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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf beheizbare Karosserieelemente für Fahrzeuge, wobei die Karosserieelemente aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sind, und deren Verwendung sowohl an Fahrzeugen als auch an autonom fahrenden Fahrzeugen.
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Stand der Technik
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DE 10 2012 212 798 A1 bezieht sich auf ein Heizelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie auf die Verwendung des Heizelementes. Das Heizelement umfasst mindestens einen thermoelektrischen Heizkörper, wobei der Heizkörper zumindest teilweise mit einem Leitmaterial gebildet ist und der Heizkörper über mindestens zwei Leiterbahnen mit elektrischer Energie versorgt ist. Die Leiterbahnen werden mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere durch Plasmaspritzen gemäß DIN 659 ausgeführt. Infolge der thermisch aufgespritzten Leiterbahnen ergibt sich eine gute elektrische Anbindung der Leiterbahnen an die leitfähigen Partikel innerhalb der Matrix des Leitmaterials des Heizkörpers. Ferner ergibt sich eine mechanisch belastbare Anwendung der Leiterbahnen an den Heizkörper. Dem Heizkörper kann eine Vielzahl von dreidimensionalen Formen verliehen werden, so dass sich für das Heizelement eine Vielzahl von Anwendungen ergibt. So kann der Heizkörper beispielsweise die Gestalt einer rohrartigen Fluidleitung haben, so dass das Heizelement neben seiner eigentlichen Heizfunktion zugleich auch andere konstruktiv vorgesehene Aufgaben erfüllen kann. Aufgrund dieser Funktionsintegration beziehungsweise Mehrfachfunktionalität ergeben sich beim Einsatz des erfindungsgemäßen Heizelementes signifikante konstruktive Vereinfachungen und Optimierungsmöglichkeiten, die ein beträchtliches Kosteneinsparungspotential in sich bergen.
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DE 10 2012 215 185 A1 bezieht sich auf ein Heizelement. Das Heizelement besteht wenigstens teilweise aus elektrisch leitfähigem spritzgegossenem Kunststoff und ist mit wenigstens einem metallischen Kontaktelement elektrisch verbunden. Um die elektrische Verbindung zwischen dem metallischen Kontaktelement und dem elektrisch leitfähigen Kunststoff zu optimieren, insbesondere, um den elektrischen Übergangswiderstand dauerhaft gering zu halten, ist vorgesehen, dass das metallische Kontaktelement wenigstens bereichsweise von dem Heizelement umspritzt und somit zumindest teilweise umschlossen ist und dass die Oberfläche des metallischen Kontaktelementes eine Struktur aufweist. Das Heizelement kann dabei in einer Heizeinrichtung mit einem Gehäuse aus elektrisch nicht leitfähigem, jedoch thermisch gut leitfähigem Material angeordnet sein und elektrische Kontaktpins aufweisen.
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CN 201590912 U offenbart transparente Kunststofffolien, die mit einer elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet werden können, die als Heizelement genutzt werden kann. Es werden Kontaktierungen, wie zum Beispiel aufgeklebte Metallstreifen vorgeschlagen.
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WO 2019/015886 A1 bezieht sich auf ein Heizelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes. Das Heizelement umfasst einen Heizkörper, der aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gefertigt ist. Das Heizelement umfasst wenigstens zwei elektrisch leitfähige Leiterbahnen, die beabstandet voneinander in und/oder an dem Heizkörper angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass der Heizkörper vernetzt, insbesondere strahlenvernetzt oder chemisch vernetzt, ausgeführt ist.
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Heizelemente können aus elektrisch leitfähigen Kunststoffen hergestellt werden. Den üblicherweise nicht-leitfähigen Kunststoffen werden hierzu elektrisch leitfähige Partikel beigemischt. Sind ausreichend elektrisch leitfähige Partikel im Kunststoff enthalten, so wird die Perkolationsschwelle, ab der elektrische Leitfähigkeit eintritt, überschritten und der mit den elektrisch leitfähigen Partikeln gefüllte Kunststoff erreicht spezifische elektrische Widerstände, die kleiner als 100 Ohm-cm sind. Die Kunststoffe können zum Beispiel durch Extrusion oder Spritzgießen oder beispielsweise durch thermisches Spritzen, Auftragen von Leitklebern oder durch vorheriges Einlegen von Stanzgittern elektrisch kontaktiert werden. Durch einen auf den elektrisch leitfähigen Kunststoff aufgebrachten isolierenden Kunststoff kann das Heizelement nach außen elektrisch isoliert werden. Die durch Füllstoffe leitfähig gewordenen Kunststoffe sind jedoch nicht transparent, so dass eine Objekterkennung mit Hilfe von Kameras, beispielsweise für autonom fahrende Fahrzeuge, ausgeschlossen ist.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Karosserieelement vorgeschlagen, in welches mindestens ein Sensor integriert ist oder welches mindestens einen Sensor überdeckt, und das Karosserieelement aus einem transparenten Kunststoff gefertigt und beheizt ist.
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Sind die Karosserieelemente aus einem transparenten Kunststoffmaterial gefertigt, so sind sie durchlässig für emittierte und empfangene Strahlung, die entweder auf in das Karosserieelement integrierte Sensoren oder auf vom Karosserieelement überdeckte Sensoren fällt. Dies ist insbesondere für autonom fahrende Fahrzeuge, die anhand von Sensorsignalen fahren, von großer Bedeutung.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist das Karosserieelement aus einem transparenten Kunststoff, wie beispielsweise COC (Cycloolefinisches Copolymer), PES (Polyethylensulfon), PET (Polyethylenterephthalat), PMMA (Polymethylmethacrylat), PA (Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) oder PC (Polycarbonat) gefertigt. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelement ist eine Seite des Karosserieelementes mit einer Beschichtung, insbesondere mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen. Durch diese Beschichtung des Karosserieelementes ist dessen Beheizung möglich. So kann gewährleistet werden, dass dieses bei Eis und Schnee transparent bleibt sowie ein Beschlagen, beispielsweise bei Tunneleinfahrten, verhindert wird.
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Die Beschichtung enthält beispielsweise leitfähige Oxide wie z.B. Indium-Titan-Oxid (ITO) oder metallische Nanopartikel und bildet eine elektrisch leitfähige Schicht auf dem aus transparentem Kunststoff gefertigten Karosserieteil. Die Beschichtung lässt sich beispielsweise durch Aufsputtern erzeugen.
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Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die beispielsweise aufgesputterte elektrisch leitfähige Beschichtung auf einer Seite des Karosserieelementes mittels mindestens einer Kontaktierung elektrisch kontaktiert. Beispielsweise kann die mindestens eine Kontaktierung der Beschichtung durch eine thermisch aufgespritzte Leiterbahn erzeugt werden. Aufgeschmolzene Metallpartikel dringen in Oberflächenrauigkeiten der Beschichtung ein und sorgen dadurch für einen sehr geringen Übergangswiderstand. Die mindestens eine erste Kontaktierung ist formschlüssig mit der Beschichtung verbunden und daher abriebfest.
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Die mindestens eine Kontaktierung, vorzugsweise ausgebildet als eine Leiterbahn, kann als Schichtaufbau realisiert werden, bei dem, beispielsweise als Korrosionsschutz, einzelne Schichten aus Kupfer oder aus Zinn aufgebracht werden.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung weiter folgend, ist das Karosserieelement beispielsweise als Scheinwerferglas, als Scheinwerfergehäuse, als Kotflügel, als Heckklappe, als Dachsäule, als Dachaufbau, als Stoßfänger, als Tür oder Teilbereiche selbiger Karosserieelemente, aus einem transparenten Kunststoffmaterial gefertigt. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Karosserieelementes in einem autonom fahrenden Fahrzeug mit einer Strahlungsquelle zur Detektion von Objekten. Da die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelemente aus einem transparenten Kunststoff gefertigt sind, sind sie für von einer Strahlungsquelle, beispielsweise einer Kamera oder einem Laser, emittierte Strahlung durchlässig, so dass sich vor dem Karosserieelement befindliche Objekte erkennen lassen. Die Objekte senden reflektierte Strahlung durch das Karosserieelement aus transparentem Kunststoffmaterial zurück, welche auf einen entweder in das erfindungsgemäß vorgeschlagene Karosserieelement integrierten Sensor trifft oder auf einen von dem Karosserieelement aus transparentem Material überdeckten Sensor.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung besteht die Möglichkeit, Karosserieelemente, wie beispielsweise Scheinwerferfrontseiten, Scheinwerfergehäuse, Kotflügel, Heckklappe, Dachsäule, Dachaufbau, Stoßfänger, Türen oder Teilbereiche selbiger oder dergleichen, aus einem transparenten Kunststoffmaterial zu fertigen. In diese Karosserieelemente sind entweder Sensoren direkt integriert oder die aus transparentem Kunststoffmaterial gefertigten Karosserieelemente überdecken Sensoren, die anderweitig an der Karosserie des Fahrzeugs verbaut sind. Von einer Strahlungsquelle, einer Kamera oder einem Laser, emittierte Strahlung kann demzufolge die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelemente passieren, von sich vor diesen befindenden Objekten als reflektierte Strahlung zurück an die Sensoren leiten, so dass beispielsweise die Umgebung autonom fahrender Fahrzeuge mittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelemente durch die entsprechende Sensorik erfasst werden kann.
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Die Heizung der Karosserieelemente aus transparentem Kunststoff erfolgt über eine Beschichtung, die beispielsweise leitfähige Oxide wie z.B. Indium-Titan-Oxid oder metallische Nanopartikel enthält. Die Beschichtung bildet eine leitfähige Schicht auf den Karosserieelementen aus transparentem Kunststoff und kann beispielsweise durch Sputtern erzeugt werden, so dass die Transparenz des transparenten Kunststoffmaterials erhalten bleibt. Um diese auf das Karosserieelement aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung robust zu kontaktieren, wird auf dieser, beispielsweise durch thermisches Spritzen, eine Kontaktierung aufgebracht. Diese kann beispielsweise als eine sich senkrecht oder waagerecht erstreckende Leiterbahn ausgeführt werden. Die Kontaktierung, vorzugsweise aus geschmolzenem metallischem Material, wird beispielsweise thermisch gespritzt, so dass die auf die Beschichtung aufgespritzten Metallpartikel in die Oberflächenrauigkeiten der Beschichtung eindringen und dort für einen geringen Übergangswiderstand sorgen. Dadurch ist in vorteilhafter Weise die aufgespritzte Leiterbahn formschlüssig mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung verbunden, wodurch die Abriebfestigkeit enorm verbessert wird.
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Für die Ausführung der mindestens einen Kontaktierung der Beschichtung können auf dem Wege des thermischen Spritzens beliebige Metalle, auch in mehreren Schichten, als Schichtaufbau verwendet werden, so dass eine Korrosionsbeständigkeit erreicht werden kann. Der Schichtaufbau kann beispielsweise im Hinblick auf eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit Kupfer oder Zinn oder weitere Metalle enthalten.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Karosserieelement wird beispielsweise aus transparenten Kunststoffen, wie COC (Cycloolefinisches Copolymer), PES (Polyethylensulfon), PET (Polyethylenterephthalat), PMMA (Polymethylmethacrylat), PA (Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) oder PC (Polycarbonat) gefertigt. Das transparente Kunststoffmaterial kann durch Spritzgießen oder durch Extrusion in die für das Karosserieelement notwendige Form gebracht werden. Ist der transparente Kunststoff mit einer bestimmten Schichtdicke aufgetragen, wird ein steifes Formteil als Karosserieelement erzeugt. Dies bietet erhebliche Vorteile hinsichtlich der Steifigkeit und hinsichtlich der Dauerhaftigkeit der aufgebrachten Beschichtung wie auch deren Kontaktierung. Es werden erhebliche Lebensdauervorteile im Vergleich zu dünnen flexiblen Folien erreicht, die zum Brechen neigen, so dass die elektrische Verbindung unterbrochen wird und die Heizwirkung allenfalls punktuell erhalten bleibt.
Weiterführende elektrische Verbindungen können auf der gespritzten Leiterbahn durch Kleben, Löten oder Schweißen aufgebracht werden.
Zudem kann ein in oder auf dem Kunststoff angebrachter metallischer Leiter mit der aufgespritzten Leiterbahn überfahren werden, so dass eine direkte Kontaktierung des Leiters erfolgt.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Karosserieelement in der Ansicht von oben,
- 2 eine Seitenansicht des Karosserieelementes und
- 3 das zwischen einer Strahlungsquelle und einem Objekt angeordnete erfindungsgemäße Karosserieelement versehen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung und Kontaktierungen, die als Leiterbahnen ausgeführt sind.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine Ansicht von oben eines Karosserieelementes 10. Bei diesem kann es sich beispielsweise um ein Scheinwerferfrontglas, um ein Scheinwerfergehäuse, einen Kotflügel, eine Heckklappe, eine Dachsäule, einen Dachaufbau, einen Stoßfänger, eine Tür oder einen Teilbereich selbiger handeln. Wie aus 1 hervorgeht, sind in das erfindungsgemäße Karosserieelement 10 entweder mindestens ein integrierter Sensor 38 eingebaut, oder das Karosserieelement 10 überdeckt einen Sensor 40, der in einem in 1 nicht näher dargestellten Teil einer Fahrzeugkarosserie, beispielsweise einer Karosserie eines autonom fahrenden Fahrzeugs, angeordnet ist.
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Das in 1 in einer Ansicht von oben dargestellte Karosserieelement 10 wird aus einem transparenten Kunststoff gefertigt. Bei dem transparenten Kunststoff kann es sich beispielsweise um COC (Cycloolefinisches Copolymer), PES (Polyethylensulfon), PET (Polyethylenterephthalat), PMMA (Polymethylmethacrylat), PA (Polyamid), PVC (Polyvinylchlorid) oder PC (Polycarbonat) handeln.
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Das transparente Kunststoffmaterial 12 wird beispielsweise auf dem Wege des Spritzgießens oder der Extrusion in die für das jeweilige Karosserieelement 10 notwendige Form gebracht. Durch die Verwendung eines transparenten Kunststoffmaterials wird ein steifes Formteil erhalten, was als Karosserieelement 10 eingesetzt werden kann.
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Aus der Ansicht von oben gemäß 1 geht hervor, dass das Karosserieelement 10 eine erste Seite 14 und eine zweite Seite 16 aufweist. Auf der ersten Seite 14 ist eine Beschichtung 18 aufgebracht, bei der es sich vorzugsweise um eine elektrisch leitfähige Schicht 20 handelt, mit der die erste Seite 14 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelementes 10 beheizt werden kann. Die Beschichtung 18 bildet eine elektrisch leitfähige Schicht 20, die beispielsweise leitfähige Oxide wie z.B. Indium-Titan-Oxid oder metallische Nanopartikel enthält, und die auf die erste Seite 14 des transparenten Kunststoffs 12 auf dem Wege des Sputterns aufgebracht wird, so dass die Eigenschaften des transparenten Kunststoffes 12 des Karosserieelementes 10 beibehalten werden. Die Beschichtung 18, die die elektrisch leitfähige Schicht 20 bildet, weist eine Oberflächenrauigkeit 22 (rz) auf, welche eine elektrische Kontaktierung durch die erste Kontaktierung 24 und die zweite Kontaktierung 26 begünstigt.
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2 zeigt die Draufsicht auf die erste Seite 14 des Karosserieelementes 10. Die erste elektrische Kontaktierung 24 sowie die zweite elektrische Kontaktierung 26 sind beispielsweise in Form von Leiterbahnen 42 auf dem Wege des thermischen Spritzens auf die Beschichtung 18, die die elektrisch leitfähige Schicht 20 bildet, aufgebracht. Die aufgespritzten Metallpartikeln dringen in die Oberflächenrauigkeiten 22 der Beschichtung 18 ein und sorgen für einen geringen Übergangswiderstand zwischen dem Material der Beschichtung 18 und der ersten Kontaktierung 24 bzw. der zweiten Kontaktierung 26. Durch das Eindringen der aufgespritzten Metallpartikeln in das Material der Beschichtung 18 wird eine formschlüssige Verbindung erzeugt, so dass die aufgespritzte Leiterbahn 42, d. h. die erste Kontaktierung 24 bzw. die zweite Kontaktierung 26, ausreichend Abriebfestigkeit aufweisen.
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Zur Ausbildung der hier in 2 in der Seitenansicht dargestellten Kontaktierungen 24 bzw. 26 können auf dem Wege des thermischen Spritzens beliebige Metalle auch als Schichtaufbau 28 mit mehreren Schichten verwendet werden. So kann beispielsweise durch einen Schichtaufbau 28, der die Korrosionsbeständigkeit verbessert, eine oder mehrere Lagen von Kupfer oder Zinn ausgebildet werden.
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Durch die Steifigkeit, welche dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelement 10 innewohnt, hält sowohl die Beschichtung 18 als auch die als Leiterbahn 42 ausgebildete erste Kontaktierung 24 sowie die zweite Kontaktierung 26. Es wird eine erhebliche Verbesserung der Lebensdauer der Kontaktierungen 24 bzw. 26 im Vergleich zu dünnen flexiblen Folien erreicht, die aufgrund ihrer geringen Schichtstärke zum Brechen neigen, so dass die elektrische Verbindung unterbrochen ist.
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3 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelementes 10.
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Aus 3 geht in schematischer Weise hervor, dass an einem Fahrzeug insbesondere einem autonom fahrenden Fahrzeug eine Strahlungsquelle 30, beispielsweise eine Kamera oder ein Laser, angeordnet ist. Eine emittierte Strahlung 32 der Strahlungsquelle 30 durchdringt sowohl die Beschichtung 18 als auch das Karosserieelement 10, welches aus dem transparenten Kunststoff 12 gefertigt ist. Ein sich vor dem Karosserieelement 10 befindendes Objekt 34 sendet reflektierte Strahlung 36 zurück, die durch das Karosserieelement 10 aus transparentem Kunststoff 12 hindurchtritt und wieder an die Strahlungsquelle 30 gelangt. Gleiches gilt für den im Zusammenhang mit 1 dargestellten, in das Karosserieelement 10 aus transparentem Kunststoff 12 integrierten Sensor 38 oder für einen von dem Karosserieelement 10 überdeckten Sensor 40, wie ebenfalls in 1 angedeutet.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karosserieelemente 10 können mit Hilfe von Strahlungsquellen 30, insbesondere Kamera oder Laser, Objekte 34 erkannt werden, die insbesondere für die Ermittlung der Umgebung beim Fahren von autonom fahrenden Fahrzeugen von großer Bedeutung sind, und die in Lenk- bzw. Fahrbefehle solcher Fahrzeuge umgewandelt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212798 A1 [0002]
- DE 102012215185 A1 [0003]
- CN 201590912 U [0004]
- WO 2019/015886 A1 [0005]
