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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 93 18 457 U wird ein elektromagnetischer Schalter zum Ein- und Ausschalten von Elektromotoren beschrieben. Der Schalter weist eine bestrombare Erregerwicklung auf, in der ein Hub- bzw. Schaltanker axial verstellbar gelagert ist, welcher bei Bestromung der Erregerwicklung axial verschoben wird und den Stromkreis eines zu schaltenden Elektromotors schließt. Beim Abschalten wird in der Erregerwicklung eine elektromotorische Kraft (EMK) induziert, die über eine Diode, welche zwischen den Polen der Erregerwicklung angeordnet ist, kurzgeschlossen wird. Die Diode befindet sich an der Innenseite eines Gehäusedeckels des elektromagnetischen Schalters in einer Ausnehmung und ist dort mit Klebstoff fixiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen auf eine lange Betriebsdauer ausgelegten elektromagnetischen Schalter zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der elektromagnetische Schalter weist eine bestrombare Relaiswicklung auf sowie einen axial verschieblich gelagerten Anker, der eine Stell- bzw. Schaltfunktion ausführt und bei Bestromung der Relaiswicklung axial verstellt wird. Die Relaiswicklung liegt auf einem Wicklungsträger bzw. einer Spule, die aus einem elektrisch nicht-leitenden Material wie z.B. Kunststoff oder Harz besteht. Die Wicklungsenden der Relaiswicklung sind in Anschlusspins aufgenommen, die durch eine Endplatte geführt sind, welche am Wicklungsträger angeordnet ist. Die Anschlusspins der Relaiswicklung sind mit einer Diode verbunden, die beim Anlegen einer Spannung an die Relaiswicklung in Sperrstellung steht, so dass ein Kurzschluss verhindert wird. Beim Abschalten der Relaiswicklung wird dagegen die Diode zum Kurzschließen der induzierten elektromotorischen Kraft (EMK) in Durchlassrichtung beansprucht. Spannungsspitzen, die durch die EMK entstehen können, werden auf diese Weise vermieden bzw. vermindert, wodurch weitere Verbraucher wie z.B. Steuergeräte weniger stark beansprucht werden.
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Die Diode ist in einem Diodenträger aufgenommen, der gemeinsam mit der Diode ein Modul bildet, welches im vorgefertigten Zustand in den Schalterdeckel einsetzbar ist. Der Diodenträger weist Kontaktaufnahmen auf, welche in Kontakt mit den Anschlusspins stehen, die mit der Erregerwicklung verbunden sind.
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Diese Ausführung ermöglicht eine erleichterte Montage, indem zunächst das Diodenmodul, umfassend den Diodenträger und die Diode, in den Schalterdeckel integriert und anschließend der Schalterdeckel auf das Gehäuse aufgesetzt wird, so dass die Kontaktaufnahmen an dem Diodenträger in einem elektrischen Kontakt mit den Anschlusspins an den Enden der Erregerwicklung stehen. Der elektrische Kontakt zwischen den Anschlusspins und dem Diodenträger wird bereits mit dem Aufsetzen des Schalterdeckels auf das Gehäuse des elektromagnetischen Schalters hergestellt. Darüber hinaus sind keine weiteren Verbindungsmaßnahmen erforderlich, um den Kontakt zwischen Anschlusspins und Diodenträger herzustellen.
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Die Kontaktaufnahmen an dem Diodenträger können als Steckhülsen ausgeführt sein, die die Anschlusspins umgreifen. Die Anschlusspins bestehen vorteilhafterweise aus Metall, so dass im montierten Zustand ein Kontakt zwischen der Mantelfläche der Anschlusspins und den Steckhülsen des Diodenträgers besteht. Die Anschlusspins überragen die außen liegende Stirnseite der Endplatte und werden von den Kontaktaufnahmen des Diodenträgers kontaktiert.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind in dem Schalterdeckel Kontaktbolzen aufgenommen, welche Teil eines Stromkreises eines Verbrauchers sind, der über den elektromagnetischen Schalter ein- bzw. ausgeschaltet wird. Der Anker des Schalters ist mit einer Kontaktbrücke verbunden, welcher in eine leitende Kontaktstellung mit den beiden Kontaktbolzen verstellt werden kann. Die Kontaktbolzen sind ebenso wie der Diodenträger im Schalterdeckel aufgenommen, jedoch gegenüber dem Diodenträger radial versetzt im Schalterdeckel angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist der Schalter zusätzlich zu der Relaiswicklung eine Zusatzwicklung auf, der ein ebenfalls axial verstellbar gelagerter Zusatzanker zugeordnet ist. Die Relaiswicklung und die Zusatzwicklung liegen parallel versetzt zueinander, der Anker der Relaiswicklung und der Zusatzanker sind koaxial hintereinanderliegend angeordnet. Die Wicklungsenden sowohl der Relaiswicklung als auch der Zusatzwicklung sind vorteilhafterweise in Anschlusspins aufgenommen, welche durch die Endplatte des Wicklungsträgers geführt sind und mit den Kontaktaufnahmen des Diodenträgers in Kontakt stehen.
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Mit dieser Ausführung lässt sich beispielsweise ein Starterrelais für eine Brennkraftmaschine realisieren, wobei die Relaiswicklung einen Hubanker verstellt, der über einen Einrückhebel mit einem Starterritzel gekoppelt ist, welches zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine kämmenden Eingriffsposition verstellbar ist. Die Zusatzwicklung hat die Funktion einer Schaltwicklung, der Zusatzanker trägt dementsprechend eine Kontaktbrücke, welche mit den Kontaktbolzen in Kontakt zu bringen ist. Hierdurch wird ein elektrischer Stromkreis eines Startermotors geschlossen, der das Starterritzel drehend antreibt.
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In dieser Ausführung sind zwei Dioden vorgesehen, die jeweils einer Wicklung zugeordnet sind und dazu dienen, die induzierte EMK beim Abschalten abzubauen. Beide Dioden sind in dem Diodenträger gehalten, wobei der elektrische Kontakt über die Kontaktaufnahmen des Diodenträgers erfolgt, der die Anschlusspins der Wicklungen berührt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen die beiden Wicklungen einen gemeinsamen, auf Masse gelegten Anschlusspin auf, der in eine Kontaktaufnahme des Diodenträger einragt. Dies ermöglicht es, bei zwei Dioden, die jeweils einer Wicklung zugeordnet sind, insgesamt nur drei Kontaktaufnahmen im Diodenträger vorzusehen.
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Der auf Masse gelegte Anschlusspin kann ggf. unmittelbar auf der elektrisch leitenden Endplatte angeordnet sein, wobei die auf Masse gelegten Endanschlüsse der Wicklungen mit der Endplatte elektrisch verbunden sind. Die Anschlusspins der Wicklungen, welche im erregten Zustand ein Spannungspotenzial aufweisen, ragen dagegen durch Ausnehmungen in der Endplatte hindurch. Alle Pins sind jeweils in Kontaktaufnahmen des Diodenträgers aufgenommen, wobei die Pins bzw. die Kontaktaufnahmen des Diodenträgers elektrisch voneinander separiert sind.
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Im Fall von zwei Wicklungen in dem elektromagnetischen Schalter, denen jeweils eine Diode zugeordnet ist, sind diese vorteilhafterweise beide in dem Diodenträger aufgenommen. Gemäß einer alternativen Ausführung ist eine Dualdiode vorgesehen, die die Funktionen von zwei Einzeldioden in sich vereint und mit den Anschlusspins der beiden Wicklungen über den Diodenträger verbunden werden kann.
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Der Diodenträger besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei die Kontaktaufnahmen des Diodenträgers elektrisch voneinander separiert sind. Die Diode – ggf. beide Dioden – sind in elektrisch leitender Weise mit den Kontaktaufnahmen am Diodenträger verbunden, insbesondere durch Löten.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial über einen elektromagnetischen Schalter verstellbar ist, der ein Starterrelais bildet, mit einem elektrischen Startermotor zum Anzutreiben des Starterritzels,
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2 eine Wicklung des elektromagnetischen Schalters mit einer parallel angeordneten, die Anschlüsse verbindenden Diode,
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3 ein Diodenträger mit einer Diode, wobei der Diodenträger drei als Steckhülsen ausgeführte Kontaktaufnahmen aufweist,
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4 eine Ansicht eines Schalterdeckels des elektromagnetischen Schalters mit darin eingesetztem Diodenträger sowie zwei Kontaktbolzen,
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5 in perspektivischer Ansicht einen Wicklungsträger mit aufgesetzter Endplatte, mit drei Anschlusspins zur Verbindung mit dem Diodenträger,
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6 eine Ansicht eines Schalterdeckels mit einem Diodenträger und zwei einzelnen Dioden,
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7 in perspektivischer Ansicht eine Dualdiode,
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8 eine Dualdiode in einer weiteren Ausführung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine Startvorrichtung 1 zum Starten einer Brennkraftmaschine 4. Die Startvorrichtung 1 umfasst ein Starterritzel 2, das verstellbar angeordnet ist und in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 gebracht werden kann. Das Starterritzel 2 ist auf einer Welle 5 axial verschieblich gelagert, jedoch drehfest mit der Welle 5 gekoppelt. Vorteilhafterweise ist das Starterritzel 2 über ein Steilgewinde mit der Welle 5 verbunden.
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Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer axial vorgerückten Einspurposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 mithilfe eines Starterrelais 6 verstellt, das als elektromagnetischer Schalter ausgebildet ist und zwei bestrombare Relaiswicklungen 7, 15 sowie einen Hubanker 8 umfasst. Die erste Wicklung 7 stellt eine Einzugswicklung dar, bei deren Bestromung eine magnetische Kraft auf den Hubanker 8 ausgeübt wird, so dass der Hubanker 8 axial aus einer Ruhelage in eine Arbeitsstellung versetzt wird, in welcher der Hubanker 8 axial in die Einzugswicklung 7 hineingezogen ist. Der Hubanker 8 betätigt einen als Gabelhebel ausgeführten Einrückhebel 9, welcher das Starterritzel 2 von der Außereingriffs- in die Einspurposition verstellt.
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Zweckmäßigerweise ist dem Starterritzel 2 ein Rollenfreilauf zugeordnet, welcher verhindert, dass nach dem Start die höhere Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. des Zahnkranzes 3 über das Starterritzel 3 und die Welle 5 auf den Startermotor 11 übertragen wird.
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Der elektrische Startermotor 11 erzeugt die Antriebsbewegung der Welle 5 und des aufsitzenden Starterritzels 2. Zwischen der Motorwelle des Startermotors 11 und der Welle 5 befindet sich ein Getriebe 12, vorzugsweise ein Planetengetriebe, das abtriebsseitig die Welle 5 antreibt.
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Der Einschaltvorgang des Startermotors 11 erfolgt über eine Einschalteinrichtung 16, die in das Starterrelais 6 integriert ist. Der Stromkreis wird in der Einschalteinrichtung 16 mittels eines Schaltglieds geschlossen, das als Schaltanker ausgeführt ist und bei Bestromung der zweiten Wicklung 15 verstellt wird, welche die Funktion einer Schaltwicklung hat. Bei geschlossenem Stromkreis wird der Startermotor 11 in Bewegung gesetzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend angetrieben.
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Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden. Das Regel- bzw. Steuergerät 10 umfasst eine Steuereinheit 20, die über ein Bussystem 21 mit einem externen Steuergerät 22 kommuniziert, welches mit einem Zündschalter 23 zum Ein- und Ausschalten der Brennkraftmaschine verbunden ist.
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Die Steuereinheit 20 im Regel- bzw. Steuergerät 10 steuert Schalt-Endstufen 24 und 25 zum Bestromen der Einzugswicklung 7 bzw. der Einschaltwicklung 15. Die Stromversorgung erfolgt über eine Batterie 26.
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Dem Hubanker 8 ist axial versetzt zur Einzugswicklung 7 ein Permanentmagnet 13 zugeordnet, der zwischen der Einzugswicklung 7 und der Einschaltwicklung 15 angeordnet ist. Bei Bestromung der Einzugswicklung 7 wird der Hubanker 8 in die Einzugswicklung 7 hineingezogen und gelangt in das Magnetfeld des Permanentmagneten 13. Dieser ist so ausgelegt, dass der Hubanker 8 auch nach dem Abschalten der Bestromung der Einzugswicklung 7 in der ausgelenkten Position gehalten wird, die der Arbeitsposition entspricht, in welcher sich das Starterritzel 2 in der Einspurposition befindet.
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Um beim Ausschalten des Starterrelais 6 Spannungsspitzen zu vermeiden, welche durch Induktion einer elektromotorischen Kraft (EMK) entstehen, ist jede Wicklung 7, 15, wie in 2 dargestellt, mit einer parallel verlaufenden Diode 27 versehen, welche die Anschlüsse der Wicklung miteinander verbindet. Bei Erregung der Wicklung 7 bzw. 15 steht die Diode 27 in Sperrstellung. Bei der Induktion der EMK leitet dagegen die Diode 27, so dass die EMK abgebaut wird und Spannungsspitzen vermieden werden.
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In 3 ist ein Diodenträger 28 zur Aufnahme und Halterung der Diode 27 dargestellt. Der Diodenträger 28 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und weist drei als Steckhülsen ausgeführte Kontaktaufnahmen 29, 30 und 31 auf, welche im montierten Zustand mit Anschlusspins in Kontakt stehen, die elektrisch leitend mit den Anschlüssen der Wicklungen 7, 15 verbunden sind. Bei der Diode 27 handelt es sich um eine Dualdiode mit drei Anschlüssen, die jeweils mit einer Kontaktaufnahme 29, 30 und 31 elektrisch verbunden sind. Die verschiedenen Kontaktaufnahmen 29, 30 und 31 sind voneinander elektrisch separiert. Die Dualdiode 27 vereint die Funktionen von zwei Einzeldioden.
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Die beiden außen liegenden Kontaktaufnahmen 29 und 31 sind Anschlusspins der beiden Wicklungen zugeordnet, welche im erregten Zustand ein Spannungspotenzial aufweisen. Die mittlere Kontaktaufnahme 30 ist dagegen einem auf Masse gelegten Anschlusspin zugeordnet, wobei dieser Anschlusspin mit den auf Masse gelegten Anschlüssen beider Wicklungen verbunden ist.
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Einteilig mit der Kontaktaufnahme 29 bzw. der Kontaktaufnahme 31 ist jeweils ein Stecker 32, 33 am Diodenträger 28 ausgebildet, wobei die beiden Stecker 32 und 33 zur Verbindung mit einem Schalterdeckel 34 dienen (4, 6), der auf das Gehäuse des elektromagnetischen Schalters bzw. Starterrelais aufgesetzt wird. Über die Stecker 32 und 33 können die Wicklungen an eine Stromquelle angeschlossen werden.
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Im Schalterdeckel 34 sind außerdem zwei Kontaktbolzen 35 und 36 aufgenommen, wobei der Diodenträger 28 mit radialem Versatz zu den beiden Kontaktbolzen 35 und 36 angeordnet ist, die in einer Mittelebene des Schalterdeckels 34 liegen. Die beiden Kontaktbolzen 35 und 36 liegen im Stromkreis des elektrischen Startermotors 11 und werden von einer Kontaktbrücke kurzgeschaltet, die mit einem Schaltanker der Schaltwicklung 15 verbunden ist. Bei Erregung der Schaltwicklung wird der Schaltanker ausgelenkt, wodurch die Kontaktbrücke in Kontakt mit den beiden Kontaktbolzen 35 und 36 gelangt und der elektrische Stromkreis des Startermotors geschlossen wird.
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In 5 ist ein Wicklungsträger 37 mit einer stirnseitigen Endplatte 38 und Pins 39, 40 und 41 dargestellt. Der Wicklungsträger 37 ist Träger sowohl der Einzugswicklung 7 als auch der Schaltwicklung 15 des Starterrelais. Die elektrisch leitende Endplatte 38 ist mit dem elektrisch isolierenden Wicklungsträger 37 verbunden. In die Endplatte 38 sind randseitig offene Ausnehmungen 44 und 45 eingebracht, durch die die Anschlusspins 39 und 41 ragen, welche jeweils mit dem Drahtanschluss der Wicklung 7 bzw. 15 verbunden sind, welche bei Erregung ein Spannungspotenzial aufweisen. Die Anschlusspins 39 und 41 ragen ohne Kontakt zu der Endplatte 38 durch die Ausnehmungen 44 und 45 hindurch. Die Anschlusspins 39 und 41 werden von den als Steckhülsen ausgeführten Kontaktaufnahmen 29 und 31 des Diodenträgers 28 umgriffen und liegen auf elektrischem Kontakt zu den Kontaktaufnahmen.
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Ein weiterer Anschlusspin 40 ist auf die Außenseite der Endplatte 38 aufgesetzt und elektrisch mit dieser verbunden. Der Anschlusspin 40, welcher in der mittleren Kontaktaufnahme 30 des Diodenträgers 28 einragt, steht über die Endplatte 38 in elektrischem Kontakt mit Drahtanschlüssen 42 und 43, welche jeweils einer Wicklung 7 bzw. 15 zugeordnet sind und auf Masse gelegt sind. Die Drahtanschlüsse 42 und 43 sind durch die randseitig offene Ausnehmung 46 in der Endplatte 38 hindurchgeführt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist der Diodenträger 28 im Schalterdeckel 34 in gleicher Weise aufgebaut wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4. Es ist jedoch keine Dualdiode vorgesehen, sondern zwei Einzeldioden 27a und 27b, von denen die erste Diode 27a zwischen den Kontaktaufnahmen 29 und 30 und die zweite Diode 27b zwischen den Kontaktaufnahmen 31 und 30 angeordnet ist.
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In den 7 und 8 sind exemplarisch Dualdioden 27 dargestellt, welche mit dem Diodenträger 28 gemäß 3 verbinden werden können. Gemäß 7 besitzt die Dualdiode 27 drei Anschlüsse, die alle an der gleichen Seite am Diodenkörper angeordnet sind, wobei zwei der Anschlüsse den auf Spannung gelegten Wicklungsenden der Wicklungen und ein Anschluss den beiden auf Masse gelegten Wicklungsenden zugeordnet ist.
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Gemäß 8 weist die Dualdiode 27 zwei Anschlüsse an einer Seite sowie einen weiteren Anschluss an der gegenüberliegenden Seite auf, wobei der Einzelanschluss beispielsweise den auf Masse gelegten Wicklungsenden und die beiden parallel an der gegenüberliegenden Seite angeordneten Anschlüsse den beiden auf Spannung gelegten Wicklungsenden der Wicklungen zugeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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