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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung, mit einer
sicherheitsrelevanten Einrichtung, die wenigstens zwei unterschiedliche Zustände
einnehmen kann, sowie einem Lesegerät, das eine Antenne
aufweist, und einem Transponder, der abhängig vom jeweiligen
Zustand der sicherheitsrelevanten Einrichtung oder abhängig
von einem Zustandswechsel eine charakteristische, vom Lesegerät
erfaßbare Reaktion erzeugt.
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Eine
solche Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung ist aus der
DE 100 37 260 A1 bekannt.
Mit Hilfe eines an einem Kindersitz angebrachten Transponders und
eines fahrzeugseitigen Lesegeräts wird u. a. geprüft,
ob ein zentrales Gurtschloß des für den Kindersitz
vorgesehenen Gurtsystems geschlossen ist. Dazu fragt der Transponder
den Widerstand einer Schaltung ab, der u. a. vom Zustand eines dem
Gurtschloß zugeordneten Mikroschalters abhängt.
Der Widerstand wird in einem Logikbaustein des Transponders in ein
digitales Signal umgesetzt und in Form einer durch einen Schalter
des Transponders erzeugten Belastung aufmoduliert. Durch diese sogenannte Lastmodulation
wird das elektromagnetische Feld des Lesegeräts gezielt
verändert, was wiederum das Lesegerät selbst detektiert.
Nach entsprechender Auswertung kann so der Schaltzustand des Mikroschalters
und damit der Verriegelungszustand des zentralen Gurtschlosses ermittelt
werden.
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Eine
gattungsgemäße Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung
ist auch in der
DE
10 2006 042 455 A1 gezeigt. Ein Gurtschloß ist
mit einem Schalter ausgestattet, der den Steckzustand einer Zunge
des Sicherheitsgurts angibt. Dem Schalter ist eine Einrichtung zugeordnet,
mit der die Schalterstellung drahtlos an eine Empfängerschaltung übermittelt
wird. Die dem Schalter zugeordnete Einrichtung kann ein RFID-Tag
sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bei einer Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung
die Energieübertragung von einem Lesegerät zu
einem Transponder einer sicherheitsrelevanten Einrichtung zu verbessern.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einer Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung der eingangs
genannten Art vorgesehen, daß zwischen der Antenne des
Lesegeräts und dem Transponder eine Koppeleinrichtung angeordnet
ist, die wenigstens einen Teil der von der Antenne des Lesegeräts
abgestrahlten Energie auffängt, umleitet und wieder abstrahlt.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Koppeleinrichtung sorgt
dafür, daß das von der Antenne des ortsfesten Lesegeräts
abgestrahlte Feld einen außerhalb der normalen Reichweite
befindlichen oder in unerwünschter Weise abgeschirmten
Transponder trotzdem erreicht, ohne daß hierfür
die Feldstärke erhöht werden müßte.
Die Anordnung des Lesegeräts bzw. dessen Antenne ist im
Gegensatz zu bekannten Systemen somit weitgehend unabhängig
von der Position des Transponders. Die Energieübertragung
vom Lesegerät zum Transponder wird durch die Koppeleinrichtung
in vorteilhafter Weise vor störenden Einflüssen
durch Metallteile, Flüssigkeiten etc. bewahrt. Besonders
hervorzuheben ist, daß zur Erzielung dieser Effekte keine
Veränderungen am Lesegerät, insbesondere an dessen
Antenne, oder am Transponder vorgenommen werden müssen.
Insoweit kann auf bewährte und standardisierte Systemkomponenten
zurückgegriffen werden, und die Datenübertragung
an sich kann einer üblichen Normung (z. B. ISO 14443 oder ISO
15693) folgen. Ein Transponder und ein Lesegerät
können zusammen mit der Koppeleinrichtung allgemein zur
Realisierung eines zustandsspezifischen Schalters oder Sensors hinsichtlich
der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung benutzt werden. Ein solcher
Schalter bzw. Sensor ist nahezu verschleißfrei, temperaturunempfindlich
und frei von Feuchtigkeitseinflüssen.
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Eine
einfache Ausgestaltung der Koppeleinrichtung sieht vor, daß diese
eine Eingangsantenne zum Auffangen der von der Antenne des Lesegeräts abgestrahlten
Energie und eine Ausgangsantenne zum Abstrahlen der von der Eingangsantenne
aufgefangenen Energie aufweist, wobei die Eingangsantenne in der
Nähe der Antenne des Lesegeräts und die Ausgangsantenne
in der Nähe des Transponders angeordnet ist.
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Die
Eingangsantenne und/oder die Ausgangsantenne ist/sind vorzugsweise
als Spule(n) ausgebildet.
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Für
die eigentliche Umleitung der von der Antenne des Lesegeräts
abgestrahlten Energie sorgt eine bevorzugt durch ein geschirmtes
und/oder verdrilltes Kabel gebildete Übertragungsstrecke
zwischen der Eingangsantenne und der Ausgangsantenne.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Transponder vorgesehen,
und die Koppeleinrichtung weist mehrere Ausgangsantennen auf. Auf
diese Weise kann die Energie zu mehreren Transpondern umgeleitet
werden, die alle demselben Lesegerät zugeordnet sind.
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Bei
einer ersten Variante dieser Weiterbildung weist die Übertragungsstrecke
Abzweige zu den Ausgangsantennen auf. In diesem Fall ist in der Koppeleinrichtung
nur eine Eingangsantenne vorgesehen.
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Bei
einer zweiten Variante der Weiterbildung weist die Koppeleinrichtung
mehrere Eingangsantennen und mehrere Übertragungsstrecken
auf, die jeweils zwischen einer Eingangsantenne und einer Ausgangsantenne
verlaufen.
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Die
charakteristische Reaktion des Transponders bei einem Zustandswechsel
wird vorzugsweise durch eine gezielte Abdeckung oder Abschirmung
des Transponders von der von der Ausgangsantenne der Koppeleinrichtung
abgestrahlten Energie hervorgerufen. Die Erfindung macht sich dabei die
Erkenntnis zunutze, daß eine charakteristische Reaktion
des Transponders durch gezielte Änderungen eines elektrischen
oder magnetischen Felds im Einflußbereich (Erfassungsbereich)
des Transponders hervorgerufen werden kann. So kann durch Zuschalten,
Abschalten oder sonstige Veränderung eines elektrischen
oder magnetischen Felds in Abhängigkeit eines aktuellen
Zustands bzw. einer Zustandsänderung der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung
der „Verbrauch" der Energie des elektromagnetischen Felds
des Lesegeräts verändert werden. Diese Veränderung
registriert das Lesegerät und kann so den aktuellen Zustand
bzw. den Zustandswechsel anzeigen.
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Eine
andere Möglichkeit, eine für das Lesegerät
erkennbare charakteristische Reaktion hervorzurufen besteht darin,
daß der Transponder gezielt außerhalb der Reichweite
der von der Ausgangsantenne abgestrahlten Energie gebracht wird.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die sicherheitsrelevante Einrichtung
der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung ein Gurtschloß,
und der Transponder ist im oder am Gurtschloß angebracht.
Mit nur geringfügigen Modifikationen eines herkömmlichen
Gurtschlosses kann mit Hilfe des Transponders und eines Magneten (im
Falle einer Magnetfeldänderung) oder eines Metallteils
(im Falle einer elektrischen Feldänderung), der/das bei
einem Wechsel des Verriegelungszustands relativ zum Transponder
bewegt wird, der aktuelle Verriegelungszustand abgefragt werden.
Zusätzliche Schaltungen mit Mikroschaltern oder dergleichen
sind nicht mehr erforderlich. Innerhalb des Gurtschlosses bieten
sich für eine erfindungsgemäße Umsetzung
mehrere Möglichkeiten für die Anbringung des Transponders
und des Magneten bzw. Metallteils an.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In
den Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch
den grundsätzlichen Aufbau eines Transpondersystems;
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2 ein
Transpondersystem für eine erfindungsgemäße
Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform;
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3 ein
Transpondersystem für eine erfindungsgemäße
Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform;
und
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4 ein
Transpondersystem für eine erfindungsgemäße
Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform.
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In 1 ist
der grundsätzliche Aufbau eines Transpondersystems, genauer
gesagt eines RFID-Systems dargestellt, das für ein erfindungsgemäßes
Sicherheitsgurtsystem geeignet ist. Das System umfaßt einen
Transponder 10 in Form eines RFID-Tags und einen auf diesen
Transponder 10 abgestimmtes Lesegerät 12 (RFID-Lesegerät)
mit einer Antenne 13. Im Transponder 10 sind eine
Transponderantenne 14 (Spule), ein Mikrochip 16 und
eine induktive Einheit 18 untergebracht, welche Teil einer Hochfrequenz-Schwingschaltung
ist.
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Standardmäßig
funktioniert eine RFID-Kommunikation folgendermaßen: Das
Lesegerät 12 erzeugt in regelmäßigen
Intervallen ein elektromagnetisches Feld 20, das von der
Antenne 13 des Lesegeräts 12 abgestrahlt
und von der Transponderantenne 14 empfangen wird. In der
Transponderantenne 14 entsteht, sobald sie in die Nähe
des elektromagnetischen Felds 20 kommt, ein Induktionsstrom
(induktive Kopplung). Dieser Induktionsstrom aktiviert den Mikrochip 16.
Der Mikrochip 16 empfängt vom Lesegerät 12 Befehle,
und der Transponder 10 moduliert daraufhin Antworten in
das vom Lesegerät 12 ausgesendete Feld 20.
Dabei sendet der Transponder 10 selbst kein Feld aus, sondern
verändert nur das elektromagneti sche Feld 20 des
Lesegeräts 12, indem er in charakteristischer
Weise Energie des Felds 20 „verbraucht" was wiederum
das Lesegerät 12 detektiert.
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Abhängig
von der Betriebsfrequenz unterscheidet man verschieden Arten von
Transpondern 10. HF-Tags verwenden Lastmodulation, das
heißt, sie verbrauchen durch Kurzschließen einen
Teil der Energie des Felds 20. Durch die induktive Kopplung im
elektromagnetische Nahfeld funktioniert das Anregen des Tags ausschließlich
im Nahbereich. Die Antenne 14 eines HF-Tags ist daher eine
Induktionsspule in Form einer Resonanzspule mit mehreren Windungen.
UHF-Tags hingegen arbeiten im elektromagnetischen Fernfeld zum Übermitteln
der Antwort nach einem Rückstreuungsverfahren (engl. backscattering).
Hier wird das Feld 20 des Lesegeräts 12 entweder
absorbiert (Kurzschluß) oder mit möglichst großem
Rückstrahlquerschnitt reflektiert (Spiegel). Bei der Antenne 14 eines
UHF-Tags handelt es sich meist um eine Dipolantenne.
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Die
Antworten des Transponders 10 werden zusätzlich
mit Hilfe eines Hochfrequenzkreises und einem "Feldänderungsmittel",
z. B. in Form eines Magneten oder Metallteils, gezielt beeinflußt.
Genauer gesagt erzeugt eine Verstimmung des Schwingkreises, d. h.
eine Änderung der Resonanzfrequenz, im Transponder 10 eine
Reaktion, die das Lesegerät 12 erkennen kann.
Die Verstimmung wird durch gezieltes Abdecken oder Abschirmen der
in dem Transponder 10 untergebrachten induktiven Einheit 18 erzeugt,
vorzugsweise durch ein Metallteil 22. So können
unter Verwendung geeigneter Triggerschwellen im durchfahrenen Frequenzbereich
wenigstens zwei Zustände unterschieden werden. Wenn die Änderung
des auf den Transponder 10 einwirkenden Feldes mit einem
Zustandswechsel einer sicherheitsrelevanten Einrichtung einer Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung
korreliert, kann das Lesegerät 12 den Zustandswechsel
erkennen und z. B. einem Steuergerät der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung
mitteilen.
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Alternativ
kann die für einen Zustandswechsel charakteristische Reaktion
des Transponders 10 auch dadurch hervorgerufen werden,
daß der Transponder 10, der zuvor innerhalb der
Reichweite des Lesegeräts 12 war, bei einem Zustandswechsel
absichtlich außerhalb dieser Reichweite gelangt, oder umgekehrt.
In diesem Fall stellt das Lesegerät 12 eine Art
Sensor dar, der die Anwesenheit/Abwesenheit des Transponders 10 (und
eines damit verbundenen Bauteils oder Trägers) im Erfassungsbereich des
Lesegeräts 12 anzeigen kann. Der verwendete Transponder 10 kann
auch über eine Schnittstelle zu einem elementaren Sensor
der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung verfügen.
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Aus 2 geht
der Aufbau eines Transpondersystems für eine erfindungsgemäße
Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform
hervor. In der Nähe der Antenne 13 des Lesegeräts 12 ist
eine Eingangsantenne 24 in Form einer Spule angeordnet.
In der Nähe des Transponders 10 ist eine Ausgangsantenne 26 ebenfalls
in Form einer Spule angeordnet. Zwischen der Eingangsantenne 24 und
der Ausgangsantenne 26 ist eine Übertragungsstrecke 28 mit
einem geschirmten und/oder verdrillten Kabel gebildet. Die Übertragungsstrecke 28 kann
entgegen der schematischen Darstellung der 2 jeden
beliebigen Verlauf haben, der mit einem geeigneten Kabel realisierbar
ist. Die Eingangsantenne 24, die Ausgangsantenne 26 und
die Übertragungsstrecke 28 bilden zusammen eine
Koppeleinrichtung 30 zur gezielten Übertragung des
von der Antenne 13 des Lesegeräts 12 abgestrahlten
Feldes 20 zum Transponder.
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Die
Funktionsweise der Koppeleinrichtung 30 läßt
sich folgendermaßen beschreiben. Die Eingangsantenne 24 fängt
zumindest einen Teil der von der Antenne 13 des Lesegeräts 12 abgestrahlten
Energie auf. Die aufgefangene Energie wird über die Übertragungsstrecke
zur Ausgangsantenne 26 umgeleitet und von dieser wieder
abgestrahlt. Die Transponderantenne 14 empfängt
schließlich das von der Ausgangsantenne 26 abgestrahlte
Feld, das gegenüber dem von der Antenne 13 des
Lesegeräts 12 abgestrahlten Feldes 20 im
wesentlichen unverändert ist.
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Wie
weit die Eingangsantenne 24 von der Antenne 13 des
Lesegeräts 12 und die Ausgangsantenne 26 vom
Transponder 10 entfernt sein dürfen, hängt
von der Feldstärke des von der Antenne 13 des Lesegeräts 12 abgestrahlten
Feldes 20 ab. Wichtig ist in jedem Fall, daß die
Eingangsantenne 24 näher an der Antenne 13 des
Lesegeräts 12 ist als die Ausgangsantenne 26,
und daß die Ausgangsantenne 26 näher
am Transponder 10 ist als die Eingangsantenne 24.
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Die 3 und 4 zeigen
zwei Abwandlungen der Koppeleinrichtung für den Fall, daß mehrere,
vorzugsweise unterschiedlich kodierte Transponder 10 einem
einzigen Lesegerät 12 zugeordnet sind. Für
die von der ersten bevorzugten Ausführungsform bekannten
Komponenten werden die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Gemäß 3 ist
die Übertragungsstrecke 28 verzweigt. Jeder Abzweig
führt zu einer Ausgangsantenne 26, die einem bestimmten
Transponder 10 zugeordnet ist.
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Die
Variante gemäß 4 unterscheidet sich
dadurch, daß für jeden Transponder 10 eine
eigene Eingangsantenne 26, eine eigene Übertragungsstrecke 28 und
eine dem jeweiligen Transponder 10 zugeordnete Ausgangsantenne 26 vorgesehen
ist, wobei jede Eingangsantenne 26 einen Teil des von der
Antenne 13 des Lesegeräts 12 abgestrahlten
Feldes 20 auffängt.
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Für
die oben geschilderten Fälle, daß mehrere Transponder 10 mit
nur einem Lesegerät 12 verwendet werden, kann über
eine Änderung eines der standardisierten RFID-Antikollisionsverfahren
(z. B. Binary-Search-Algorithmus) eine Priorisierung der verschiedenen
Transponder 10 erreicht werden.
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Bevorzugte
Anwendungen der Erfindung sind u. a.:
- – Bestimmung
der Position eines Gurthöhenverstellers (Transponder 10 am
Gurthöhenversteller angebracht),
- – Bestimmung der Sitzposition und des Sitzneigungswinkels
(Transponder 10 am Sitz bzw. an der Sitzlehne angebracht),
- – Erkennung eines umgeklappten Sitzes (Transponder 10 an
der Sitzlehne angebracht),
- – Bestimmung der Position einer Kopfstütze (Transponder 10 an
der Kopfstütze angebracht),
- – Erkennung des Klappzustands (auf- oder zugeklappt)
einer Sonnenblende (Transponder 10 an der Sonnenblende
angebracht),
- – Erkennung des Schließzustands (offen oder
geschlossen) einer Tür, eines Kofferraums oder einer Motorhaube
(Transponder 10 an der Tür, am Kofferraum bzw.
an der Motorhaube angebracht),
- – Bestimmung der Lage eines Sicherheitsgurts und/oder
der Gurtbandauszugslänge in einem Sicherheitsgurtsystem
(Transponder 10 am Sicherheitsgurt angebracht),
- – Insassenklassifizierung über die sog. KISI-Mechanik
(Transponder 10 am Sicherheitsgurt angebracht),
- – Bestimmung der Position einer Steckzunge auf einem
Sicherheitsgurt (Transponder 10 am Sicherheitsgurt, vorzugsweise
an einem Endanschlag für die Steckzunge, oder an der Steckzunge
angebracht).
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Bei
allen Anwendungen können ein oder mehrere Transponder 10 in
Verbindung mit einem einzigen Lesegerät 12 eingesetzt
werden.
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Wie
bereits erwähnt, gilt für alle Ausführungsformen,
daß nicht unbedingt eine charakteristische Reaktion des
Transponders 10 durch gezielte Beeinflussung des Transponders 10 hervorgerufen werden
muß, sondern es kann auch vorgesehen sein, daß der
Transponder 10 allgemein bei einer Zustandsänderung
der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung gezielt in den oder aus dem
Erfassungsbereich des Lesegeräts 12 gelangt. Das
Lesegerät 12 erkennt die Anwesenheit bzw. Abwesenheit
des Transponders 10, so daß der aktuelle Zustand
der Fahrzeuginsassen-Schutzvorrichtung bestimmbar ist.
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Grundsätzlich
können für alle Anwendungen anstelle von RFID-Tags
auch 1-Bit-Transponder (gelegentlich auch 0-Bit-Transponder genannt)
oder andere geläufige Tags vorgesehen sein. 1-Bit Transponder,
die z. B. aus Wahrensicherungssystemen bekannt sind, erzeugen einen Änderung
im Feld 20, wie etwa Reflektieren des Feldes 20 auf
einer anderen Frequenz oder Kurzschließen des Feldes 20 usw.
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Im
LF-Bereich können sogenannte elektromagnetische Transponder
eingesetzt werden. Ein solcher Transponder ist als weichmagnetischer amorpher
Metallstreifen ausgelegt, der eine steile Hysteresekurve besitzt.
Es kann auch ein akustomagnetischer Transponder verwendet werden,
der ebenfalls eine Änderung im Feld 20 verursacht.
Im HF-Bereich kommen zwei verschiedene Arten für einen Änderung
des Felds 20 in Betracht, nämlich das Einbringen
eines Tags, der als L-C-Schwingkreis oder als Frequenzteiler ausgeführt
ist. Im UHF-Bereich sind 1-Bit-Transponder so ausgelegt, daß sie eine
n-te Oberwelle der Grundwelle des Felds 20 erzeugen. Dies
kann mittels einer Dipolantenne erfolgen, die über eine
Kapazitätsdiode kurzgeschlossen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10037260
A1 [0002]
- - DE 102006042455 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ISO 14443 [0005]
- - ISO 15693 [0005]