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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen des Isolationswiderstandes einer Vielzahl von Prüflingen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren ist die Erfindung auch auf ein Prüfverfahren zum Prüfen des Isolationswiderstandes einer Vielzahl von Prüflingen nach dem Oberbegriff von Anspruch 6 gerichtet.
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STAND DER TECHNIK
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Elektrische Bauteile, wie z.B. Sensoren, von Lithium-Ionen(Li-Ion)-Batterien müssen, gemäß den einschlägigen VDE-Vorschriften gegenüber dem Gehäuse isoliert sein. Um dies zu Überprüfen kann zwischen dem Gehäuse des Bauteils und dessen Kontakten eine Spannung angelegt, z.B. 2,7 kV, und der vorhandene Isolationswiderstand gemessen werden. Im Rahmen der Wareneingangsprüfung muss an einer großen Anzahl von elektrischen Bauteilen diese Prüfung durch eine Person durchgeführt werden. Dies ist besonders zeitaufwändig und daher kostenintensiv.
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Die Druckschrift
DE 33 46 859 A1 offenbart beispielsweise eine komplexe Prüfvorrichtung für eine automatische Prüfung von Bauelementen. Die Prüfvorrichtung ist eingerichtet, verschiedene Bauteile hinsichtlich eines elektrischen Wertes zu prüfen, um einen Soll-Ist-Vergleich durchzuführen, beispielsweise ob ein Chip hinsichtlich des gemessenen Wertes annehmbar ist oder nicht.
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Nachteilig ist, dass die Prüfvorrichtung sehr komplex ist und für jedes Bauteil speziell angepasst ausgeführt sein muss. Auch benötigt die Vorrichtung bei zu prüfenden großen Stückzahlen in der Massenfertigung immer noch viel Zeit. Dies kann durch parallelen Einsatz mehrerer solcher Prüfvorrichtungen verbessert werden. Die bedeutet aber mehr Kapitaleinsatz, insbesondere wenn verschiedenste Bauteile zu prüfen sind.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Somit ist zumindest eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Prüfvorrichtung bzw. ein Prüfverfahren für Bauteile vorzuschlagen, mit der sich große Mengen von elektrischen Bauteilen schnell, insbesondere gleichzeitig, und einfach prüfen lassen.
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Diese Aufgabe wird zumindest teilweise mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung des unabhängigen Anspruchs 1 bzw. mit den Merkmalen des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens gemäß dem unabhängigen Anspruch 6 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren und umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung der einzelnen Erfindungsaspekte stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, in der Prüfvorrichtung bzw. dem Prüfverfahren der Erfindung die zu prüfenden elektrischen Bauteile, insbesondere Sensoren für Lithium-Ionen-Batterien, parallel zu schalten, so dass für mehrere Bauteile gleichzeitig (gemeint ist simultan) nur noch eine Isolationsprüfung durchgeführt werden muss. Durch die parallele Prüfung von mehreren elektrischen Bauteilen wird der Zeitaufwand für die Prüfung deutlich verkürzt. Im vorliegenden Text wird der Begriff Prüfling als Synonym für elektrisches Bauteil verwendet.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen des Isolationswiderstandes einer Vielzahl von Prüflingen. Hierzu weist die Prüfvorrichtung wenigstens eine elektrisch leitende Kontaktschiene als ein erster Prüfpol zum parallelen und elektrisch leitenden Kontaktieren elektrischer Anschlüsse der Prüflinge, Verbindungsmittel zum elektrischen Verbinden eines jeweiligen Gehäuses eines jeweiligen der Prüflings mit einem zweiten Prüfpol, und eine Isolationsprüfeinrichtung, die verbunden ist mit und eingerichtet ist für eine Isolationswiderstandsmessung zwischen den Prüfpolen, auf.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zum Prüfen des Isolationswiderstandes einer Vielzahl von Prüflingen. Hierzu weist das Prüfverfahren die Schritte auf: Kontaktieren der elektrischen Anschlüsse der Prüflinge in paralleler und elektrisch leitender Weise, um einen ersten Prüfpol zu bilden, Herstellen jeweilige elektrischer Verbindungen zwischen dem jeweiligen Gehäuse der Prüflinge zu einem zweiten Prüfpol, und Messen eines Isolationswiderstands zwischen den Prüfpolen.
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Die Prüfvorrichtung kann idealerweise mit Klemmmittel ausgerüstet sein, die so eingerichtet sind, dass sich damit die elektrischen Anschlüsse der Prüflinge für eine elektrische Kontaktierung gegen die Kontaktschiene pressen lassen. Die Klemmmittel können auch so realisiert sein, dass die Kontaktschiene nach Art einer Klemme mit parallelen sich gegenüberliegenden Klemmflächen ausgeführt ist, so dass die elektrischen Anschlüsse der Prüflinge zwischen den Klemmflächen eingeklemmt werden können.
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Die Klemmmittel können mit federnden Elementen ausgestattet sein, um sicherzustellen, dass die elektrischen Anschlüsse der Prüflinge mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Kontaktschiene gepresst werden. Beispielsweise können die Klemmmittel alternativ oder zusätzlich einen Kniehebel oder eine Spindel nach Art einer Schraubzwinge aufweisen, um die elektrischen Anschlüsse der Prüflinge mit der vorbestimmten Kraft gegen die Kontaktschiene zu pressen. Die vorbestimmte Anpresskraft stellt sicher, dass der elektrische Widerstand des Übergangs von den Anschlüssen der Prüflinge zu der Kontaktschiene möglichst klein ist.
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Die Verbindungsmittel zur Verbindung der einzelnen Gehäuse der Prüflinge mit dem zweiten Prüfpol können als Kabelverbindungen ausgeführt sein, die jeweils an einem Ende mit dem zweiten Prüfpol elektrisch verbunden sind und am anderen Ende, beispielsweise mittels einer Klemme, jeweils mit dem Gehäuse eines der Prüflinge, insbesondere umfassen, verbindbar sind. Die umfassende Verbindung stellt sicher, dass die Messung des Isolationswiderstandes zwischen dem jeweiligen Gehäuse eines Prüflings und dessen elektrischen Anschlüssen nicht durch einen schlechten Kontakt zwischen Gehäuse und zweitem Prüfpol verfälscht wird.
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Das Prüfen des Isolationswiderstandes beinhaltet ein Vergleichen, ob der gemessene Isolationswiderstand im Bereich eines vorbestimmten Grenzwerts liegt. Sollte dies nicht der Fall sein, dann wird jeder einzelne Prüfling alleine gemessen, um den fehlerhaften Prüfling zu identifizieren.
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Der vorbestimmte Grenzwert bestimmt sich als Quotient aus dem erforderlichen Isolationswiderstand zwischen den elektrischen Anschlüssen und dem Gehäuse eines der Prüflinge und der Anzahl der Prüflinge. Dies ergibt sich aus der Parallelschaltung der bestimmten Anzahl der Prüflinge.
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Die Erfindung eignet sich besonders für einen Einsatz in der Wareneingangsprüfung der Serienfertigung von beispielsweise Lithium-Ionen Batteriesystemen für den Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Die Sicherheit derartiger Batteriesysteme ist einer der Schlüsselfaktoren bei der Industrialisierung. Daher ist zu erwarten, dass Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit zum frühestmöglichen Zeitpunkt in Serie eingeführt werden.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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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. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen (schematisch):
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Prüfaufbaus;
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2 eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Prüfaufbau der 1 entlang der Linien A-A;
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3 den grundsätzlichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Prüfverfahrens;
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4 schematische Darstellungen zum erfindungsgemäßen Klemmmittel mit zumindest einem federnden Element; und
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5 schematische Darstellungen zu einem weiteren erfindungsgemäßen Klemmmitteln mit zumindest einer Spindel.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ohne diese spezifischen Einzelheiten zur Anwendung kommen können. In anderen Fällen sind bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht zu erschweren.
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 10, wobei auf eine Darstellung einer Klemmvorrichtung, z.B. Spindel, verzichtet wurde; entsprechende Klemmkräfte sind durch die Pfeile 1 und 2 veranschaulicht,
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2 eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Prüfaufbau der 1 entlang der Linien A-A.
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Die Prüfvorrichtung 10 zum Prüfen des Isolationswiderstandes einer Vielzahl von Prüflingen 20 weist zwei Kontaktschienen 12, 14 auf, von denen wenigstens eine mit einer elektrisch leitenden Schicht 16 versehen ist. Mit der elektrisch leitenden Schicht 16 können die elektrischen Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 parallelen und elektrisch leitend kontaktiert und mit einem ersten Prüfpol 42 verbunden werden.
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Verbindungsmittel 30 zum elektrischen Verbinden eines jeweiligen Gehäuses 22, welches als weiterer elektrischer Kontakt 22 dient, eines jeweiligen der Prüflinge 20 mit einem zweiten Prüfpol 44 sind als Kabelverbindungen 30 ausgeführt.
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Eine Isolationsprüfeinrichtung 40 ist mit den Prüfpolen 42, 44 verbunden und eingerichtet, um einen Isolationswiderstand zwischen den Prüfpolen 42, 44 zu messen.
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In den 1 bis 3 nicht dargestellte Klemmmittel 11 an den Kontaktschienen 12, 14 sind jeweils eingerichtet, die Kontaktschienen 12, 14 gegen die elektrischen Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 für eine elektrische Kontaktierung zu pressen. Alternativ können die beiden Kontaktschienen 12, 14 nach Art einer Klemme mit parallelen, sich gegenüberliegenden Klemmflächen 13, 15 (1) zum Einklemmen der elektrischen Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 zwischen den Klemmflächen 13, 15 ausgestaltet sein. Die Klemmmittel 11 können federnde Elemente 11. 3 aufweisen, um die elektrischen Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 mit einer vorbestimmten Kraft 1, 2 gegen die wenigstens eine Kontaktschiene 12, 14 oder umgekehrt zu pressen. In einer besonders einfachen Ausführung können die Klemmmittel 11 als Kniehebel oder Spindel 11.4 nach Art einer Schraubzwinge ausgestaltet sein, um die elektrischen Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 mit einer vorbestimmten Kraft 1, 2 zwischen den beiden Kontaktschienen 12, 14 einzupressen bzw. einzuspannen.
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Die Verbindungsmittel 30 sind als Kabelverbindungen ausgeführt, die an einem Ende 34 mit dem zweiten Prüfpol 44 über einen Verteiler 45 verbunden sind. Am anderen Ende 32 sind die Kabelverbindungen jeweils mit einer an die Gehäuseform der Prüflinge 20 angepassten Klemme ausgestattet, um mit dem Gehäuse 22 bevorzugt umfassen verbindbar zu sein.
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Um den Isolationswiderstand einer Vielzahl von Prüflingen gleichzeitig, d.h. parallel zu prüfen, wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen.
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In einem ersten Schritt S1 werden die elektrischen Anschlüsse 24 einer bestimmten Anzahl n von Prüflingen 20 in paralleler und elektrisch leitender Weise mittels wenigstens einer elektrisch leitenden Kontaktschienen 12 und/oder 14 kontaktiert, um diese parallel mit einem ersten Prüfpol 42 zu verbinden. D.h. elektrischen Bauelemente, wie Sensoren, werden als Prüflinge 20 in die Prüfvorrichtung 10 gespannt, an der wenigstens eine leitende Kontaktschiene 12 oder 14, auf welche bzw. mit der die elektrischen Kontakte bzw. Anschlüsse 24 der Bauelemente geklemmt werden. Mittels federnder Elemente 11.3 kann im Bedarfsfall eine noch bessere Kontaktierung sichergestellt werden. Eine derartige Klemmung kann z.B. mittels eines Kniehebel oder einer Spindel 11.4 erfolgen. Wenigstens eine der Kontaktschienen 12, 14 bildet dann den ersten Prüfpol 42 für die Isolationsprüfung.
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Danach werden in einem zweiten Schritt S2 jeweilige elektrische Verbindungen 30 jeweils von jedem der Gehäuse 22 der Prüflinge 20 über einen Verteiler 45 zu einem zweiten Prüfpol 44 hergestellt. D.h., über den Verteiler 45 werden die Gehäuse 22 der Prüflinge 20, z.B. Sensoren, mit dem Prüfgerät bzw. Isolationswiderstandsmessgerät 40 verbunden. Die Verbindung 30 kann z.B. mit an jeweiligen Kabeln befindlichen Klemmen, vergleichbar zu den Klemmmittel 11 aus den 4 und 5, erfolgen, die sich an einem dem zweiten Prüfpol 44 gegenüberliegenden Kabelende befinden. Bevorzugt kontaktieren einer der Klemmen jeweils eines der Gehäuse 22 möglichst umfassend.
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Anschließend wird in einem dritten Schritt S3 der Isolationswiderstand zwischen den Prüfpolen 42 und 44 gemessen.
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Dann wird in einem vierten Schritt S4 der gemessene Isolationswiderstand verglichen, ob er in einem Bereich um einen vorbestimmten Grenzwert liegt. Ein Bereich um einen bestimmten Grenzwert herum ist deshalb sinnvoll, da im Falles der Messung eines zu großen Messwertes für den Isolationswiderstand vermuten werden muss, dass der Prüfaufbau nicht in Ordnung ist, z.B. an einer bestimmten Stelle eine Unterbrechung oder zu großer Überganswiderstand, z.B. zwischen dem ersten Prüfpol 42 und der Messeinrichtung 40 für den Isolationswiderstand, vorliegt.
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Wenn dies der Fall ist, dann wird davon ausgegangen, dass alle Prüflinge 20, z.B. Sensoren, in Ordnung sind, soweit es den Isolationswiderstand anbelangt. Danach geht das Verfahren zu Schritt S5, wo es für die n Prüflinge endet, d.h. die gemessenen n Prüflinge werden aus der Prüfvorrichtung entnommen und das Verfahren kann mit neuen n Prüflingen bei Schritt S1 erneut beginnen oder wenn keine weiteren Prüflinge 20 vorliegen enden, d.h. zu Schritt S9 gehen.
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Wenn in Schritt S4 festgestellt wird, dass der Isolationswiderstand nicht im vorbestimmten Bereich liegt, dann muss in einem Schritt S6 geprüft werden, ob der Messwert zu groß oder zu klein ist. Ist der Messwert zu groß, wird in einem Schritt S7 die Prüfvorrichtung überprüft und ggf. der Aufbau berichtigt und dann das Prüfverfahren für die n Prüflinge erneut bei Schritt S1 durchgeführt.
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Wurde in Schritt S6 festgestellt, dass der Messwert zu klein ist, muss in einem Schritt S8 jeder einzelne der n Prüflinge 20 gemessen werden, um so den möglicherweise fehlerhaften Prüfling zu identifizieren. Danach endet das Prüfverfahren in Schritt S9 oder geht mit weiteren n Prüflingen erneut zu Schritt S1.
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Der vorbestimmte Grenzwert bestimmt sich als Quotient des erforderlichen Isolationswiderstands zwischen den elektrischen Anschlüssen 24 und dem Gehäuse 22 eines der Prüflinge 20 und der Anzahl der Prüflinge 20. Dabei ist selbstverständlich vorausgesetzt, dass die Prüflinge 20 identisch sind.
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Durch die parallele Anordnung kann für mehrere Prüflinge 20 der sich als Parallelschaltung ergebende Gesamtisolationswiderstand gemessen werden. Liegt dieser im Bereich um die gewünschte Grenze, sind alle Prüflinge 20 in Ordnung. Falls nicht müssen die Prüflinge 20 einzeln geprüft werden, um ggf. den fehlerhaften Prüfling zu finden. Damit reduziert sich der Prüfvorgang für Prüflinge die in Ordnung sind um den Faktor n.
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In der 4 ist die erfindungsgemäße Prüfrichtung 10 aus der 1 dargestellt, wobei auch das Klemmmittel 11 erkennbar ist. Durch dieses Klemmmittel 11 werden die beiden Kontaktschienen 12, 14 an die Prüflinge 20 gepresst, was durch die beiden Pfeile 1, 2 angedeutet wird, die die vorbestimmte Anpresskraft des Klemmmittels 11 andeutet. Dabei weist das Klemmmittel 11.2 federnd gelagerte Stößel 11.2 auf, die an einem „U“-förmigen Bügel längs verschieblich zu einander gelagert sind. Zwischen den beiden Stößeln 11.2 können die Prüflinge 20 angeordnet werden, die mit den beiden Kontaktschienen 12, 14 in elektrischen Kontakt stehen. Um die Anpresskraft 1, 2 der beiden Stößel 11.2 zu erzeugen, sind zwei federnde Elemente 11.3 vorgesehen, die die beiden Stößel 11.2 nach innen zum „U“-förmigen Bügel 11.1 drücken. Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass die beiden Kontaktschienen 12, 14 direkt mit den Stößeln 11.3 verbunden sind, wobei ggf. eine elektrische Isolation zwischen den Stößeln vorgesehen ist. An den Kontaktschienen 12, 14 können direkt die elektrischen Leitungen 42 angeordnet sein.
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In der weiteren 5 ist schematisch ein weiteres Klemmmittel 11 dargestellt. Dabei ist wieder ein „U“-förmiger Bügel 11.1 vorgesehen, in dessen Innenbereich die Prüflinge 20 anordbar sind. Wie in der 5 zu erkennen ist, wird nunmehr die vorbestimmte Kraft 1, 2 nicht durch ein Federelement 11.3, sondern durch die Spindel 11.4 erzeugt. Dabei ist die Spindel 11.4 durch ein Gewinde ein- und ausschraubbar, um die beiden Kontaktschienen 12, 14 auf die elektrischen Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 zu drücken. Auch in diesem Fall können die beiden Kontaktschienen 12, 14 auch direkt an dem Klemmmittel 11 angeordnet sein, wobei ebenfalls eine elektrische Isolation zwischen den Kontaktschienen 12, 14 vorhanden sein kann, um ggf. elektrische Anschlüsse 24 der Prüflinge 20 mit unterschiedlicher elektrischer Ladung kontaktieren zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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