschienen 12 ausgebildeten ersten elektrischen Leitungen als auch die als Stromschienen 37 ausgebildeten zweiten elektrischen Leitungen, wie am besten in den 4, 5 und 6 dargestellt. Durch die Gehäuseöffnung 35 sind, wie in 5 ersichtlich, sowohl die Stromschienen 12 als auch die Stromschienen 37 von außen zugänglich und elektrisch miteinander verbindbar, nämlich mit Hilfe fachüblicher Verbindungsmittel, wie etwa Clips oder Klemmen, die hier nicht näher dargestellt sind. Nachdem die beiderseitigen Stromschienen 12 und 37 miteinander verbunden sind, wird der Deckel 36 auf die Montage- und Gehäuseöffnung 35 aufgesetzt und verschraubt.
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In 1 ist mit der Bezugsziffer 4 die Position eines Leistungselektronikgehäuses angedeutet, welches ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung verbunden werden kann, hier aber nicht weiter im Detail dargestellt ist.
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Zwischen den Batteriemodulen 1 und der unterer Schale 33 sowie zwischen der unteren Schale 33 und der oberen Schale 34, als auch am Deckel 36 sind jeweils hier nicht näher dargestellte Dichtungen vorgesehen.
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Bei der in den 1 bis 7 gezeigten Ausführung sind die Batteriemodule 1 in Längsrichtung des Fahrzeugs hintereinander angeordnet, und das Gehäuse der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung 3 in Längsrichtung des Fahrzeugs.
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Mit Ausnahme der hier vormontierten Stromschienen 37 in der oberen Schale 34 stellt die Reihenfolge der 2 bis 7 im Wesentlichen auch das beanspruchte Montageverfahren dar, nämlich in 2 die Zusammenstellung einer Anordnung von mehreren Batteriemodulen 1, wobei die Batteriemodule vorzugsweise nebeneinander angeordnet sind, in 3 die Montage der die Modul-Anschlussbereiche 11 der einzelnen Batteriemodule überdeckenden unteren Schale 33 der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung 3 auf den Batteriemodulen 1, in 4 die Montage von ersten elektrischen Leitungen in Form von Stromschienen 12 in der unteren Schale 33 zur Kontaktierung der Modul-Anschlussbereiche der einzelnen Batteriemodule 1, in 5 die Montage (hier Vormontage) von zweiten elektrischen Leitungen 37 in Form von Stromschienen in der oberen Schale 34 zur Kontaktierung des Batterie-Anschlussbereichs 31, in 6 das Aufsetzen und/oder Fügen der oberen Schale 34 auf die untere Schale 33 zu Bildung des Gehäuses der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung 3, sowie das Verbinden der ersten und zweiten als Stromschienen 12, 37 ausgebildeten elektrischen Leitungen im Bereich und durch die Montageöffnung 35, und schließlich das Verschließen der Montageöffnung 35 durch Montage eines Deckels 36.
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Liste der Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)
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- 1
- Batteriemodul
- 2
- Traktionsbatterie
- 3
- Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung
- 4
- Leistungselektronikgehäuse
- 11
- Modul-Anschlussbereich
- 12
- elektrische Leitung / Stromschiene
- 31
- Batterie-Anschlussbereich
- 32
- Batterie-Anschlussbereich
- 33
- untere Schale der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung
- 34
- obere Schale der Anschluss- und Kontaktierungseinrichtung
- 35
- Montage- und Gehäuseöffnung
- 36
- Deckel der Montage- und Gehäuseöffnung
- 37
- elektrische Leitung / Stromschiene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019109825 A1 [0004]
