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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung eines Fahrwerkssystems
eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
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Aus
dem Stand der Technik ist, wie in der
US 6,122,578 beschrieben,
eine aktive Steuerung für Fahrzeugaufhängungen
bekannt. Einer relativen Bewegung und Kraft zwischen zwei verbundenen
Elementen kann durch eine aktive Steuerung entgegengewirkt werden,
wenn diese Bewegung und Kraft vorhersehbar sind. Amplituden, Wellenlängen
und Ort von Wankbewegungen von Fahrzeugen, welche sich entlang eines
vorgegebenen Weges bewegen, können aufgezeichnet werden.
Diese Aufzeichnungen können bei nachfolgenden Fahrten entlang
dieses Weges genutzt werden, um die Kräfte, welche die Wankbewegungen
verursachen, vorherzusehen. Eine aktive Steuerung kann im Fahrzeug
installiert und so programmiert werden, dass zeitgerecht entgegenwirkende
Kräfte ausgeübt werden, um eine Übertragung
der die Wankbewegungen verursachenden Kräfte von den Rädern über
die Federn auf den Fahrzeugaufbau zu verhindern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Beeinflussung eines Fahrwerkssystems eines Fahrzeugs und eine
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 6 gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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In
einem Verfahren zur Beeinflussung eines Fahrwerkssystems eines Fahrzeugs
durch Ermittlung von Fahrbahnunebenheiten mittels Beschleunigungssensoren
an einem Fahrzeugaufbau und an Radträgern des Fahrzeugs
werden erfindungsgemäß ermittelte Fahrbahnunebenheiten
aufgezeichnet, mittels einer Autokorrelationsfunktion periodisch
wiederkehrende Fahrbahnunebenheiten ermittelt und daraufhin Einstellungen
von Federn und/oder Stoßdämpfern und/oder Stabilisatoren
verändert, um Beschleunigungen eines Fahrzeugaufbaus, welche
von diesen periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten verursacht
werden, entgegenzuwirken.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Lösung wird auf
sehr kostengünstige Weise und ohne einen großen
zusätzlichen Fertigungsaufwand ein Fahrkomfort des Fahrzeugs
bei periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten, wie beispielsweise
Dehnungsfugen auf Autobahnen, erheblich verbessert, da das Fahrwerkssystem
entsprechend dieser periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten
im gleichen Rhythmus verändert wird. So werden beispielsweise
Federn und/oder Stoßdämpfer und/oder Stabilisatoren
unmittelbar vor einem Überfahren einer solchen Fahrbahnunebenheit
weicher eingestellt und unmittelbar nach dem Überfahren
der Unebenheit bis zur nächsten Unebenheit wieder härter
eingestellt. Beispielsweise ist dazu eine Vorspannung der Federn,
ein Druck in einer pneumatischen Federung oder eine steuerbare Drossel-
und/oder Ventilvorrichtung von Stoßdämpfern entsprechend
einstellbar.
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Auf
diese Weise wird der Fahrkomfort deutlich gesteigert, da von den
Fahrbahnunebenheiten verursachte Stöße abgefedert
bzw. gedämpft werden und somit nicht zu einer Beschleunigung
des Fahrzeugaufbaus führen, d. h. von Insassen des Fahrzeugs
nicht oder deutlich verringert wahrgenommen werden. Eine härtere
Grundeinstellung des Fahrwerkssystems bleibt jedoch grundsätzlich
erhalten und wird zwischen den periodischen Fahrbahnunebenheiten
jeweils wieder eingestellt, so dass eine optimale Straßenlage
des Fahrzeugs sichergestellt ist, was insbesondere bei Kurvenfahrten,
Bremsmanövern und plötzlichen Ausweichmanövern
von großer Bedeutung ist. Ein Fahrzeug mit einem dauerhaft weicher
eingestellten Fahrwerkssystem könnte in solchen Situationen
instabil werden, wodurch beispielsweise eine Bremswirkung, eine
Spurtreue oder eine Seitenneigungs- und Kippstabilität
des Fahrzeugs negativ beeinflusst würden.
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Auch
in Fahrzeugen, welche bereits über zusätzliche
Sensoren zu einer vorausschauenden Erfassung von Fahrbahnunebenheiten
verfügen, wie beispielsweise Laser- oder Bilderfassungssensoren, ist
die erfindungsgemäße Lösung als redundante
Absicherung einsetzbar, so dass beispielsweise bei einem Sensorausfall
aufgrund von Umwelteinflüssen, zum Beispiel bei starkem
Schneefall oder schneebedeckter, regennasser oder verschmutzter
Fahrbahn mittels der erfindungsgemäßen Lösung
dadurch eintretende Komforteinbussen deutlich reduzierbar sind.
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Insbesondere
zur Einstellung der Federn und/oder Stoßdämpfer
und/oder Stabilisatoren an einer Hinterachse des Fahrzeugs sind
nicht nur die ermittelten periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten,
sondern alle von den Beschleunigungssensoren an einer Vorderachse
des Fahrzeugs und in einem vorderen Bereich des Fahrzeugaufbaus
erfassten Fahrbahnunebenheiten nutzbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens können mittels einer Einheit zur Erfassung und
Auswertung von Signalen eines globalen Positionsbestimmungssystems
beispielsweise Positionen eines Beginns und eines Endes eines Fahrbahnabschnitts
solcher periodisch wiederkehrender Fahrbahnunebenheiten und beispielsweise
auch Positionen größerer einzelner erfasster Fahrbahnunebenheiten
erfasst und gespeichert werden, so dass bei einem erneuten Befahren dieses
Fahrbahnabschnitts die Einstellungen des Fahrwerkssystems sofort
entsprechend verändert werden. Diese Positionen und erfassten
Fahrbahnunebenheiten sind beispielsweise auch mittels einer Kommunikationsverbindung
an einen Zentralrechner oder direkt an andere entsprechend ausgerüstete Fahrzeuge übertragbar,
so dass die Fahrwerke dieser Fahrzeuge bei Erreichen des betreffenden
Fahrbahnabschnitts sofort entsprechend angepasst werden können
und dadurch sofort ein mit dieser erfindungsgemäßen
Lösung maximal möglicher Fahrkomfort erzielbar
ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Zweimassensystem, welches in modellhafter Weise ein Fahrzeug repräsentiert,
und
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2 ein
schematisches Bild eines Fahrzeugs mit einer Feder- und Stoßdämpfersteuerung mittels
der erfindungsgemäßen Lösung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Gemäß 1 lässt
sich ein Fahrzeug vereinfacht als Zweimassenmodell mit einer Fahrzeugaufbaumasse
mA sowie einer Radmasse mR wiedergeben.
Dabei ist zwischen der Fahrzeugaufbaumasse mA und
der Radmasse mR eine Feder mit einer Federkonstante
cA sowie parallel dazu ein Stoßdämpfer 1 mit
einem Dämpfungswiderstand kA angeordnet. Die
Feder ist dabei mit einer Zusatzkraft FA vorgespannt
und ist hierdurch um eine nachfolgend als Vorspannung sA bezeichnete
Länge gegenüber dem nicht vorgespannten Zustand
verkürzt. Die Radmasse mR ist gegenüber
einem Untergrund mittels eines Reifens gefedert, dies wird durch
eine Reifenfeder mit einer Federkonstante cR dargestellt.
Gegenüber einem Bezugsniveau hat eine Fahrbahnunebenheit ein
Höhenprofil h, die Fahrzeugaufbaumasse mA hat von
diesem Bezugsniveau einen vertikalen Abstand zA und
die Radmasse mR hat von diesem Bezugsniveau
einen vertikalen Abstand zR.
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Für
auf einen Fahrzeugaufbau bzw. auf die Fahrzeugaufbaumasse mA wirkende Kräfte gilt unter Vernachlässigung
von Gewichtskräften: mAz ..A + kA(żA – żR)
+ cA(sA + zA – zR)
+ FA = 0
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Für
auf ein Rad bzw. die Radmasse mR wirkende
Kräfte gilt: mRz ..R – kA(żA – żR) – cA(sA + zA – zR) – FA +
cRzR = cRh
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Durch
Addition der Gleichungen und Auflösung nach h ergibt sich
dann für ein Höhenprofil h
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Dementsprechend
kann das Höhenprofil h aus einer Fahrzeugaufbaubeschleunigung z ..A sowie einer Radbeschleunigung z ..R bestimmt
werden. Dabei ist zu beachten, dass der Abstand zR der
Radmasse mR vom Bezugsniveau durch eine
zweifache Integration der Radbeschleunigung z ..R über
die Zeit bestimmt werden kann gemäß: zR = ∫∫z ..Rdt2
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Aus
einem zeitlichen Verlauf eines Höhenprofils h(t) können
durch folgende Autokorrelationsfunktion
periodisch wiederkehrende
Fahrbahnunebenheiten ermittelt werden, wie zum Beispiel Fahrbahnfugen zwischen
Betonplatten oder ähnliches. Diese Gleichung liefert bei
Fahrten mit konstanter oder nahezu konstanter Geschwindigkeit gute
Ergebnisse. Bei Fahrten mit veränderlicher Geschwindigkeit
wird das Höhenprofil h(s) als Funktion der Fahrstrecke
der Berechnung zugrunde gelegt, entsprechend der folgenden Autokorrelationsfunktion:
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Wenn über
diese Autokorrelationsfunktion periodisch wiederkehrende Fahrbahnunebenheiten ermittelt
wurden, können Einstellungen eines Fahrwerkssystems des
Fahrzeugs entsprechend verändert werden, und zwar exakt
im Rhythmus dieser periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten. So
werden beispielsweise Federn und/oder Stoßdämpfer 1 und/oder
Stabilisatoren unmittelbar vor einem Überfahren einer solchen
Fahrbahnunebenheit weicher eingestellt und unmittelbar nach dem Überfahren
der Fahrbahnunebenheit bis zur nächsten Fahrbahnunebenheit
wieder härter eingestellt. Alternativ oder zusätzlich
kann auch die Vorspannung sA der Feder vorausschauend
an die wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten angepasst werden, um
die Einleitung von Schwingungsanregungen in den Fahrzeugaufbau zu
mindern oder zu verhindern. Hierzu werden die Federungs- und/oder
Dämpfungsparameter, d. h. die Vorspannung sA bzw.
die Zusatzkraft FA bzw. der Dämpfungswiderstand
kA derart bestimmt und eingestellt, dass
die Fahrzeugaufbaubeschleunigung z ..A bei einem
Höhenprofil h(t) bzw. h(s) mit den ermittelten periodisch
wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten minimiert wird. Beispielsweise
ist dazu eine Vorspannung der Federn, ein Druck in einer pneumatischen
Federung oder eine steuerbare Drossel- und/oder Ventilvorrichtung
der Stoßdämpfer 1 entsprechend einstellbar.
Auf diese Weise wird ein Fahrkomfort deutlich gesteigert, da von
den Fahrbahnunebenheiten verursachte Stöße abgefedert bzw.
gedämpft werden und somit nicht zu einer Fahrzeugaufbaubeschleunigung z ..A führen, d. h. von Insassen des
Fahrzeugs nicht oder deutlich verringert wahrgenommen werden. Eine
härtere Grundeinstellung des Fahrwerkssystems bleibt jedoch
grundsätzlich erhalten und wird zwischen den periodischen Fahrbahnunebenheiten
jeweils wieder eingestellt, so dass eine optimale Straßenlage
des Fahrzeugs sichergestellt ist, was insbesondere bei Kurvenfahrten, Bremsmanövern
und plötzlichen Ausweichmanövern von großer
Bedeutung ist. Ein Fahrzeug mit einem dauerhaft weicher eingestellten
Fahrwerkssystem könnte in solchen Situationen instabil
werden, wodurch beispielsweise eine Bremswirkung, eine Spurtreue
oder eine Seitenneigungs- und Kippstabilität des Fahrzeugs
negativ beeinflusst würden.
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2 zeigt
ein schematisches Bild eines Fahrzeugs mit einer Feder- und Stoßdämpfersteuerung
mittels der erfindungsgemäßen Lösung.
An einem Radträger, welcher gegenüber dem Fahrzeugaufbau
mittels einer Federung mit der Federkonstante cA abgestützt
ist, ist ein erster Beschleunigungssensor 2 und am Fahrzeugaufbau
ein zweiter Beschleunigungssensor 3 angeordnet, um die
Radbeschleunigung z ..R sowie die Fahrzeugaufbaubeschleunigung z ..A jeweils in Abhängigkeit von der
Zeit t aufnehmen zu können. Signale dieser Beschleunigungssensoren 2, 3 werden
dann mittels einer Auswerteeinheit 4 aufgezeichnet, ausgewertet
und auf periodisch wiederkehrende Signale, d. h. periodisch wiederkehrende
Fahrbahnunebenheiten überprüft.
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Wurden
derartige periodisch wiederkehrende Fahrbahnunebenheiten festgestellt,
werden von der Auswerteeinheit 4 entsprechend einer Stärke
und einer Periodizität der Fahrbahnunebenheiten Stellsignale
an eine Steuerungseinheit 5 übermittelt. Im hier dargestellten
Ausführungsbeispiel wird der Dämpfungswiderstand
kA des Stoßdämpfers 1 den
jeweiligen Fahrbahnverhältnissen angepasst, indem ein Ausgangssignal
F der Auswerteeinheit 4 einen Drosselquerschnitt und die
Ausgangssignale pZ sowie pD einen
Schließdruck einer Drossel- und Ventilanordnung in einem
Bypass des Stoßdämpfers 1 bei Zug- bzw.
Druckbeanspruchung steuern. Das heißt, im Rhythmus der
ermittelten periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten werden
jeweils unmittelbar vor einer Fahrbahnunebenheit, d. h. in ausreichendem
zeitlichen Abstand zu der Fahrbahnunebenheit, um eine Veränderung
der Einstellungen des Fahrwerkssystem zu ermöglichen, von
der Auswerteeinheit 4 entsprechende Ausgangssignale F,
pZ, pD an die Steuerungseinheit 5 übermittelt,
wodurch das Fahrwerkssystem weicher eingestellt wird.
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Die
Fahrbahnunebenheit wird dadurch vom Fahrwerkssystem abgefedert bzw.
gedämpft, so dass auf den Fahrzeugaufbau keine bzw. wesentlich geringere
Fahrzeugaufbaubeschleunigungen z ..A durch diese
Fahrbahnunebenheit einwirken, wodurch der Fahrkomfort für
die Insassen des Fahrzeugs erheblich gesteigert wird. Unmittelbar
nach der Fahrbahnunebenheit werden von der Auswerteeinheit 4 entsprechende
Ausgangssignale F, pZ, pD an
die Steuerungseinheit 5 übermittelt, wodurch das
Fahrwerkssystem wieder entsprechend seiner Grundeinstellung härter
eingestellt wird, wodurch eine optimale und sichere Straßenlage
des Fahrzeugs gegeben ist. Diese Vorgänge wiederholen sich
entsprechend dem Rhythmus der ermittelten periodisch wiederkehrenden
Fahrbahnunebenheiten solange, bis durch die Beschleunigungssensoren 2, 3 keine
entsprechende Fahrbahnunebenheit mehr festgestellt wird, d. h. bis
diese Fahrbahnunebenheiten nicht mehr periodisch wiederkehren.
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In
einer weiteren, hier nicht näher dargestellten Ausführungsform
sind die Beschleunigungssensoren 2, 3 in einem
vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet, d. h. der erste Beschleunigungssensor 2 an
einem vorderen Radträger und der zweite Beschleunigungssensor 3 in
einem vorderen Bereich des Fahrzeugaufbaus. Dadurch sind mittels
der Auswerteeinheit 4 auch nicht periodisch wiederkehrende Fahrbahnunebenheiten
derart auswertbar, dass unmittelbar nach einer festgestellten Fahrbahnunebenheit,
d. h. nachdem diese von dem Vorderrad des Fahrzeugs überfahren
wurde, durch die Auswerteeinheit 4 entsprechende Ausgangssignale
F, pZ, pD an die
Steuerungseinheit 5 übermittelt werden, um an einer
Hinterachse des Fahrzeugs Einstellungen entsprechender Fahrwerkskomponenten
zu verstellen. Dadurch wird die jeweilige Fahrbahnunebenheit zumindest
an der Hinterachse des Fahrwerks abgefedert bzw. gedämpft.
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Sind
an beiden Vorderrädern derartige Beschleunigungssensoren 2, 3 angeordnet,
sind diese Veränderungen auch auf nur jeweils einer Fahrzeugseite
durchführbar. So können beispielsweise, wenn an
einem vorderen rechten Rad eine Fahrbahnunebenheit ermittelt wurde,
zum Beispiel ein Schlagloch an einem Fahrbahnrand, durch die Auswerteeinheit 4 entsprechende
Ausgangssignale F, pZ, pD an
die Steuerungseinheit 5 übermittelt werden, um
ausschließlich Einstellungen einer rechten hinteren Federungs-
und Stoßdämpfereinheit entsprechend zu verändern.
Dadurch ist der Fahrkomfort des Fahrzeugs weiter verbesserbar, da
nicht nur periodisch wiederkehrende Fahrbahnunebenheiten abgefedert bzw.
gedämpft werden, sondern zumindest an der Hinterachse des
Fahrzeugs auch andere Fahrbahnunebenheiten.
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In
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist
an die Auswerteeinheit 4 eine Einheit zur Erfassung und
Auswertung von Signalen eines globalen Positionsbestimmungssystems
gekoppelt, beispielsweise ein Navigationssystem des Fahrzeugs. Damit
kann beispielsweise einem Beginn und einem Ende ermittelter periodisch
wiederkehrender Fahrbahnunebenheiten oder beispielsweise auch größeren
einzelnen Fahrbahnunebenheiten deren jeweilige Position zugeordnet
und gespeichert werden, so dass bei einem erneuten Befahren eines
Fahrbahnabschnitts, auf welchem Fahrbahnunebenheiten festgestellt
wurden, sofort das Fahrwerkssystem entsprechend eingestellt wird,
ohne Zeitverzögerungen durch eine Auswertung von Signalen
der Beschleunigungssensoren 2, 3.
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Hat
ein solches Fahrzeug beispielsweise eine Kommunikationsverbindung
zu einem Zentralcomputer oder zu anderen entsprechend ausgerüsteten
Fahrzeugen, können derartige Informationen beispielsweise
auch anderen Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden.
Auf diese Weise ist ein Fahrverhalten gleichartiger oder ähnlicher
Fahrzeuge, welche mit der erfindungsgemäßen Lösung
ausgerüstet sind, auch auf Fahrbahnabschnitten erheblich optimierbar,
welche das jeweilige Fahrzeug zum ersten Mal befährt.
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Bei
Fahrzeugen, welche bereits mit einem so genannten Prescan-Fahrwerkssystem
ausgerüstet sind, d. h. an welchen beispielsweise Lasersensoren oder
Bilderfassungssensoren zu einer vorausschauenden Erfassung von Fahrbahnunebenheiten
angeordnet sind, ist die erfindungsgemäße Lösung
als redundante Variante einsetzbar. Auf diese Weise bleibt bei einem
Ausfall vorausschauender Sensoren oder bei deren Beeinträchtigung,
beispielsweise durch Schneefall oder bei schneebedeckter Fahrbahn,
zumindest der mittels der erfindungsgemäßen Lösung erzielbare
Fahrkomfort erhalten.
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- 1
- Stoßdämpfer
- 2
- erster
Beschleunigungssensor
- 3
- zweiter
Beschleunigungssensor
- 4
- Auswerteeinheit
- 5
- Steuerungseinheit
- mA
- Fahrzeugaufbaumasse
- mR
- Radmasse
- cA
- Federkonstante
Feder
- cR
- Federkonstante
Reifen
- kA
- Dämpfungswiderstand
- h
- Höhe
Straßenunebenheit
- zA
- Abstand
Fahrzeugaufbaumasse
- zR
- Abstand
Radmasse
- z ..A
- Fahrzeugaufbaubeschleunigung
- z ..R
- Radbeschleunigung
- F
- Ausgangssignal
Drosselquerschnitt
- pD
- Ausgangssignal
Schließdruck Zugbeanspruchung
- pZ
- Ausgangssignal
Schließdruck Druckbeanspruchung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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