DE10026444C2 - Sicherheitsgurtsystem mit einer Messanordnung zur Bestimmung der Gurtbandkraft - Google Patents

Sicherheitsgurtsystem mit einer Messanordnung zur Bestimmung der Gurtbandkraft

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Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsgurtsystem in Kraftfahrzeugen mit einem von einem fahrzeugfest angeordneten Gurtaufroller abwickelbaren und durch eine Schloßzunge bis zu einem fahrzeugfesten Endbeschlag geführten Gurtband.
Insbesondere bei Zusammenwirken eines Sicherheitsgurt­ systems mit einer Airbageinrichtung und/oder mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung ist man darum bemüht, bei angelegtem Sicherheitsgurt die im Gurtband aufgrund einer eingeleiteten Gurtbandkraft herrschende Gurtspannung zu erfassen, um daraus Rückschlüsse für die Ansteuerung der Airbageinrichtung und/oder der Strammvorrichtung zu ziehen. So ist es beispielsweise aus der DE 43 26 198 A1 bekannt, den Gurtaufroller unter Zwischenschaltung einer Lastmeßzelle als Spannungsdetektor zu befestigen. Eine derartige Anordnung externer Meßvorrichtungen ist in ihrer Aussage ungenau und zudem nur mit erheblichem Aufwand zu installieren und zu justieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, eine unmittelbare Messung der im textilen Gurtband wirkenden Gurtbandkraft ohne die Zwischenschaltung externer Meßapparaturen zu ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung macht dabei von einer an sich bekannten Anordnung eines elektrischen Leiters in dem textilen Gurtband Gebrauch, wie sie beispielsweise aus der als nächstliegender Stand der Technik anzusehenden EP 0 830 994 A1 bekannt ist; der bei dem bekannten Sicherheitsgurtsystem in das Gurtband integrierte und an eine elektrische Energiequelle anschließbare elektrische Leiter dient als Antenne und ist insoweit Bestandteil einer dem Diebstahlschutz dienenden Codeerfassungseinheit, indem die im Gurtband angeordnete Antenne ein von einem von der berechtigten Person mitgeführten Codegeber abgesetztes Codesignal aufnimmt und einer Auswerteeinheit übermittelt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Bewegung des Gurtes beispielsweise mit Hilfe eines in das Gurtband eingelassenen Dehnungsmeßstreifens erfaßt wird. Die Ermittlung einer im Gurtband herrschenden Gurtspannung ist mit einer derartigen Anordnung jedoch nicht möglich.
Im einzelnen sieht die Erfindung vor, daß der elektrische Leiter bei abgewickeltem Gurtband an die Energiequelle anschließbar ist, und daß eine Meßeinrichtung zur Erfassung der durch die bei Krafteinwirkung auftretende Dehnung des Gurtbandes hervorgerufenen Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Leiters sowie eine Auswerteeinrichtung zur Umsetzung der von der Meßeinrichtung abgesetzten Meßsignale in die jeweils wirkende Gurtbandkraft vorgesehen sind. Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß der oder die in das Gurtband eingebrachten elektrischen Leiter eine unmittelbare Abgabe von Meßsignalen ermöglichen, die von entsprechend zugeordneten Meßvorrichtungen aufgenommen und in einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung in die jeweils herrschende Gurtbandkraft umgerechnet werden können. Eine derartige Erfassung und Umrechnung von Meßsignalen ist beispielsweise bei dem Einsatz von Dehnungsmeßstreifen im Grundsatz bekannt.
Aus der DE 199 50 552 A1 ist die Anordnung eines elektrischen Zugspannungsschalters insbesondere als Bestandteil des zu dem Sicherheitsgurtsystem gehörigen Gurtschlosses bekannt. Weiterhin sind in der WO 99/29538 in den Gurtbandverlauf eingeschaltete Sensoren beschrieben, bei denen die durch die Gurtspannung hervorgerufene Widerstandsänderung eines elektrischen Leiters zur Erfassung der Gurtbandspannung verwendet wird. Die vorbekannten Maßnahmen sind jedoch aufwendig in ihrer jeweiligen Ausgestaltung und erfordern einen zusätzlichen Aufwand bei der Auslegung und Montage des Sicherheitsgurtsystems.
Schließlich sind in der JP 60-154937 und der JP 63-305057 kapazitive bzw. magnetische Sensoren bekannt, die auf dem Gurtband angeordnet bzw. in das zweilagig ausgebildete Gurtband eingenäht werden, und mittels derer eine Erfassung des Anlagezustandes des Sicherheitsgurtes erfolgt. Die Messung einer Gurtbandkraft ist mit derartigen Sensoren jedoch nicht möglich.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der elektrische Leiter in das Gurtband eingewebt ist. Bei einer derartigen Anordnung müssen die elektrischen Leiter gleiche oder zumindest ähnliche mechanische Eigenschaften besitzen wie der Textilwerkstoff, vorzugsweise einen geringeren E-Modul.
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der elektrische Leiter mit mehreren in Richtung der Längsachse des Gurtbandes verlaufenden Leiterbahnen angeordnet ist; bei diesem Ausführungsbeispiel wird insbesondere die bei Dehnung des Gurtbandes und damit auch des elektrischen Leiters bzw. der einzelnen Leiterbahnen auftretende Änderung des elektrischen Widerstandes im Leiter sensiert.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der elektrische Leiter eine in einem mäanderförmigen Verlauf quer zur Längsachse des Gurtbandes angeordnete Leiterbahnen aufweist. Bei Bestromung eines derartig angeordneten elektrischen Leiters entsteht ein ringförmig ausgebildetes magnetisches Feld um die einzelne Leiterbahn, welches die Leiterschlaufen gegenseitig durchdringt. Aufgrund der bei Dehnung des Gurtbandes unter Krafteinwirkung eintretenden Relativbewegung der einzelnen Leiterschlaufen wird eine Spannung im elektrischen Leiter induziert, und diese Spannungsänderung kann als Widerstandsänderung sensiert werden; es ist aber auch möglich, unmittelbar die Veränderung des Magnetfeldes über beispielsweise Hall-Sensoren zu detektieren und damit unmittelbar die Dehnung des Gurtbandes zu ermitteln.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in dem Gurtband ein in dessen Längsachse verlaufender elektrischer Leiter und ein mäanderförmig quer zur Längsachse des Gurtbandes verlaufender elektrischer Leiter einander überlagernd angeordnet sind und daß zwei Meßeinrichtungen zur Aufnahme der von den beiden Leitern abgegebenen Meßsignale vorgesehen sind. Eine solche Anordnung ermöglicht zusätzlich auch die Bestimmung der Länge des ausgezogenen Gurtbandes bzw. die Bestimmung der Auszugsgeschwindigkeit des Gurtbandes, wie dies nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgesehen ist, indem entweder die Länge des ausgezogenen Gurtbandes über ein Zählen der vorbeigegangenen Schlaufen des elektrischen Leiters erfolgt, wobei dieser Zählvorgang unter Einbeziehung der Zeitachse auch zur Bestimmung der Auszugsgeschwindigkeit herangezogen werden kann.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem Gurtband ein an eine Spannungsversorgung angeschlossener Versorgungsleiter und ein dem Versorgungsleiter getrennt zugeordneter Sensorleiter angeordnet sind, wobei die Meßeinrichtung dem Sensorleiter zugeordnet ist. Hierbei wird an den Versorgungsleiter eine elektrische Spannung gelegt, die ein entsprechendes magnetisches Feld erzeugt. Kommt es nun zu einer Gurtbanddehnung, wird aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Versorgungsleiter und dem Sensorleiter in dem Sensorleiter eine Spannung induziert, die über entsprechend zugeordnete Sensoren sensiert werden kann. Es ist auch denkbar, die Kapazität zwischen dem Versorgungsleiter und dem Sensorleiter zu erfassen, da sich diese Kapazität mit einem bei Dehnung des Gurtbandes anwachsenden Abstand von Versorgungsleiter und Sensorleiter zueinander verringert.
Da bei der Herstellung vorzugsweise die elektrischen Leiterbahnen fortlaufend in das Gurtbandgewebe eingebracht werden, müssen nach dem Ablängen des Gurtbandes die einzelnen Leiterbahnen zur Bildung von geschlossenen Stromkreisen miteinander verbunden werden, und hierzu ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die Verbindung der Leiterbahnen durch auf das Gurtband aufgesetzte Überbrückungsclips vorgenommen ist.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gurtband aus einem aus elektrische Leiteigenschaften aufweisenden Fasern gefertigten Gewebe hergestellt ist.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Energieversorgung des Leiters drahtlos über eine das Gurtband umgreifende elektrische Versorgungsspule erfolgt.
Hinsichtlich der Ausbildung der Meßeinrichtung ist in einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Meßeinrichtung aus einem an einem ortsfesten Befestigungspunkt des Gurtbandes angeordneten Kontakt besteht; derartige Kontakte können insbesondere im Bereich der Befestigung des Gurtbandes an der Welle des Gurtaufrollers wie auch an dem fahrzeugfesten Endbeschlag angeordnet sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht die Meßeinrichtung aus dem Gurtband berührungslos zugeordneten Sensoren, wobei je nach Auslegung und Anordnung der elektrischen Leiter bzw. Leiterbahnen die Sensoren als induktive Sensoren, magnetosensitive Sensoren oder Hall-Sensoren ausgebildet sein können. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Sensoren Kapazitäten erfassen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Dreipunkt-Sicherheitsgurt mit integriertem elektrischen Leiter in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2a einen Gurtbandabschnitt mit einem mäanderförmig angeordneten elektrischen Leiter bei unbelastetem Gurtband,
Fig. 2b den Gegenstand der Fig. 2a bei aufgrund einer einwirkenden Gurtbandkraft gedehntem Gurtband,
Fig. 3a einen Gurtbandabschnitt mit in der Längsachse des Gurtbandes verlaufenden elektrischen Leitern einschließlich der an den End-Befestigungen des Gurtbandes angeordneten Überbrückungsclips,
Fig. 3b den Leiterverlauf gemäß Fig. 3a in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4a, b den Gegenstand der Fig. 3a bzw. 3b in einer anderen Ausführungsform,
Fig. 5 den Gegenstand der Fig. 1 in einer isometrischen Gesamtdarstellung,
Fig. 6 einen Gurtbandabschnitt des in Fig. 5 wiedergegebenen Gurtbandes mit einer schematisierten Zuordnung von Energiequelle und Meßeinrichtung.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Sicherheitsgurtsystem 10 weist einen Gurtaufroller 11 auf, von dem ein erster Gurtabschnitt 12 an der B-Säule (37 in Fig. 5) eines Kraftfahrzeuges bis zu einem Umlenkbeschlag 13 hochgeführt ist und von dort als Schultergurt 14 bis zu einem Gurtschloß 15 verläuft und von hier nach Umlenkung als Beckengurt 16 zu einem fahrzeugfest angebrachten Endbeschlag 17 geführt ist. Mit 18 sind in dem Gurtband angeordnete elektrische Leiter bzw. mit 18a die in parallelem Verlauf angeordneten einzelnen Leiterbahnen angeordnet. Soweit die in das Gurtband 40 fortlaufend eingewebten elektrischen Leiter 18 bzw. Leiterbahnen 18a beim Anlängen des Gurtbandes geschnitten werden, sind an den zugeordneten Enden des Sicherheitsgurtes im Bereich des Gurtaufrollers 11 und des Endbeschlages 17 mit 21 angedeutete Überbrückungsclips vorgesehen, um insoweit geschlossene Strom- bzw. Spannungskreise herzustellen. Mit 31 ist eine zentrale Meß- und Auswerteeinheit angegeben.
In den Fig. 2a und b ist ein erstes Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Anordnung der elektrischen Leiter 18 dargestellt, bei welchem eine erste Leiterbahn 18a in mäanderförmig quer zur Längsachse des Gurtbandes 40 verlaufenden Windungen 20 angeordnet ist, während eine zweite Leiterbahn 18a in einem geradlinigen Verlauf parallel zu einer Kante des Gurtbandes 40 angeordnet ist.
An den jeweiligen Enden des Gurtbandes 40 sind Überbrückungsclips 21 angedeutet, mit denen die beiden einzelnen Leiterbahnen 18a zu einem geschlossenen Kreis zusammenschließbar sind. Soweit in Fig. 2a das unbelastete Gurtband mit einem Abstand d der Windungen 20 zueinander dargestellt ist, kommt es bei Einwirkung einer Gurtbandkraft zu einer Vergrößerung des Abstandes zu d'. Soweit bei Bestromung des elektrischen Leiters 18 ein ringförmig ausgebildetes und die Windungen 20 gegenseitig durchdringendes magnetisches Feld entsteht, wird durch die Relativbewegung der Windungen 20 zueinander bei Dehnung des Gurtbandes eine Spannung in dem elektrischen Leiter 18 induziert, die als Widerstandsveränderung durch Zuordnung entsprechender Sensoren (29, 30 in Fig. 6) sensiert werden kann. Eine weitere Möglichkeit der Auswertung der entsprechenden Meßsignale besteht darin, daß über den Einsatz von beispielsweise Hall-Sensoren die Veränderung des Magnetfeldes unmittelbar detektiert und daraus die eingetretene Dehnung des Gurtbandes abgeleitet wird.
Bei dem in Fig. 3a, b dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der elektrische Leiter 18 aus mehreren parallel zueinander in Längsrichtung des Gurtbandes 40 verlaufenden Leiterbahnen 18a, wobei in Fig. 3a die Bildung von geschlossenen Strom- bzw. Spannungskreisen bei abgelängtem Gurtband 40 erkennbar ist. Nach dem Ablängen des Gurtbandes 40 werden dessen Gurtbandenden 41 in eine Schlaufe 22 gelegt, wobei diese Schlaufe entweder zur Aufnahme des vom Gurtaufroller 11 gehaltenen Gurtbandstiftes 23 oder zur Befestigung an dem Endbeschlag 17 dient; das jeweilige Gurtbandende 41 ist mit dem Gurtband 40 an einer Nahtstelle 24 fest verbunden. Außerhalb der Nahtstelle ist jeweils ein Überbrückungsclip 21 angeordnet, mittels dessen die einzelnen Leiterbahnen 18a zu einem geschlossenen Strom- bzw. Spannungskreis miteinander verbunden sind, wie dies in der schematischen Darstellung gemäß Fig. 3b wiedergegeben ist. Kommt es bei diesem Ausführungsbeispiel zu einer Dehnung des Gurtbandes, so werden die elektrischen Leiterbahnen 18a gelängt, was sich unmittelbar in einer durch zugeordnete Sensoren erfaßbaren Widerstandsänderung niederschlägt.
Bei dem in Fig. 4a, b dargestellten Ausführungsbeispiel ist zunächst ein Versorgungsleiter 25 in mäanderförmigen Windungen 20 in dem Gurtband 40 angeordnet, an welchem eine Spannung angelegt und damit ein magnetisches Feld um den Versorgungsleiter 25 erzeugt ist. Mit einem in der Längsachse des Gurtbandes 40 ausgerichteten Versatz ist parallel zum Versorgungsleiter 25 ein Sensorleiter 26 in gleicher Weise angeordnet, wobei durch die mit der eintretenden Dehnung des Gurtbandes 40 eintretende Veränderung des Abstandes von Versorgungsleiter 25 zu Sensorleiter 26 in dem Sensorleiter 26 eine Spannung indiziert wird, die ebenfalls über zugeordnete Sensoren erfaßbar ist. Alternativ kann die Kapazität zwischen Versorgungsleiter 25 und Sensorleiter 26 erfaßt werden, die sich mit wachsendem Abstand zwischen den beiden Leitern verkleinert und somit als Indikator für die Dehnung des Gurtbandes 40 heranziehbar ist.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt in einer ganzheitlichen Darstellung die Anordnung von Leiterbahnen sowohl in einer Ausrichtung in der Längsachse des Gurtbandes als auch in mäanderförmigen Windungen 20 quer zur Längsachse, wobei sich die beiden Leiterbahnen einander überlagern, wie dies im einzelnen in Fig. 6 dargestellt ist.
Aus Fig. 6 ergibt sich ebenfalls die Zuordnung einer Versorgungsspule 28, welche das Gurtband 40 berührungslos umschließt und drahtlos für die Übertragung der elektrischen Energie sorgt.
Den jeweils einen unterschiedlichen Verlauf aufweisenden Leiterbahnen 18a sind unterschiedliche Sensoren zugeordnet, und zwar zunächst ein Sensor 29, der die Widerstandsänderung bei den in Längsrichtung des Gurtbandes 40 angeordneten Leiterbahnen 18a erfaßt, wie dies in der dem Sensor 29 zugeordneten grafischen Darstellung des Spannungsunterschiedes erkennbar wird.
Ein zweiter Sensor 30 erfaßt das Vorbeilaufen der Windungen 20 der weiteren Leiterbahn 18a, wie dies in der dem Sensor 30 zugeordneten grafischen Darstellung seinen Ausdruck findet, während die der Versorgungsspule 28 zugeordnete grafische Darstellung das Anlegen einer Spannung an den Leiterbahnen 18a Verdeutlicht.
Wie im einzelnen nicht dargestellt, werden die von den Sensoren 29, 30 aufgenommenen Meßsignale einer Auswerteeinrichtung übermittelt, in welcher die Umrechnung der elektrischen Meßsignale in die im Gurtband 40 herrschende Gurtbandkraft erfolgt, wobei die mit den elektrischen Meßsignalen zu ermittelnde Gurtbanddehnung als Indikator für die Gurtbandkraft herangezogen ist.

Claims (17)

1. Sicherheitsgurtsystem in Kraftfahrzeugen mit einem von einem fahrzeugfest angeordneten Gurtaufroller (11) abwickelbaren und durch eine Schloßzunge bis zu einem fahrzeugfesten Endbeschlag (17) geführten Gurtband (40), wobei das Gurtband (40) einen sich über wenigstens einen Teilabschnitt erstreckenden, bei angelegtem, von dem Gurtaufroller (11) abgewickelten Gurtband (40) an eine elektrische Energiequelle (Spule 28) anschließbaren elektrischen Leiter (18; 25, 26) aufweist und wobei eine Meßeinrichtung (29, 30) zur Erfassung der durch die bei Krafteinwirkung auftretende Dehnung des Gurtbandes (40) hervorgerufenen Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Leiters (18) sowie eine Auswerteeinrichtung zur Umsetzung der von der Meßeinrichtung abgesetzten Meßsignale in die jeweils wirkende Gurtbandkraft vorgesehen sind.
2. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (18) in das Gurtband (40) eingewebt ist.
3. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (18) mit mehreren in Richtung der Längsachse des Gurtbandes (40) verlaufenden Leiterbahnen (18a) angeordnet ist.
4. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (18) eine in einem mäanderförmigen Verlauf (Windungen 20) quer zur Längsachse des Gurtbandes (40) angeordnete Leiterbahn (18a) aufweist.
5. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gurtband (40) ein in dessen Längsachse verlaufender elektrischer Leiter (18) und ein mäanderförmig quer zur Längsachse des Gurtbandes verlaufender elektrischer Leiter (18) einander überlagernd angeordnet sind und daß zwei Meßeinrichtungen (29, 30) zur Aufnahme der von den beiden Leitern (18) abgegebenen Meßsignale vorgesehen sind.
6. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gurtband (40) ein an eine Spannungsversorgung angeschlossener Versorgungsleiter (25) und ein dem Versorgungsleiter (25) getrennt zugeordneter Sensorleiter (26) angeordnet sind, wobei die Meßeinrichtung dem Sensorleiter (26) zugeordnet ist.
7. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Befestigungspunkten des Gurtbandes (40) die einzelnen Leiterbahnen (18a) zur Bildung eines geschlossenen Stromkreises an den unter Bildung einer Schlaufe (22) mit dem Gurtband (40) verbundenen Gurtbandenden (41) mittels auf das Gurtband (40) aufgesetzter Überbrückungsclips (21) miteinander verbunden sind.
8. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gurtband (40) aus einem aus elektrische Leiteigenschaften aufweisenden Fasern gefertigten Gewebe hergestellt ist.
9. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung des Leiters (18) drahtlos über eine das Gurtband (40) umgreifende elektrische Versorgungsspule (28) erfolgt.
10. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus einem an einem ortsfesten Befestigungspunkt des Gurtbandes (40) angeordneten Kontakt besteht.
11. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus dem Gurtband (40) berührungslos zugeordneten Sensoren (29, 30) besteht.
12. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (29, 30) als induktive Sensoren ausgebildet sind.
13. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (29, 30) als magnetosensitive Sensoren ausgebildet sind.
14. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (29, 30) als Hall- Sensoren ausgebildet sind.
15. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (29, 30) Kapazitäten erfassen.
16. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale in der Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Länge des vom Gurtaufroller (11) abgewickelten Gurtbandes herangezogen werden.
17. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale in der Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Auszugsgeschwindigkeit des Gurtbandes (40) aus dem Gurtaufroller (11) herangezogen werden.
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