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Die Erfindung betrifft ein landwirtschaftliches oder kommunales Nutzfahrzeug, insbesondere Traktor, mit einer Antriebsmaschine und mindestens einer Anbauschnittstelle für den Anbau von Arbeitsgeräten, wobei die mindestens eine Anbauschnittstelle Arbeitsanschlüsse umfasst, über welche angebaute Arbeitsgeräte antreibbar sind, und mit einem elektrischen Zweig, über welchen mindestens einer der Arbeitsanschlüsse betreibbar ist.
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Traktoren weisen zur Aufnahme von Arbeitsgeräten, welche beispielsweise zur Feldbestellung und für Arbeiten auf dem Hof zur Anwendung kommen, im Heckbereich eine Anbauschnittstelle auf, an welcher die Arbeitsgeräte zumeist über einen Dreipunktkraftheber angehängt werden. Außerdem weisen Traktoren überwiegend zusätzlich auch im Frontbereich eine Anbauschnittstelle zur frontseitigen Aufnahme von Arbeitsgeräten auf. Neben diesen Standardtraktoren gibt es Systemfahrzeuge, wie z. B. Geräteträger und Trac-Fahrzeuge, bei denen Arbeitsgeräte zusätzlich zwischen den Fahrzeugachsen angebaut werden können.
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Eine Anbauschnittstelle an einem Traktor umfasst dabei Arbeitsanschlüsse, welche üblicherweise durch eine Zapfwelle zum Abgriff eines Drehmoments und Hydraulikanschlüsse (sogenannte Remote-Anschlüsse) zur Übertragung eines hydraulischen Druckes auf die Arbeitsgeräte gebildet sind, womit an diesen bestimmte Funktionen gesteuert oder Hydraulikmotoren angetrieben werden. Die Zapfwelle wird dabei über die Brennkraftmaschine des Traktors und ein zwischengeschaltetes Zapfenwellengetriebe angetrieben und liefert je nach Bedarf eine der beiden Standarddrehzahlen von 540 1/min oder 1.000 1/min, wobei das Zapfwellengetriebe hierbei derart untersetzt, dass diese Standarddrehzahlen im Bereich der Nenndrehzahl der Brennkraftmaschine erreicht werden. Weiterhin ist zum Teil ein Betrieb der Zapfwelle als sogenannte Wegezapfwelle möglich, bei welcher eine Koppelung der Zapfwelle mit einem Triebstrang der Antriebsachsen des Traktors vorgenommen wird, so dass die Zapfwellendrehzahl in Abhängigkeit zu einer Fahrgeschwindigkeit des Traktors steht.
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Bei neueren Entwicklungen von Antriebskonzepten der Traktoren werden inzwischen auch Hybridsysteme vorgesehen, bei welchen im Sinne eines Parallelhybriden von einem über eine Brennkraftmaschine angetriebenen mechanischen Zweig auch zumindest ein elektrischer Zweig abgeht, über welchen elektrische Leistung mittels eines zugehörigen Elektromotors gezielt zum Fahrantrieb oder zum Betrieb der Arbeitsanschlüsse einer Anbauschnittstelle des Traktors eingesetzt werden kann. Des Weiteren finden aber auch serielle Hybridsysteme Anwendung, bei welchen über eine Brennkraftmaschine ein Generator betrieben wird, welcher die nötige elektrische Leistung zum Fahrantrieb des Traktors, sowie zum Betreiben der Arbeitsgeräte zur Verfügung stellt. Schließlich ist auch die Brennstoffzelle als alternatives Antriebskonzept bei den landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen ein Thema neuerer Entwicklungsvorhaben.
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Aus der
DE 10 2004 012 767 A1 ist ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug bekannt, bei welchem über eine Antriebsmaschine, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, und über einen mechanischen Antriebsstrang ein Fahrantrieb des Nutzfahrzeuges und ein Arbeitsanschluss in Form einer Zapfwelle antreibbar sind. Des Weiteren treibt die Brennkraftmaschine einen Generator an, dessen erzeugter elektrischer Strom über eine Steuereinheit in zwei parallele elektrische Zweige einspeisbar ist, wobei jeder dieser elektrischen Zweige über einen Elektromotor verfügt, welcher den elektrischen Strom wiederum in ein Drehmoment umsetzen kann. Dieses Drehmoment kann dabei zum Vortrieb des Nutzfahrzeuges, aber auch zu einem Betrieb der Zapfwelle herangezogen werden. Folglich ist ein Antriebssystem eines Nutzfahrzeuges gemäß der
DE 10 2004 012 767 A1 als paralleles Hybridsystem aufgebaut, bei welchem die Brennkraftmaschine und die elektrischen Zweige zumindest zeitweise gemeinsam ein für den Fahrbetrieb des Nutzfahrzeuges und/oder den Betrieb der Zapfwelle notwendiges Drehmoment zur Verfügung stellen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit welchem Arbeitsgeräte in einem Stationärbetrieb emissionsfrei betreibbar sind.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass eine mit dem elektrischen Zweig verbundene Anschlussdose vorgesehen ist, über welche der elektrische Zweig mit einer externen Stromquelle verbindbar ist. Hierdurch ist es möglich, über die externe Stromquelle den elektrischen Zweig zu speisen und damit einen, mit dem elektrischen Zweig verbundenen Arbeitsanschluss zu betreiben, ohne hierfür die Antriebsmaschine des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges heranziehen zu müssen. Folglich können an der Anbauschnittstelle des Nutzfahrzeuges angeordnete stationäre Arbeitsgeräte über die externe Stromquelle, beispielsweise das auf dem Hof verfügbare Stromnetz betrieben werden, ohne dass hierbei Emissionen auftreten. Dabei ist dieser Stationärbetrieb von Arbeitsgerätschaften insbesondere innerhalb geschlossener Gebäude von Vorteil. Im Falle einer nicht möglichen externen Stromversorgung kann ein stationäres Arbeitsgerät aber auch auf die herkömmliche Art und Weise über die Antriebsmaschine, d. h. die Brennkraftmaschine des Traktors betrieben werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen die Anschlussdose und den elektrischen Zweig eine Umrichtereinheit geschaltet. Dies hat den Vorteil, dass über die Umrichtereinheit gegebenenfalls eine über die externe Stromquelle verfügbare andere Stromart und/oder ein anderes Spannungsniveau auf die benötigte Stromart und ein definiertes Spannungsniveau geregelt werden kann. Somit kann beispielsweise der aus dem Hausnetz beziehbare Wechsel- bzw. Drehstrom mit 230 bzw. 380 Volt auf einen Gleichstrom mit erforderlicher Spannung umgerichtet werden. Bevorzugt setzt sich die Umrichtereinheit hierzu aus einem Gleichrichter und einer Transformatoreinheit zusammen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Arbeitsanschlüsse der mindestens einen Anbauschnittstelle einen mechanischen Arbeitsanschluss in Form einer Zapfwelle, an welchem ein über einen Elektromotor des elektrischen Zweiges erzeugtes Drehmoment abgreifbar ist. Mittels einer derartigen Ausgestaltung kann über den elektrischen Zweig an einem Arbeitsanschluss ein definiertes Drehmoment erzeugt werden, welches zum Betrieb der beispielsweise auf dem Hof stationär betriebenen Arbeitsgeräte nötig ist. In Kombination mit einer Stromversorgung des elektrischen Zweiges über die externe Stromquelle ist damit ein emissionsfreier mechanischer Antrieb eines angebauten Arbeitsgerätes im Stationärbetrieb möglich. Bevorzugt ist der Elektromotor des elektrischen Zweiges hierbei mit einer Steuerung verbunden, welche eine Drehzahl des Elektromotors wahlweise auf eine der Standarddrehzahlen 540 1/min oder 1.000 1/min einregelt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist hierbei an der Anbauschnittstelle zudem ein weiterer mechanischer Arbeitsanschluss vorgesehen, welcher in der üblichen Weise mechanisch über die Antriebsmaschine antreibbar ist. Das Vorsehen eines weiteren mechanischen Arbeitsanschlusses hat den Vorteil, dass abseits eines Stationärbetriebes des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges auch Arbeitsgerätschaften an der Anbauschnittstelle vorgesehen werden können, welche eine hohe Leistung abfordern. Derartige Arbeitsgerätschaften könnten zwar auch über einen mittels des elektrischen Zweiges betriebenen mechanischen Arbeitsanschluss angetrieben werden, ein Elektromotor des elektrischen Zweiges müsste allerdings sehr leistungsstark und damit großbauend ausgeführt werden. Um diesen aufwendigeren und bauraumintensiven Aufbau zu vermeiden, kann daher bei Arbeitsgerätschaften mit einem hohen Leistungserfordernis, wie beispielsweise Kreiseleggen, Großballenpressen usw. ein konventioneller Antrieb über die Antriebsmaschine erfolgen.
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Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Arbeitsanschlüsse einen hydraulischen Arbeitsanschluss, an welchem eine hydraulische Leistung abgreifbar ist, wobei eine Hydraulikpumpe mit einem vorgeschalteten Elektromotor des elektrischen Zweiges die hydraulische Leistung erzeugt. Hierdurch ist es möglich, auch die teilweise zum Antrieb und zur Steuerung von Arbeitsgeräten nötige hydraulische Leistung über den elektrischen Zweig darzustellen und im Stationärbetrieb über die externe Stromquelle zu bewerkstelligen.
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Erfindungsgemäß umfassen die Arbeitsanschlüsse des Weiteren einen elektrischen Arbeitsanschluss, welcher mit dem elektrischen Zweig verbunden ist. Hierüber ist auch eine direkte Versorgung elektrischer Verbraucher der Arbeitsgeräte über den elektrischen Zweig möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine mit einem nachgeschalteten Antriebsstrang, in welchem ein über die Verbrennungskraftmaschine angetriebener Generator vorgesehen ist, der elektrische Leistung in den elektrischen Zweig einspeist. Vorteilhafterweise ist dieser Generator dabei über eine Trennkupplung von der Verbrennungskraftmaschine abtrennbar. Mittels einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung kann der elektrische Zweig auch im Falle einer fehlenden Stromversorgung über eine externe Stromquelle zuverlässig mit elektrischer Leistung, nämlich über die Verbrennungskraftmaschine und den Generator versorgt und dementsprechend auch die mit dem elektrischen Zweig verbundenen Arbeitsanschlüsse betrieben werden. Durch eine mögliche Trennung des Generators von der Verbrennungskraftmaschine kann die Einspeisung elektrischer Leistung in den elektrischen Zweig allerdings auch gezielt unterbleiben, beispielsweise wenn keine Arbeitsgeräte angehängt oder deren Betrieb nicht erwünscht ist. Dies ist beispielsweise bei einer Straßenfahrt des Traktors der Fall, bei welcher angehängte Arbeitsgeräte nicht betrieben werden. Folglich kann eine durch den Betrieb des Generators, sowie weiterer Elemente des elektrischen Zweiges, wie Elektromotoren, hervorgerufene Verlustleistung wirksam verhindert werden.
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Es ist jedoch auch ein Aufbau gemäß eines seriellen Hybrides denkbar, bei welchem eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine stetig einen Generator antreibt, welcher die für einen Fahrantrieb nötige elektrische Energie erzeugt. In diesem Fall bezieht der elektrische Zweig die elektrische Leistung von diesem Generator. Des Weiteren ist auch ein alternatives Antriebskonzept in Verbindung mit einer Brennstoffzelle denkbar.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figur näher dargestellt.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen oder kommunalen Nutzfahrzeuges, welches vorliegend als Traktor 1 ausgeführt ist. Dieser Traktor 1 verfügt über eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine 2, welche über einen Antriebsstrang 3 und einem dem Antriebsstrang 3 zugeordneten Getriebe 4 einen Fahrantrieb des Traktors 1 betreibt. Dabei sind weitere, dem Antriebsstrang 3 zugehörige Elemente, wie beispielsweise eine Trennkupplung oder ein Drehmomentwandler zwischen Verbrennungskraftmaschine 2 und Getriebe 4, sowie dem Getriebe 4 nachgeschaltete Differentiale, Antriebsachsen etc. vorliegend nicht dargestellt.
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Wie des Weiteren aus der einzigen Figur hervorgeht, verfügt der Traktor 1 in seinem Heckbereich über eine Anbauschnittstelle 5, an welcher ein stationäres Arbeitsgerät 6 angebaut ist. Die Verbindung zwischen der Anbauschnittstelle 5 und dem Arbeitsgerät 6 ist vorliegend nicht weiter dargestellt, kann jedoch auf die übliche Art und Weise über einen Dreipunktkraftheber des Traktors 1 oder eine feste Verbindung durch eine Anhängekupplung mit der Anbauschnittstelle 5 erfolgen. Bei dem stationären Arbeitsgerät 6 handelt es sich im dargestellten Fall um ein stationär zu betreibendes Gerät, beispielsweise eine Güllepumpe, einen Holzspalter, eine Kreissäge, eine Weinpresse etc. Zum Betrieb weist das Arbeitsgerät 6 einen mechanischen Eingang 7 in Form einer Zapfwelle, über welchen ein Drehmoment zum Betreiben bewegter Elemente des Arbeitsgeräts 6 eingespeist werden kann, und einen hydraulischen Eingang 8 in Form einer Druckmittelkupplung (Remote-Anschluss) auf, über welchen unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zugeführt werden kann, um beispielsweise eine hydraulische Steuerung mit Druckmittel zu versorgen oder Hubzylinder bzw. -motoren anzutreiben und anzusteuern. Dabei ist der mechanische Eingang 7 mit einem mechanischen Arbeitsanschluss 9 an der Anbauschnittstelle 5 und der hydraulische Eingang 8 mit einem hydraulischen Arbeitsanschluss 10 verbunden, wobei über die beiden Arbeitsanschlüsse 9 und 10 das Drehmoment bzw. die hydraulische Leistung zur Verfügung gestellt werden.
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Sowohl der mechanische Arbeitsanschluss 9, als auch der hydraulische Arbeitsanschluss 10 werden jeweils über einen elektrischen Zweig 11 betrieben, in welchen durch die Verbrennungskraftmaschine 2 und mittels eines zwischengeschalteten Generators 12, der über eine Trennkupplung 13 mit dem Antriebsstrang 3 verbindbar ist, elektrischer Strom eingespeist werden kann. Um die somit in den elektrischen Zweig 11 eingespeiste elektrische Leistung in eine mechanische bzw. hydraulische Leistung umsetzen zu können, ist dem mechanischen Arbeitsanschluss 9 ein Elektromotor 14 vorgeschaltet, welcher entsprechend des zugeführten Stromes ein Drehmoment erzeugt, sowie dem hydraulischen Arbeitsanschluss 10 ein Elektromotor 15 und eine Hydraulikpumpe 16 vorgeschaltet, wobei der Elektromotor 15 hierbei den elektrischen Strom in ein entsprechendes Drehmoment und die Hydraulikpumpe 16 dieses Drehmoment in eine Verdichtung von Hydraulikflüssigkeit umsetzt. Bevorzugt sind die Elektromotoren 14 und 15 hierbei jeweils mit einer – nicht dargestellten – Steuerung verbunden, über welche Ausgangswellendrehzahlen der Elektromotoren 14 und 15 jeweils geregelt werden können. Insbesondere bei dem mechanischen Arbeitsanschluss 9 können hierbei die Standarddrehzahlen 540 1/min oder 1.000 1/min gezielt an einer Zapfwelle des mechanischen Arbeitsanschlusses 9 eingeregelt werden. Im nichtstationären Betrieb eines an der Anbauschnittstelle 5 angebrachten Arbeitsgeräts ist aber zudem auch die Darstellung einer von der Fahrgeschwindigkeit des Traktors 1 abhängigen Drehzahl denkbar. Die Drehzahl des Elektromotors müsste dabei analog einer Drehzahl einer das Differential antreibenden Ausgangswelle des Getriebes 4 geregelt werden.
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Des Weiteren ist auch noch ein elektrischer Arbeitsanschluss 17 vorgesehen, welcher mit dem elektrischen Zweig 11 verbunden ist und über welchen elektrischer Strom elektrischen Verbrauchern eines angebauten Arbeitsgeräts zugeführt werden kann. Zudem verfügt die Anbauschnittstelle 5 noch über einen weiteren mechanischen Arbeitsanschluss 18, der mechanisch über die Verbrennungskraftmaschine 2 antreibbar ist. Über diesen weiteren mechanischen Arbeitsanschluss 18 können insbesondere Arbeitsgerätschaften mit einem hohen Leistungsbedarf, wie beispielsweise Kreiseleggen, betrieben werden, welche ein hohes Drehmoment abfordern, was bei einem Betrieb über den mechanischen Arbeitsanschluss 9 einen leistungsstarken und dementsprechend großbauenden Elektromotor 14 erfordern würde. Alternativ ist daher bei derartig leistungsstarken Arbeitsgerätschaften ein konventioneller Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine 2 möglich.
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Als Besonderheit ist der elektrische Zweig 11 nun mit einer Anschlussdose 19 verbunden, welche von außen zugänglich am Traktor 1 vorgesehen ist und vorliegend nur aus Platzgründen an der dargestellten Position am Traktor 1 dargestellt ist. Bevorzugt ist die Anschlussdose 19 vielmehr insbesondere im Heckbereich des Traktors 1 platziert. Über die Anschlussdose 19 kann der elektrische Zweig 11 mit einer externen Stromquelle, beispielsweise einem üblichen Hausstromnetz, verbunden und über dieses mit elektrischem Strom versorgt werden. Um hierbei einen eventuellen Wechselstrom mit einem bestimmten Spannungswert auf Gleichstrom und das erforderliche Spannungsniveau abzuändern, ist zwischen der Anschlussdose 19 und dem elektrischen Zweig 11 eine Umrichtereinheit 20 vorgesehen, die bevorzugt einen Gleichrichter und einen Transformator umfasst.
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Im Falle des stationären Arbeitsgeräts 6 ist es damit möglich, dieses über den elektrischen Zweig 11 durch eine Stromversorgung über die Anschlussdose 19 und ohne einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 2 zu betreiben. Das erforderliche Drehmoment hierfür, sowie die hydraulische Leistung werden über die Arbeitsanschlüsse 9 und 10 zur Verfügung gestellt, die über den elektrischen Zweig 11 mit Energie versorgt werden. Folglich ist im Stationärbetrieb ein emissionsfreier Betrieb des Arbeitsgeräts 6 möglich. Ist allerdings keine externe Stromquelle verfügbar, so kann das stationäre Arbeitsgerät 6 auch über die Verbrennungskraftmaschine 2 betrieben werden, wobei in diesem Fall elektrischer Strom über den Generator 12 in den elektrischen Zweig 11 eingespeist wird. Auf diese Art und Weise ist aber auch ein Betrieb nichtstationärer Arbeitsgerätschaften möglich, wobei im Falle sehr leistungsintensiver Arbeitsgerätschaften ein Anschluss an den weiteren mechanischen Arbeitsanschluss 18 möglich ist.
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Mittels des erfindungsgemäßen landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges ist somit ein emissionsfreier stationärer Betrieb von Arbeitsgerätschaften, wie beispielsweise Holzspaltern, Kreissägen, etc., möglich. Allerdings können derartige Arbeitsgerätschaften auch im Falle einer fehlenden externen Stromquelle problemlos angetrieben werden.
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Die Erfindung ist hierbei nicht beschränkt auf die im Vorfeld beschriebene Ausführungsform. Vielmehr ist auch ein analoger Aufbau denkbar, bei welcher ein entsprechender Betrieb von Arbeitsanschlüssen einer Anbauschnittstelle im Frontbereich eines Nutzfahrzeuges oder sogar sowohl im Front- als auch im Heckbereich eines Nutzfahrzeuges möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Traktor
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Antriebsstrang
- 4
- Getriebe
- 5
- Anbauschnittstelle
- 6
- stationäres Arbeitsgerät
- 7
- mechanischer Eingang
- 8
- hydraulischer Eingang
- 9
- mechanischer Arbeitsanschluss
- 10
- hydraulischer Arbeitsanschluss
- 11
- elektrischer Zweig
- 12
- Generator
- 13
- Trennkupplung
- 14
- Elektromotor
- 15
- Elektromotor
- 16
- Hydraulikpumpe
- 17
- elektrischer Arbeitsanschluss
- 18
- mechanischer Arbeitsanschluss
- 19
- Anschlussdose
- 20
- Umrichtereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004012767 A1 [0005, 0005]
