DE102007036217A1 - Additive dosing system for gas-fueled internal combustion engines and method for the metered feeding of an additive in a gas tank - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Zusatzstoff-Dosiersystem für gasbetriebene Verbrennungsmotoren sowie ein Verfahren zum dosierten Zuführen eines Zusatzstoffes in einen Gastank eines gasbetriebenen Verbrennungsmotors. Um sicherzustellen, dass während des gesamten Gasbetriebs die Zusatzstoffkonzentration im Gas, insbesondere im Flüssiggas, konstant ist, umfasst das Zusatzstoff-Dosiersystem eine Dosierpumpe (10), deren Druckseite über eine Druckleitung (11) mit einem Gastank (12) eines Verbrennungsmotors verbindbar ist, eine Anschlussvorrichtung (18) für einen Zusatzstoffbehälter (15), mit der der Zusatzstoffbehälter (15) über eine Leitungsanordnung (13) an die Saugseite der Dosierpumpe (10) anschließbar ist, und eine Steuervorrichtung (16) zum Steuern der Dosierpumpe (10) in Abhängigkeit von einem Füllstandssignal (F), das der Steuervorrichtung (16) von einem Tankfüllstandsfühler (17) am Gastank (12) zuführbar ist. Das Dosieren wird dann mit folgenden Schritten durchgeführt: Feststellen einer bei einem Tankvorgang dem Gastank (12) zugeführten Gasmenge, insbesondere Flüssiggasmenge, Berechnen der für die getankte Gasmenge, insbesondere Flüssiggasmenge, erforderlichen Zusatzstoffmenge auf der Grundlage einer eingestellten Dosiermenge und Zuführen der berechneten Zusatzstoffmenge in den Gastank (12), wobei der Zusatzstoff mittels einer Dosierpumpe (10) unter Druck in den Gastank (12) eingespritzt wird.The invention relates to an additive metering system for gas-fueled internal combustion engines and a method for the metered feeding of an additive in a gas tank of a gas-fueled internal combustion engine. To ensure that the additive concentration in the gas, in particular in the LPG, is constant throughout the gas operation, the additive metering system comprises a metering pump (10) whose pressure side can be connected via a pressure line (11) to a gas tank (12) of an internal combustion engine, a connection device (18) for an additive container (15), with which the additive container (15) can be connected via a line arrangement (13) to the suction side of the metering pump (10), and a control device (16) for controlling the metering pump (10) Dependence on a level signal (F) which can be fed to the control device (16) from a tank level sensor (17) on the gas tank (12). The metering is then carried out with the following steps: determining a gas quantity supplied to the gas tank (12) during a refueling operation, in particular amount of liquefied gas, calculating the amount of additive required for the gas quantity, in particular amount of liquefied gas, based on a set metering amount and feeding the calculated amount of additive into the tank Gas tank (12), wherein the additive is injected by means of a metering pump (10) under pressure in the gas tank (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Zusatzstoff-Dosiersystem für gasbetriebene Verbrennungsmotoren sowie ein Verfahren zum dosierten Zuführen eines Zusatzstoffes in einen Gastank eines gasbetriebenen Verbrennungsmotors.The The invention relates to an additive metering system for gas powered Internal combustion engines and a method for metered feeding an additive in a gas tank of a gas-fired internal combustion engine.
Im Hinblick auf die immer strenger werdenden Abgasnormen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Verbrennungsmotoren, die in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, und im Hinblick auf die Reduzierung von umweltschädlichen Gasen, wie Stickoxiden, CO2 und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, gehen immer mehr Nutzer von Kraftfahrzeugen, die mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, dazu über, diese Motoren zumindest zeitweise auch mit Gas, insbesondere Flüssiggas zu betreiben. Hierbei beträgt die Reduzierung des Schadstoffausstoßes von Stickoxiden etwa 20%, während sich die Emissionen von CO2 um 15% und die unverbrannter Kohlenwasserstoffe auf nahezu 50% vermindern lassen. Aufgrund der praktisch vollständigen Verbrennung von Flüssiggas-Abgasen weisen diese eine bessere chemische Verwertbarkeit auf und lassen sich bei niedrigeren Temperaturen in entsprechenden Katalysatoren umsetzen.In view of the increasingly stringent exhaust standards for internal combustion engines, in particular for internal combustion engines, which are used in motor vehicles, and with regard to the reduction of polluting gases, such as nitrogen oxides, CO 2 and unburned hydrocarbons, more and more users of motor vehicles, with conventional Are equipped with internal combustion engines, over to operate these engines, at least temporarily, with gas, in particular LPG. Here, the reduction of pollutant emissions from nitrogen oxides is about 20%, while the emissions of CO 2 can be reduced by 15% and the unburned hydrocarbons to almost 50%. Due to the virtually complete combustion of LPG exhaust gases, these have a better chemical recovery and can be implemented at lower temperatures in corresponding catalysts.
Die praktisch vollständige Verbrennung von Flüssiggas hat neben den positiven Auswirkungen auf die Umwelt aber auch problematische Konsequenzen für den Motorbetrieb. Während im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors mit herkömmlichen Treibstoffen Bestandteile des Treibstoffs zur inneren Schmierung, insbesondere im Bereich der Ventilsitze, namentlich der Einlassventile, genutzt werden, fehlen derartige Bestandteile beim Gasbetrieb. Dies hat zur Folge, dass herkömmliche Verbrennungsmotoren, die mit Flüssiggas betrieben werden, regelmäßig und häufig auch auf den Betrieb mit herkömmlichen Treibstoffen, wie Benzin, umgeschaltet werden müssen, um derartige Schwierigkeiten zu umgehen.The virtually complete combustion of LPG but has a positive impact on the environment as well as problematic ones Consequences for the engine operation. While in the Normal operation of the internal combustion engine with conventional fuels Components of the fuel for internal lubrication, in particular used in the area of the valve seats, namely the intake valves are missing, such components in gas operation. this has As a result, conventional internal combustion engines with LPG operated regularly and often on the operation with conventional Fuels, such as gasoline, need to be switched to to avoid such difficulties.
Zusatzstoffe
oder Additive für Flüssiggas-Treibstoffe sind
bekannt. Aus der
Aus
der
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzstoff-Dosiersystem für gasbetriebene Verbrennungsmotoren sowie ein entsprechendes Dosierverfahren zu schaffen, mit dem sichergestellt werden kann, dass während des gesamten Gasbetriebs die Zusatzstoffkonzentration im Gas, insbesondere im Flüssiggas konstant ist.From that Based on the object of the invention, an additive metering system for gas-powered internal combustion engines and a corresponding To provide a metering process that can be used to ensure that during the entire gas operation, the additive concentration in the gas, in particular in the liquefied gas is constant.
Diese Aufgabe wird durch das Zusatzstoff-Dosiersystem nach Patentanspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.These Task is by the additive metering system according to claim 1 and solved by the method according to claim 13. advantageous Embodiments and developments of the invention are in the respective Subclaims described.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist also ein Zusatzstoff-Dosiersystem für gasbetriebene Verbrennungsmotoren eine Dosierpumpe, deren Druckseite über eine Druckleitung mit einem Gastank eines Verbrennungsmotors verbandbar ist, eine Anschlussvorrichtung für einen Zusatzstoffbehälter, mit der der Zusatzstoffbehälter über eine Leitungsanordnung an die Saugseite der Dosierpumpe anschließbar ist, und eine Steuervorrichtung auf, die die Dosierpumpe in Abhängigkeit von einem Füllstandssignal steuert, das der Steuervorrichtung von einem Tankfüllstandsfühler am Gastank zuführbar ist.According to the The present invention thus has an additive dosing system for gas-powered internal combustion engines a metering pump whose pressure side over a pressure line with a gas tank of an internal combustion engine connected is, a connection device for an additive container, with the additive container via a conduit arrangement can be connected to the suction side of the metering pump, and a control device which the dosing pump in dependence controlled by a level signal, that of the control device from a tank level sensor to the gas tank fed is.
Erfindungsgemäß erfolgt also die dosierte Zuführung eines Zusatzstoffes direkt in den Gastank eines Verbrennungsmotors, wobei die Einstellung der zuzuführenden Menge von Zusatzstoff in Abhängigkeit vom Füllstand des Tanks, insbesondere in Abhängigkeit von einer positiven Füllstandsänderung erfolgt, wie sie bei jedem Betanken des Gastanks auftritt. Die automatische genaue Dosierung des Zusatzstoffes für das Gas, insbesondere für das Flüssiggas im Gastank hat den Vorteil, dass die richtige Zusatzstoffkonzentration im Flüssiggas konstant beibehalten wird, ohne dass der Nutzer des Verbrennungsmotors, also beispielsweise der Fahrer eines damit betriebenen Kraftfahrzeugs, irgendwelche zusätzlichen Maßnahmen ergreifen muss.According to the invention So the metered supply of an additive directly in the gas tank of an internal combustion engine, the setting of the amount of additive to be supplied depending on the level of the tank, in particular depending from a positive level change, as it occurs when refueling the gas tank. The automatic exact dosage of the additive for the gas, in particular for the liquefied gas in the gas tank has the advantage that the correct additive concentration in the liquefied gas is maintained constantly, without the user of the internal combustion engine, So for example, the driver of a motor vehicle operated with it, take any additional measures got to.
Um eine besonders genaue und zuverlässige Zufuhr einer gewünschten Menge an Zusatzstoff zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Dosierpumpe eine Saug- und Druckpumpe ist, die im Betrieb den Zusatzstoff zur Dosierung unter Hochdruck stoßweise in den Gastank liefert, wobei die Dosierpumpe im Betrieb den Zusatzstoff mit einem Druck in den Gastank liefert, der größer als der Innendruck des Gastanks, vorzugsweise größer als 10 bar, insbesondere etwa 15 bar ist.In order to achieve a particularly accurate and reliable supply of a desired amount of additive, it is provided that the metering pump is a suction and pressure pump, which pushes the additive for metering under high pressure during operation delivers in the gas tank, wherein the metering pump delivers the additive in operation with a pressure in the gas tank, which is greater than the internal pressure of the gas tank, preferably greater than 10 bar, in particular about 15 bar.
Die Verwendung eines Zuführ- oder Einspritzdrucks für den Zusatzstoff, der deutlich höher ist als der Innendruck des Gasbehälters, hat zur Folge, dass sich der zugeführte Zusatzstoff schnell und gleichmäßig im Gastank verteilt und mit dem darin befindlichen Flüssiggas vermischt.The Use of a supply or injection pressure for the additive, which is significantly higher than the internal pressure of the gas tank, has the consequence that the supplied Additive quickly and evenly in the gas tank distributed and mixed with the liquid gas therein.
Um die Wartung des Zusatzstoff-Dosiersystems und insbesondere den Austausch von Zusatzstoffbehältern zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die Anschlussvorrichtung für den Zusatzstoffbehälter eine Aufnahmevorrichtung zum Halten des Zusatzstoffbehälters und einen Adapter zum Verbinden eines Anschlussstücks des Zusatzstoffbehälters mit der zur Saugseite der Dosierpumpe führenden Leitungsanordnung aufweist.Around the maintenance of the additive dosing system and in particular the replacement of additive containers is proposed, that the connection device for the additive container a Receiving device for holding the additive container and an adapter for connecting a fitting of the Additive container with the suction side of the metering pump has leading line arrangement.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass der Adapter eine Aufnahmeöffnung für das Anschlussstück des Zusatzstoffbehälters und eine die Aufnahmeöffnung umgebende Dichtung aufweist, die mit einer das Anschlussstück umgebenden Dichtfläche am Zusatzstoffbehälter zusammenwirkt, wenn ein Zusatzstoffbehälter mit seinem Anschlussstück in die Aufnahmeöffnung eingesetzt ist, um den Zusatzstoffbehälter druckdicht mit der zur Saugseite der Dosierpumpe führenden Leitungsanordnung zu verbinden, wobei ein Hohlstift zum Öffnen eines Auslassventils im Anschlussstück des Zusatzstoffbehälters zentral in die Aufnahmeöffnung für das Anschlussstück hinein ragt.advantageously, is provided that the adapter has a receiving opening for the connection piece of the additive container and has a seal surrounding the receiving opening, the with a surrounding the fitting sealing surface cooperates with the additive container, if an additive container with its connection piece in the receiving opening is used to the additive container with pressure-tight the leading to the suction side of the dosing pump line arrangement to connect, with a hollow pin for opening an exhaust valve in the connection piece of the additive container centrally into the receiving opening for the connection piece protrudes into it.
Zu weiteren Vereinfachung der Handhabung des erfindungsgemäßen Zusatzstoff-Dosiersystems ist ferner vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung zum druck- und gasdichten Fixieren des Anschlussstücks eines Zusatzstoffbehälters im Adapter Feststellmittel aufweist, durch die der Zusatzstoffbehälter gegen den Adapter druckbar ist.To further simplification of the handling of the invention Additive metering system is further provided that the receiving device for Pressure- and gas-tight fixing of the connection piece of a Additive container in the adapter has locking means, by the additive container against the adapter printable is.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuervorrichtung oder Steuergerät einen Überwachungskreis zum Erfassen eines Tankvorgangs aufweist, der ein aktuelles Füllstandssignal mit einem gespeicherten Füllstandssignal vergleicht und der einen Tankvorgang erkennt, wenn das aktuelle Füllstandssignal einen höheren Tankfüllstand anzeigt als das gespeicherte.A particularly advantageous embodiment of the invention is characterized characterized in that the control device or control device a monitoring circuit for recording a refueling process having a current level signal with a stored Level signal compares and detects a refueling process, if the current level signal is higher Tank level indicates as the stored.
Das Erkennen eines Tankvorgangs anhand eines sich positiv ändernden Füllstands hat den Vorteil, dass die Steuervorrichtung nur ein einziges externes Signal für den zuverlässigen Betrieb des Dosiersystems benötigt, was den Einbau, insbesondere den nachträglichen Einbau beispielsweise in ein Fahrzeug wesentlich erleichtert.The Recognition of a refueling process based on a positive change Level has the advantage that the control device only a single external signal for the reliable Operation of the dosing required what the installation, especially the subsequent installation, for example in a vehicle essential facilitated.
Es ist jedoch auch möglich, dass der Steuervorrichtung ein Tanksignal von einem an einem Gaseinfüllanschluss des Gastanks angeordneten Fühlerschalter zuführbar ist, und die Steuervorrichtung einen Überwachungskreis zum Erfassen eines Tankvorgangs aufweist, der das Tanksignal überwacht.It However, it is also possible that the control device a Tank signal from one at a Gaseinfüllanschluss the gas tank arranged sensor switch can be supplied, and the control device has a monitoring circuit for detecting a refueling operation that monitors the tank signal.
Durch die Verwendung eines zusätzlichen Tanksignals zur Erkennung eines Tankvorgangs lässt sich die Steuerung des Dosiersystems besonders einfach gestalten.By the use of an additional tank signal for detection During refueling, the dosing system can be controlled make it really easy.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung einen Rechenkreis zum Ermitteln der an den Gastank zu liefernden Zusatzstoffmenge aus einem aktuellen und einem gespeicherten Füllstandssignal sowie einen Steuersignalgeber aufweist, der in Abhängigkeit von der ermittelten Zusatzstoffmenge erzeugte Steuersignale an die Dosierpumpe liefert.at an advantageous embodiment of the invention is provided that the control device has a computing circuit for determining the the amount of additive to be supplied to the gas tank from a current and a stored level signal and a control signal generator which, depending on the determined amount of additive generates generated control signals to the metering pump.
Um die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Zusatzstoff-Dosiersystems weiter zu erhöhen und deren Handhabung zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung einen Überwachungskreis zum Feststellen des Füllstands des Zusatzstoffbehälters aufweist, der dessen Füllstand aus den an den Gastank gelieferten Zusatzstoffmengen berechnet, und der eine Warn- und/oder Füllstandsanzeige entsprechend dem Füllstand des Zusatzstoffbehälters steuert.Around the reliability of the invention Additive dosing continue to increase and their handling to simplify, it is provided that the control device has a monitoring circuit for detecting the level of the additive container has, the level of which supplied to the gas tank Amounts of additive calculated, and a warning and / or level indicator according to the level of the additive container controls.
Obwohl es grundsätzlich denkbar ist, den Überwachungskreis zum Feststellen des Füllstands des Zusatzstoffbehälters beispielsweise über einen in der Aufnahmevorrichtung vorgesehenen Schalter, der von dem Zusatzstoffbehälter betätigt wird, zurückzusetzen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Steuervorrichtung ein manuell betätigbarer Rücksetzschalter angebracht ist, so dass der Überwachungskreis zum Feststellen des Füllstands des Zusatzstoffbehälters beim Wechseln desselben manuell zurücksetzbar ist. Die manuelle Rücksetzung des Überwachungskreises hat den Vorteil, dass dieser nicht bei jedem Aus- und Einbau eines Zusatzstoffbehälters automatisch zurückgesetzt wird, sondern nur dann, wenn nach dem Austausch eines leeren Zusatzstoffbehälters gegen einen vollen der Rücksetzschalter betätigt wird.Even though it is fundamentally conceivable the surveillance circuit for detecting the level of the additive container for example, via a provided in the receiving device Switch operating from the additive tank is reset, it is provided according to the invention that on the control device, a manually operated reset switch is appropriate, so that the monitoring circuit for detection the level of the additive container when changing it is manually resettable. The manual reset The monitoring circuit has the advantage that it is not with each removal and installation of an additive container automatically is reset, but only if after the exchange of an empty additive container against a full one of the reset switch is pressed.
Zweckmäßigerweise erfolgt das dosierte Zuführen eines Zusatzstoffes in einen Gastank eines gasbetriebenen Verbrennungsmotors auf folgende Weise: Feststellen einer bei einem Tankvorgang dem Gastank zugeführten Gasmenge insbesondere Flüssiggasmenge, Berechnen der für die getankte Flüssiggasmenge erforderlichen Zusatzstoffmenge auf der Grundlage einer eingestellten Dosiermenge, und Zuführen der berechneten Zusatzstoffmenge in den Gastank, wobei der Zusatzstoff mittels einer Dosierpumpe unter Druck in den Gastank eingespritzt wird.Expediently, the dosed feeding of an additive into a gas tank of a gas-operated internal combustion engine takes place in the following manner: determining a quantity of gas supplied to the gas tank during a refueling process, in particular amount of liquid gas, calculating the refueled liquid siggasmenge required amount of additive based on a set dosage, and feeding the calculated amount of additive in the gas tank, wherein the additive is injected by means of a metering pump under pressure in the gas tank.
Der Zusatzstoff wird dabei von der Dosierpumpe stoßweise in den Gastank eingespritzt, wobei aus der berechneten Zusatzstoffmenge und der Fördermenge pro Einspritzstoß die Anzahl der Einspritzstöße ermittelt wird.Of the Additive is thereby intermittently from the metering pump injected the gas tank, taking the calculated amount of additive and the flow rate per injection stroke the number the injections is determined.
Zweckmäßigerweise wird zum Erfassen eines Tankvorgangs ein aktuelles Füllstandssignal mit einem gespeicherten Füllstandssignal verglichen und ein Tankvorgang erkannt, wenn das aktuelle Füllstandssignal einen höheren Tankfüllstand anzeigt als das gespeicherte.Conveniently, For detecting a refueling process, a current fill level signal is output compared with a stored level signal and a Refueling detected when the current level signal indicates a higher tank level than the stored one.
Es ist jedoch auch möglich, dass zum Erfassen eines Tankvorgangs ein Tanksignal überwacht wird, das von einem an einem Gaseinfüllanschluss des Gastanks angeordneten Fühlerschalter geliefert wird.It However, it is also possible to record a refueling process a tank signal is monitored, the one from a gas filling port of the Gas tanks arranged sensor switch is delivered.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below, for example, with reference to the drawing explained in more detail. Show it:
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile und Schaltungselemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In The various figures of the drawing are corresponding to each other Components and circuit elements provided with the same reference numerals.
Wie
in
Die
Dosierpumpe
Die
Dosierpumpe
Wie
unten näher erläutert wird, wird die Zusatzstoffmenge,
die in den Gastank
Die
Anschlussleitung
Für
die Druckleitung
Um
einen leeren Zusatzstoffbehälter
Wie
in
Wenn
der Anschlussabschnitt des Zusatzstoffbehälters
Um
einen in der Aufnahmevorrichtung
Anschließend
wird ein voller Zusatzstoffbehälter
Die
Stellmittel
Um
ein Additiv aus dem Zusatzstoffbehälter
Um
eine möglichst vollständige Entleerung des Zusatzstoffbehälters
Wie
in
Der
Steuersignalgeber
Der Überwachungskreis
Um
nach einem Wechsel des Zusatzstoffbehälters
Wie
Zeigt
das Tanksignal St an, dass ein Tankvorgang
eingeleitet ist, so veranlasst der Überwachungskreis
Das erfindungsgemäße Zusatzstoff-Dosiersystem eignet sich insbesondere zum Nachrüsten von Kraftfahrzeugen, die übliche Verbrennungsmotoren sowohl mit herkömmlichen Flüssigtreibstoffen, wie Benzin, als auch mit Gas, insbesondere Flüssiggas, betreiben können. Hierzu ist das Dosiersystem zweckmäßigerweise in einem geeigneten Gehäuse angeordnet, so dass es im Kofferraum eines Kraftfahrzeugs oder an anderer geeigneter Stelle nahe dem Gastank angeordnet werden kann. Für den Einbau des erfindungsgemäßen Zusatzstoff-Dosiersystems in ein Kraftfahrzeug, entweder gemeinsam mit einer Flüssiggasanlage oder nachträglich, ist es besonders zweckmäßig, dass außer der Stromversorgung nur ein externes Signal erforderlich ist, um eine zuverlässige Zuführung der stets genau abgemessenen Additivmengen in den Gastank sicherzustellen.The additive dosing system according to the invention is particularly suitable for retrofitting motor vehicles that can operate conventional internal combustion engines both with conventional liquid fuels, such as gasoline, and with gas, in particular LPG. For this purpose, the metering system is expediently arranged in a suitable housing, so that it can be arranged in the trunk of a motor vehicle or at another suitable location near the gas tank. For the installation of the additive metering system according to the invention in a motor vehicle, either together with a liquefied gas plant or subsequently, it is particularly expedient that only an external signal is required in addition to the power supply to a to ensure reliable delivery of the precisely metered amounts of additive into the gas tank.
Für
den Fall, dass es erforderlich ist, wegen einer geänderten
Zusammensetzung des Treibstoffgases die Konzentration des Zusatzstoffes
darin anders einzustellen, kann der entsprechende Konzentrationswert
Ka über die Benutzerschnittstelle
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zusatzstoff-Dosiersystems lässt sich somit sicherstellen, dass ein herkömmlicher Motor beim Betrieb mit Gas vor Beschädigungen zuverlässig geschützt ist, ohne dass der Benutzer bei jedem Betanken auf umständliche Weise für eine Zusatzstoffzufuhr zum getankten Gas sorgen müsste.With Help of the additive dosing system according to the invention can thus be ensured that a conventional Engine reliable against damage when operating with gas is protected without the user at every refueling in a complicated way for an additive intake would have to provide the gas tanked.
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- - DE 3337983 A1 [0005] - DE 3337983 A1 [0005]
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