WO2014026297A1 - Verfahren zur überwachung der kantenposition von zwei platinen und eine anwendung des verfahrens - Google Patents
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
- B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
Definitions
- the present invention relates to a method for
- the preamble of claim 1 in particular a method for monitoring the gap width of two boards to be positioned close to each other and an application of the
- the boards are in pairs, usually without edge preparation pushed together in stub layer and fixed by a clamping device, with a
- the boards can be further treated to reduce the butt joint to an acceptable level, as for example in the patent EPO 0 565 846
- Patent EP 0 450 349 A1 discloses an expensive process, however, which by means of cooling in the region of the weld immediately behind the welding focus
- Device includes a rotating tool, preferably a grinding tool or a milling cutter to accomplish the desired chamfer of the welding edge.
- the present invention is therefore the task
- the invention presented here allows the simple and cost-effective industrial production of welded blanks in a manual or automated process, which does not have the disadvantages described above.
- two blanks are pushed against each other on the longitudinal seam. Subsequently, by means of a strong
- Projection surface projected wherein the light beam in the board plane has a diameter of about 1 mm.
- On the projection surface of the plate gap is shown on a surface with a diameter of about 30 mm.
- a gap of 0.1 mm is shown to an operator as a light strip of about 3 mm.
- Fig. 1 shows an inventive arrangement for positioning two boards in a part of a
- Fig. 2 shows a further inventive arrangement for
- Fig. 3 shows a first arrangement of a board positioning system with two non-positioned boards for a
- FIG. 4 shows a second arrangement of a board positioning system with two non-positioned boards for a
- Fig. 5 is a further schematic representation of the second
- Fig. 6 is a still further schematic representation of the second arrangement of a board positioning system with two positioned boards for a method according to the invention in a schematic representation and
- Fig. 7 shows a still further arrangement of a board positioning system with two positioned Blanks for a process according to the invention in a schematic representation.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a part of a welding system 10, which may be so constructed, but does not have to be exclusive. In Fig. 1, only the essential parts relating to this invention are shown.
- the two boards 1,2 are placed in the insertion direction 3,4 on a receiving table 15 either manually or by a robot, wherein the two boards are separated by the gap 20.
- the width B of the gap 20 is monitored. If the width B between the two boards has reached a maximum allowable for the welding process, either the two boards to a stationary welding station, not shown, out
- Welding station will be welded along the
- FIG. 2 again shows a schematic representation of a
- the two boards 1,2 are manually placed manually by the at least one operator 11,14 on the receiving table 15, wherein the at least one operator 11,14 from the workstation 9 by means of the position monitoring unit 5 the distance B of the two Board 1.2 on the translucent projection surfaces 13,13 'by visual inspection 12,12 ⁇ optically monitor.
- Fig. 3 shows in a first arrangement a
- Fig. 4 shows in a second arrangement a
- a laser source emits a light beam
- PCB 1.2 in the region of the wide gap 20 penetrates and as a projection image 1.1 two in the form in
- Fig. 5 shows in a second arrangement a
- Position monitoring unit 5 with a positioned board 1 and a non-positioned board 2.
- the light source 18, preferably a laser source emits a light beam 17 which is focused in the lens 19 and the two boards 1 2 in the area from the wide gap 20 penetrates and as a projection image 8.7 ⁇ one in the form substantially semi-oval light pattern 27 'and a strip-shaped light pattern 25 on the two
- Fig. 6 shows in a second arrangement a
- Fig. 7 shows in a still further arrangement a
- Position monitoring unit 5 with two positioned
- the light source 18 preferably a laser source, emits a light beam 17 which is focused in the lens 19 and the two positioned along the sheet edge
- Projection surface 16 generates a projection image 6, which corresponds to the shape of an elliptical light pattern 28 and the downstream available as optional diffuser 23rd changed and detected by a photodiode 22.
- the information detected by the brightness sensor 21 is interpreted as an image of the narrow gap 20 and is transmitted to an evaluation unit 30 for evaluating the board position and also for determining the gap profile.
- this information can also be used to influence the welding process, for example, to control the amount of additional wire needed or to position the laser correctly over the gap.
- inventive method does not necessarily require a brightness sensor 21 but rather also another sensor can be used.
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Description
Verfahren zur Überwachung der Kantenposition von zwei Platinen und eine Anwendung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Überwachung der Kantenposition von Platinen nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere ein Verfahren zur Überwachung der Spaltbreite von zwei nahe aneinander zu positionierenden Platinen sowie eine Anwendung des
Verfahrens .
Zum Verbinden von zwei Platinen, insbesondere bei der
Herstellung von Karosserieteilen im Automobilbau werden verschiedene Schweissverfahren angewendet. Erwähnenswert dazu ist insbesondere das Laserschweissen, wo Blechteile in Stumpfläge zu Tailored Blanks verschweisst werden. Andere Schweissverfahren liegen aber auch im Bereich der
Erfindung. Die Platinen werden paarweise, in der Regel ohne Kantenvorbereitung, in Stumpflage aneinander geschoben und durch eine Klemmvorrichtung fixiert, wobei eine
Kraftwirkung auf die Werkstücke ausgeübt wird.
Anschliessend können die Platinen weiterbehandelt werden um die Stossfuge auf ein zulässiges Mass zu reduzieren, wie beispielsweise in der Patentschrift EPA 0 565 846
beschrieben.
Um Platinen möglichst ohne Zusatzmaterial mittels eines Laserstrahles verschweissen zu können, ist es erforderlich, die Stosskanten der Platinen möglichst eng
zusammenzubringen, so dass unter Berücksichtigung der durch das Schneiden der Werkstücke an den Stosskanten entstehende
Welligkeit die maximale Spaltbreite von 0.1 mm nicht überschritten wird. Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentschrift DE 3723611 AI beschrieben. Sofern die Spaltbreite grösser ist, reicht das von den Stosskanten durch den Schweissprozess zur Verfügung gestellte Material nicht aus, um den Spalt beim Schweissen ohne Zusatzmaterial zu füllen. Beim Schweissen von Bändern hat sich gezeigt, dass es schwierig ist, den Spalt der Stosskanten so klein zu halten, da beim Schweissen Wärmespannungen im zu
schweissenden Material entstehen, womit der Spalt trotz Einspannung zwischen Rollen breiter werden kann. Die
Patentschrift EP 0 450 349 AI offenbart ein allerdings aufwendiges Verfahren, das mittels Kühlung im Bereich der Schweissnaht unmittelbar hinter dem Schweissfokus
gewährleistet, dass die Spaltbreite innerhalb vorgegebener Toleranzwerte bleibt.
Bekannt sind auch Verfahren, welche den in der Praxis nur mit hohem Aufwand zu bewerkstelligenden Spaltschliessungs- prozess dadurch umgehen, dass ein teures optisches
Nahttrackingsystem mit aufwändiger Bildverarbeitung
eingesetzt wird, um die Menge des zur Spaltschliessung benötigten Zusatzdrahtes optimal steuern zu können. Siehe dazu beispielsweise das in der Patentschrift DE 10 2008 047 140 AI beschriebene Verfahren.
Wichtige Kriterien bei solchen Verfahren sind einerseits die Qualität der Schweissnaht und anderseits der zu
betreibende elektromechanische Aufwand für die
Ausgestaltung der Anlage, um Platinen miteinander verschweissen zu können.
Andere Patentschriften beschreiben Verfahren zur Gestaltung der Schweisskanten von durch Laserstrahlen miteinander zu verbindenden Blechen, damit der Laserstrahl stets auf
Blechmaterial trifft. So beschreibt beispielsweise die Patentschrift DE 196 03 894 AI ein Verfahren um die
miteinander zu verbindenden Schweisskanten der Bleche unter einem Winkel zur Blechebene derart abzuschrägen, dass die zum Stumpfstoss zusammengelegten Schweisskanten sich im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Zur
Vorrichtung gehört ein rotierendes Werkzeug, vorzugsweise ein Schleifwerkzeug oder ein Fräser, um die gewünschte Abschrägung der Schweisskante zu bewerkstelligen. Nebst dem beträchtlichen apparativen Aufwand für die
Kantenbearbeitung können auch Schmutzpartikel die
Funktionsfähigkeit der Anlage erheblich beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu
Grunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Nachteile eliminiert sind.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die hier vorgestellte Erfindung ermöglicht die einfache und kostengünstige industrielle Herstellung von verschweissten Platinen in einem manuellen oder automatisierten Verfahren, das die vorgehend beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
In einem dem eigentlichen Schweissprozess vorgelagerten Prozess werden zwei Platinen an der Längsnaht aneinander geschoben. Anschliessend wird mittels einer starken
Lichtquelle ein Abbild des Spaltes auf eine
Projektionsfläche projiziert, wobei der Lichtstrahl in der Platinenebene einen Durchmesser von etwa 1 mm aufweist. Auf der Projektionsfläche wird der Blechspalt auf einer Fläche mit einem Durchmesser von etwa 30 mm dargestellt. Somit wird ein Spalt von 0.1 mm einem Operator als Leuchtstreifen von etwa 3 mm dargestellt. Durch das Verwenden einer lichtdurchlässigen Projektionsfläche in einem Winkel von vorzugsweise 45 Grad kann das Abbildungsverhältnis
zusätzlich vergrössert werden. Mit dieser Erfindung
entfällt insbesondere ein aufwändiges System für die
Nahtgeometrie-Verfolgung und die Nahtqualitätsmessung, wodurch deshalb vorteilhafterweise insgesamt eine
einfachere Anlage eingesetzt werden kann und auch geringere Wartungs- und Unterhaltskosten für den Betreiber der
Gesamtanlage entstehen.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erfinderische Anordnung zum Positionieren von zwei Platinen in einem Teil einer
Schweissanlage in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine weitere erfinderische Anordnung zum
Positionieren von zwei Platinen in einem Teil
einer Schweissanlage wiederum in schematischer Darstellung,
Fig. 3 eine erste Anordnung eines Platinen- Positionierungssystems mit zwei nicht- positionierten Platinen für ein
erfindungsgemässes Verfahren in schematischer Darstellung, Fig. 4 eine zweite Anordnung eines Platinen- Positionierungssystems mit zwei nicht- positionierten Platinen für ein
erfindungsgemässes Verfahren in schematischer Darstellung,
Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung der zweiten
Anordnung eines Platinen-Positionierungssystems mit einer positionierten Platine und einer nicht- positionierten Platine für ein erfindungsgemässes Verfahren,
Fig. 6 eine noch weitere schematische Darstellung der zweiten Anordnung eines Platinen- Positionierungssystems mit zwei positionierten Platinen für ein erfindungsgemässes Verfahren in schematischer Darstellung und
Fig. 7 eine noch weitere Anordnung eines Platinen- Positionierungssystems mit zwei positionierten
Platinen für ein erfindungsgemässes Verfahren in schematischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Teil einer Schweissanlage 10, die so aufgebaut sein kann, aber nicht ausschliesslich sein muss. In Fig. 1 sind nur die in Bezug auf diese Erfindung wesentlichen Teile dargestellt. Die zwei Platinen 1,2 werden in Einschubrichtung 3,4 auf einem Aufnahmetisch 15 entweder manuell oder durch einen Roboter platziert, wobei die beiden Platinen durch den Spalt 20 voneinander getrennt sind. Mittels der
Positionsüberwachungseinheit 5 mit der Lichtquelle 18 und dem Strahlenempfänger 24 wird die Breite B des Spaltes 20 überwacht. Wenn die Breite B zwischen den beiden Platinen einen für den Schweissvorgang maximal zulässigen Wert erreicht hat, werden entweder die beiden Platinen zu einer nicht dargestellten ortsfesten Schweissstation hin
transportiert oder eine nicht gezeigte fahrbare
Schweissstation wird entlang der zu verschweissenden
Platinen geführt und die Platinen werden mit Hilfe einer nicht dargestellten Schweissvorrichtung miteinander verschweisst . Fig. 2 zeigt wiederum in schematischer Darstellung einen
Teil einer Schweissanlage 10. Die zwei Platinen 1,2 werden manuell durch den mindestens einen Operator 11,14 auf dem Aufnahmetisch 15 manuell platziert, wobei der mindestens eine Operator 11,14 vom Arbeitsplatz 9 aus mittels der Positionsüberwachungseinheit 5 den Abstand B der beiden
Platinen 1,2 auf den lichtdurchlässigen Projektionsflächen 13,13' durch Sichtkontrolle 12,12Λ optisch überwachen kann.
Fig. 3 zeigt in einer ersten Anordnung eine
Positionsüber achungseinheit 5 mit zwei Platinen 1,2. Die Lichtquelle 18, vorzugsweise eine Laserquelle, emittiert einen Lichtstrahl 17 der in der Linse 19 fokussiert wird und die beiden in dieser Figur nicht-positionierten
Platinen 1,2 im Bereich des breiten Spaltes 20 durchdringt und als Projektionsbild 6 ein in der Form im Wesentlichen kreisrundes Lichtmuster 26 auf die ebene Projektionsfläche
16 projiziert.
Fig. 4 zeigt in einer zweiten Anordnung eine
Positionsüberwachungseinheit 5 mit zwei nicht- positionierten Platinen 1,2. Die Lichtquelle 18,
vorzugsweise eine Laserquelle, emittiert einen Lichtstrahl
17 der in der Linse 19 fokussiert wird und die beiden
Platinen 1,2 im Bereich des breiten Spaltes 20 durchdringt und als Projektionsbild 1,1 zwei in der Form im
Wesentlichen halbovale Lichtmuster 27,27' auf die beiden lichtdurchlässigen Projektionsflächen 13,13Λ projiziert.
Fig. 5 zeigt in einer zweiten Anordnung eine
Positionsüberwachungseinheit 5 mit einer positionierten Platine 1 und einer nicht-positionierten Platine 2. Die Lichtquelle 18, vorzugsweise eine Laserquelle, emittiert einen Lichtstrahl 17 der in der Linse 19 fokussiert wird und die beiden Platinen 1 2 im Bereich vom breiten Spalt 20 durchdringt und als Projektionsbild 8,7Λ ein in der Form
im Wesentlichen halbovales Lichtmuster 27 ' und ein in der Form streifenförmiges Lichtmuster 25 auf die beiden
lichtdurchlässigen Projektionsflächen 13,13' projiziert, wobei die beiden lichtdurchlässigen Projektionsflächen 13,13' vorzugsweise in einem Winkel von 45 Grad zueinander stehen.
Fig. 6 zeigt in einer zweiten Anordnung eine
Positionsüberwachungseinheit 5 mit zwei positionierten Platinen l',2', die in der Platinenebene durch einen engen Spalt 20' der Breite B' voneinander getrennt sind. Die Lichtquelle 18, vorzugsweise eine Laserquelle, emittiert einen Lichtstrahl 17 der in der Linse 19 fokussiert wird und die beiden Platinen l',2' im Bereich vom engen Spalt 20' durchdringt und als Projektionsbild 8,8' zwei in der Form streifenförmige Lichtmuster 25,25' auf die beiden lichtdurchlässigen Projektionsflächen 13,13' projiziert.
Fig. 7 zeigt in einer noch weiteren Anordnung eine
Positionsüberwachungseinheit 5 mit zwei positionierten
Platinen l',2', die in der Platinenebene durch einen engen Spalt 20' der Breite B' voneinander getrennt sind. Die Lichtquelle 18, vorzugsweise eine Laserquelle, emittiert einen Lichtstrahl 17 der in der Linse 19 fokussiert wird und die beiden entlang der Blechkante positionierten
Platinen l',2' im Bereich vom engen Spalt 20' durchdringt und im Helligkeitssensor 21 auf der ebenen
Projektionsfläche 16 ein Projektionsbild 6 erzeugt, das der Form eines elliptischen Lichtmusters 28 entspricht und das im nachgeschalteten als Option vorhandenen Diffusor 23
verändert und von einer Fotodiode 22 erfasst wird. Die durch den Helligkeitssensor 21 erfasste Information wird als Abbild des engen Spaltes 20 interpretiert und wird an eine Auswerteeinheit 30 zur Auswertung der Platinenposition sowie auch zur Bestimmung des Spaltverlaufes übertragen. Zusätzlich können diese Angaben auch zur Beeinflussung des Schweissprozesses verwendet werden, beispielsweise um die Menge von benötigtem Zusatzdraht zu steuern oder um den Laser korrekt über dem Spalt zu positionieren.
Es versteht sich, dass das erfinderische Verfahren nicht zwingend einen Helligkeitssensor 21 erfordert sondern vielmehr auch ein anderer Sensor eingesetzt werden kann.
Claims
1. Verfahren zur Überwachung der Kantenposition und zur Überprüfung der Breite (B, B λ ) eines Spaltes (20, 20 λ) zwischen zwei Längskanten von mindestens zwei Platinen (1,2,1 ,2Λ), die nach vorgängig erfolgter Positionierung mittels eines Strahlschweissverfahrens in einer
Schweissanlage (10) miteinander verschweisst werden, mit mindestens einer Positionsüberwachungseinheit (5) , und mittels mindestens einer Lichtquelle (18) und mindestens einem Fokussier-Element, vorzugsweise aber nicht
ausschliesslich einer Linse (19) von solcher
Beschaffenheit, dass der vom Fokussier-Element
gebündelte Lichtstrahl (17) durch den von mindestens zwei Platinen (1,2,1\2Λ) gebildeten Spalt (20, 20 *) auf den mindestens einen Strahlenempfänger (24) auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass nach Positionierung der mindestens zwei Platinen (1λ,2 ) ein enger Spalt (20 ) mit einer Breite (Βλ) von etwa 0.1 mm bis 0.3 mm im
Strahlenempfänger (24) als ein im Vergleich zum engen Spalt (20 ) vergrössertes Spaltabbild (8,8 ) mit einem balkenförmigen Lichtmuster (25,25 ) detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladen der Schweissanlage (10) und die
Positionierung der mindestens zwei Platinen (1,2) durch mindestens einen Operator (11,14) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladen der Schweissanlage (10) und die
Positionierung der mindestens zwei Platinen (1,2) mittels mindestens einem Roboter erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtstrahl (17) mit einem in der Platinenebene gemessenen
Durchmesser von etwa 1 mm auf einer ebenen
Projektionsfläche (16) als Projektionsbild (6) mit einem im Wesentlichen kreisrundes Lichtmuster (26) von etwa 30 mm Durchmesser dargestellt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtstrahl (17) mit einem in der Platinenebene gemessenen
Durchmesser von etwa 1 mm auf den mindestens zwei lichtdurchlässigen Projektionsflächen (13, 13λ), die je in einem Winkel von vorzugsweise 45 Grad zur mindestens einen ebenen Projektionsfläche (16) stehen, als
Proj ektionsbild (7,7 ) mit zwei von der Form her im wesentlichen halbovalen Lichtmuster (27,27Λ) dargestellt werden und ein enger Spalt (20 ) mit einer Breite (Bx) von etwa 0.1 mm bis 0.3 mm dem mindestens einen Operator (11, 14) auf den mindestens zwei lichtdurchlässigen Projektionsflächen (13,13Λ) als Projektionsbild (8,8*) mit zwei balkenförmigen Lichtmuster (25,25 λ) dargestellt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Positionsüberwachungseinheiten (5) ein Abbild der
Schnittkante einer Platine (1,2) darstellen,
beispielsweise ein Bogenschnitt einer Schnittkante.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Positionsüberwachungseinheiten (5) ein Abbild des
Spaltverlaufs zwischen zwei Platinen (1,2) darstellen.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 6 dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Abbild der Schnittkanten von zwei Platinen ( 1 , 2 ) der Schweissnahtanfang detektiert werden kann.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1,2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere aber nicht
ausschliesslich die Höhe, die Form und der Winkel
(12,12λ) der lichtdurchlässigen Projektionsflächen
(13,13Λ) an die Ergonomie des mindestens einen Operator (11,14) anpassbar sind.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (18) eine
Laserquelle ist, vorzugsweise aber nicht ausschliesslich ein roter Laser mit einer Wellenlänge von etwa 635 nm mit einer mittleren relativen spektralen Empfindlichkeit im sichtbaren Bereich des menschlichen Auges von etwa
0.4 und mit einer für die elektrische Auswertung durch den mindestens einen Helligkeitssensor (21) hohen relativen spektralen Empfindlichkeit von etwa 0.8.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Strahlenempfänger (24) als Helligkeitssensor (21) ausgebildet ist und das auf eine ebene Proj ektionsfläch (16) projizierte Spaltabbild (6) von einer Fotodiode (22) detektiert wird und die vom Helligkeitssensor (21) erfassten Daten an eine Auswerteeinheit (30) übertragen werden .
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der ebenen
Projektionsfläche (16) und der Fotodiode (22) ein
Diffusor (23) angeordnet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswertung des Spaltabbildes (6) im nachfolgenden Schweissprozess zur Bestimmung der Korrektur der Position der Schweissvorrichtung oder der Menge von Füllmaterial, beispielsweise von Zusatzdraht, verwendet wird.
14. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung von Tailored Blanks.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| PCT/CH2012/000190 WO2014026297A1 (de) | 2012-08-15 | 2012-08-15 | Verfahren zur überwachung der kantenposition von zwei platinen und eine anwendung des verfahrens |
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| PCT/CH2012/000190 WO2014026297A1 (de) | 2012-08-15 | 2012-08-15 | Verfahren zur überwachung der kantenposition von zwei platinen und eine anwendung des verfahrens |
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|---|---|
| WO2014026297A1 true WO2014026297A1 (de) | 2014-02-20 |
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