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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Kolben, in dem eine Mulde ausgebildet ist, dessen Wärmeverlust gering ist, dessen Druckverlust gering ist, dessen Verbrennungswirkungsgrad hoch ist, dessen Kraftstoffverbrauch gering ist und dessen Verbrennungstakt stabil ausgeführt wird.
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8 zeigt eine obere Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kolbens 800.
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Eine Verbrennungskammer 802 umfasst einen muldenförmig ausgebildeten Raum an einer Oberseitenfläche des Kolbens 800, wobei die Verbrennungskammer 802 auf einer Seite der Querschnittsansicht einen in vertikaler Richtung verlaufenden S-förmigen Anstieg aufweist, um die Mulde auszubilden.
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Kraftstoff wird in die Verbrennungskammer injiziert und wird in einer verdichteten Form gezündet um einen Arbeitstakt auszuführen und Leistung auszugeben, und eine Nachbehandlungseinrichtung zur Verarbeitung von Abgas, dass aus der Verbrennungskammer ausgelassen wird, ist notwendig um die Abgasvorschriften, die neulich verschärft wurden, zu erfüllen.
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Die wie oben angegebene Nachbehandlungseinrichtung erhöht jedoch die Kosten für ein Fahrzeug und folglich wird kontinuierlich Forschung betrieben um die Abgasqualität zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
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Die vorstehend offenbarten Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollen nicht als Anerkennung oder eine Form der Anregung verstanden sein, dass diese Informationen den Stand der Technik darstellen, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet einen Kolben bereitzustellen, in welchem eine Mulde ausgebildet ist, mit Vorteilen bei einer Erhöhung einer Luftnutzungsrate einer in der Mulde ausgebildeten Flamme, Ausführen einer stabilen Verbrennung für einen Einspritzwinkel des Kraftstoffs, und einem präzisen Steuern der Kraftstoffeinspritzung zur Erhöhung einer Luftmischungsrate.
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Ein Kolben, in welchem eine Mulde ausgebildet ist, und in welcher eine geneigte Randoberfläche, die von einer Ecke einer oberen Oberfläche in Richtung einer Mittelachse geneigt ist, wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet, wobei eine Bodenecknut aus einem Endbereich der geneigten Oberfläche gebildet ist, eine Nutinnenoberfläche der Bodenecknut eine Form besitzt, die als Bogenlinie von der Mittelachse in eine äußere Richtung ausgebildet ist, eine Nutbodenoberfläche der Bodenecknut eine Form hat, die als Bogenlinie in einer unteren Richtung ausgebildet ist, die geneigte Randoberfläche und die Bodenecknut mittig um die Mittelachse herum ausgebildet sind, um eine Mulde auszubilden, und eine Bodenoberfläche der Mulde korrespondierend zu der Mittelachse hervorsteht, um einen erhobenen Bereich auszubilden.
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Die geneigte Randoberfläche besitzt eine ebene Struktur so lang wie eine vorgegebene Länge (L), und ein Winkel (θ), den die geneigte Randoberfläche mit der oberen Oberfläche bildet, ist größer als 30 Grad.
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Ein Grenzvorsprung steht in Richtung der Mittelachse zwischen der geneigten Randoberfläche und der Bodenecknut hervor, und ein Verhältnis von einem Abstand (D3) zwischen Endbereichen des Grenzvorsprungs geteilt durch einen Abstand (D2) zwischen den Nutinnenoberflächen ist größer als 0,95.
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Die Nutinnenoberfläche ist im tiefsten Bereich der Bodenecknut in der Mulde ausgeformt, eine Höhe (h) ist zwischen der Nutbodenoberfläche und der oberen Oberfläche ausgebildet, und [3,14/4 × (max. Innendurchmesser D1 der Mulde)^2 × h/Muldenvolumen (V)] ist größer als 1,5.
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Ein Grenzbereich zwischen der geneigten Oberfläche und der oberen Oberfläche hat einen abgerundeten Bereich mit einem vorgegebenen Krümmungsradius R1.
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Ein Grenzvorsprung steht zwischen der geneigten Randoberfläche und der Bodenecknut in Richtung der Mittelachse hervor, und ein Wert von einem Abstand (D3) zwischen Endbereichen des Grenzvorsprungs geteilt durch einen Abstand (D1) zwischen Grenzbereichen in denen sich die geneigte Oberfläche und die obere Oberfläche treffen liegt in einem Bereich von 0,78 bis 0,82.
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Ein Kolben, in welchem gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben eine Mulde ausgebildet ist, erhöht die Nutzungsrate einer in der Mulde ausgebildeten Flamme, fuhrt eine stabile Verbrennung durch und steuert die Kraftstoffeinspritzung zur Erhöhung der Mischungsrate.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Kolbens, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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2 zeigt ein Diagramm, welches Kennwerte von Kraftstoffverbrauch und Abgas darstellt, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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3 zeigt Diagramme von Kennwerten von Wärmeabgaberate und Zylinderdruck, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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4 zeigt Diagramme von Kennwerten von Zylinderdruck und Stickstoffoxid in dem Abgas, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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5 zeigt ein Diagramm von Kraftstoffverbrauchskennwerten (Äquivalentverhältnis) und von Temperaturkennwerten, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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6 zeigt Diagramme von Kennwerten von Leistung, Kraftstoffverbrauch und Abgas in einem Volllastzustand, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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7 zeigt Diagramme von Kennwerten von Abgas und Kraftstoffverbrauch in einem Teillastzustand, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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8 zeigt einen Querschnitt einer herkömmlichen Kolbenform.
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Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die angefügten Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Kolbens, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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Bezugnehmend auf 1 ist eine Mulde 110 in einer oberen Oberfläche eines Kolbens 100 ausgebildet und die Mulde 110 ist zentriert um die eine Mittelachse 180 des Kolbens 100 ausgebildet.
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Die Form der Mulde 110 in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
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Eine geneigte Randoberfläche 140 ist ausgebildet, welche von einer Ecke einer oberen Oberfläche 160 des Kolbens 100 nach unten in Richtung der Mittelachse 180 geneigt ist.
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Die geneigte Randoberfläche 140 ist eine ebene Oberfläche, und es ist bevorzugt, dass ein Winkel (θ), den die geneigte Randoberfläche 140 mit der oberen Oberfläche 160 bildet, größer als 30 Grad ist.
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In der Zeichnung ist die geneigte Oberfläche 140 so viel wie 40 Grad nach unten geneigt. Ein abgerundeter Bereich 170 ist an einem Grenzbereich zwischen der geneigten Oberfläche 140 und der oberen Oberfläche 160 des Kolbens 100 ausgebildet.
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Eine Bodenecknut 120 ist an einem tieferen Bereich der geneigten Oberfläche 140 ausgebildet. Ein Grenzvorsprung 150 ist zwischen der Bodenecknut 120 und der geneigten Oberfläche 140 ausgebildet. Der Grenzvorsprung 150 steht in Richtung der Mittelachse 180 des Kolbens hervor.
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Eine Nutbodenoberfläche 135 ist an dem Boden der Bodenecknut 120 ausgebildet, und die Nutbodenoberfläche 135 hat eine kreisförmige Form, die an einer niedrigeren Seite eingebeult ist.
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Weiterhin ist eine Nutinnenoberfläche 130 innerhalb der Bodenecknut 120 ausgebildet, und die Nutinnenoberfläche 130 hat eine kreisförmige Form, die in einer äußeren Richtung von der Mittelachse 180 eingebeult ist.
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Die Bodenecknut 120 ist ausgebildet basierend auf der Mittelachse 180 und einem erhobenen Bereich 115, der in Richtung der Mittelachse 180 von der Bodenoberfläche der Mulde 110 nach oben geneigt ist.
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Wie in der Zeichnung gezeigt besitzt der ebene Bereich der geneigten Oberfläche 140 eine vorgegebene Länge (L) und der Kolben besitzt einen vorgegebenen Außendurchmesser (Bohrung).
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Ein maximaler Abstand D1 ist zwischen beiden Teilen, an denen die geneigte Oberfläche 140 ausgehend von der oberen Oberfläche 160 des Kolbens 100 beginnt ausgebildet, und ein maximaler Abstand D3 ist zwischen den Grenzvorsprüngen 150, die an dem Grenzbereich zwischen der geneigten Oberfläche 140 und der Bodenecknut 120 ausgebildet sind, ausgebildet.
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Ein maximaler Abstand D2 ist zwischen den Nutinnenoberflächen 130 der Bodenecknut 120 ausgebildet, und eine maximale Höhe (h) ist zwischen der Nutbodenoberfläche 135 der Bodenecknut 120 und der oberen Oberfläche 160 des Kolbens 100 ausgebildet.
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Weiterhin hat der abgerundete Bereich 170, der an dem Grenzbereich der geneigten Oberfläche 140 und der oberen Oberfläche 160 des Kolbens 100 ausgebildet ist, einen vorgegebenen Krümmungsradius R1. Wie in der Zeichnung gezeigt, haben die Längen die Relation Bohrung > D1 > D2 > D3 > h > L > R1.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass D3/D2 größer als 0,95 ist, und dass 3,14/4 × (max. innerer Durchmesser der Mulde (D1))^2 × h/Muldenvolumen (V) größer als 1,5 ist.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass D3/D1 zwischen 0,78 und 0,82 liegt, und dass ein Neigungswinkel (θ) der geneigten Oberfläche 140 größer als 30 Grad ist. Die Haltbarkeit des Kolbens 100 wird durch den Krümmungsradius R1 verbessert, und die Nutzungsrate der Luft wird verbessert.
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2 zeigt Diagramme von Kennwerten von Kraftstoffverbrauch und Abgas, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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Bezugnehmend auf das linke Diagramm in 2 bezeichnet die horizontale Achse die Menge an Stickstoffoxid (NOx) und die vertikale Achse bezeichnet eine Menge von bremsspezifischem Kraftstoffverbrauch (BSFC: Brake Specific Fuel Consumption) pro Einheitsleistung.
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Der Kolben (100, SD) gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert die Menge an bremsspezifischem Kraftstoffverbrauch (BSFC) und Stickoxid (NOx).
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Bezugnehmend auf das rechte Diagramm in 2 bezeichnet die horizontale Achse die Menge an Stickstoffoxid (NOx) und die vertikale Achse bezeichnet eine Menge eines Partikelmaterials (Ruß) des Abgases, wobei der Kolben (SD) gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge des Partikelmaterials reduziert.
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3 zeigt Diagramme von Kennwerten von Wärmeabgaberate und Zylinderdruck, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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Bezugnehmend auf das obere Diagramm in 3 bezeichnet die horizontale Achse einen Kurbelwinkel einer Kurbelwelle und die vertikale Achse bezeichnet eine Wärmeabgaberate. Wie in der Zeichnung gezeigt, reduziert der Kolben (100, SD) gemäß der vorliegenden Erfindung die Wärmeabgabemenge.
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Bezugnehmend auf das untere Diagramm in 3 bezeichnet die horizontale Achse den Kurbelwinkel einer Kurbelwelle und die vertikale Achse bezeichnet einen Zylinderdruck. Wie in der Zeichnung gezeigt, zeigt der Druck des Kolbens (100, SD) gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tendenz hoch zu sein.
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Da die Oberflächenwärmeabgabe der Verbrennungskammer des Kolbens 100 gemäß der vorliegenden Erfindung niedrig ist, ist dort die Wirkung, dass eine Oberfläche um etwa 10% reduziert ist, und der Verbrennungsdruck erhöht ist und Kraftstoffverbrauch gespart wird, durch eine niedrige Wärmeabgabe.
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4 zeigt Diagramme von Kennwerten von Zylinderdruck und Stickstoffoxid in dem Abgas, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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Bezugnehmend auf 4 bezeichnet die horizontale Achse einen Kurbelwinkel einer Kurbelwelle und die vertikale Achse bezeichnet eine Menge an Stickstoffoxid (NOx) und eine Menge eines Partikelmaterials (Ruß) eines Abgases.
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Wie in den Diagrammen gezeigt, kann erkannt werden, dass die Menge an Stickstoffoxid und Partikelmaterial reduziert sind, wenn der Kolben (SD) gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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5 zeigt ein Diagramm von Kraftstoffverbrauchskennwerten (Äquivalentverhältnis) und von Temperaturkennwerten, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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Bezugnehmend auf 5 bezeichnet die horizontale Achse eine Verbrennungstemperatur (Äquivalenzverhältnis) und die vertikale Achse bezeichnet ein Kraftstoff/Luft Mischungsverhältnis, und zeigt, dass eine Verbrennungsreaktion bei einer niedrigeren Temperatur, im Vergleich zu einer herkömmlichen Verbrennungskammer, in dem Kolben (SD) gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
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6 zeigt Diagramme von Kennwerten von Leistung, Kraftstoffverbrauch und Abgas in einem Volllastzustand, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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Bezugnehmend auf 6 repräsentiert Eu-5 RB einen Vergleichskolben und SD160 repräsentiert einen Kolben 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die vertikalen Achsen die Leistung, die Menge an bremsspezifischem Kraftstoffverbrauch (BSFC: Brake Specific Fuel Consumption) beziehungsweise Rauch bezeichnen, und die oberen Diagramme Ergebnisse in einem Volllastzustand zeigen, während die unteren Diagramme Ergebnisse in einem Zustand mit 1000 U/min zeigen.
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Wie in den Graphen gezeigt, ist die Leistung in dem Kolben (100, SD160) gemäß der vorliegenden Erfindung hoch, und es gibt eine Tendenz zur Reduzierung des bremsspezifischen Kraftstoffverbrauchs und des Rauchs.
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7 zeigt Diagramme von Kennwerten von Abgas und Kraftstoffverbrauch in einem Teillastzustand, wenn ein Kolben, in welchem eine Mulde gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angewendet wird.
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Bezugnehmend auf 7 bezeichnet die horizontale Achse die Kolbenart und die vertikalen Achsen bezeichnen die Menge an bremsspezifischen Stickoxidemissionen (BSNOx: Brake Specific Nitrogen Oxide) beziehungsweise die Menge an bremsspezifischem Kraftstoffverbrauch (BSFC: Brake Specific Fuel Consumption), und die Menge an bremsspezifischen Stickoxidemissionen (BSNOx) und die Menge an bremsspezifischem Kraftstoffverbrauch (BSFC) sind wie gezeigt niedrig in dem Kolben (100, DS160) gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Obgleich diese Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, soll dies so verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken, sondern, im Gegenteil sollen auch verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die im Geist und im Rahmen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sein.
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2011-0126512 , die am 10. Dezember 2011 angemeldet wurde, wobei der gesamte Offenbarungsgehalt davon durch Bezug darauf in die vorliegende Offenbarung mit einbezogen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Kolben
- 110
- Mulde
- 115
- erhobener Bereich
- 120
- Bodenecknut
- 130
- Nutinnenoberfläche
- 140
- geneigte Randoberfläche
- 150
- Grenzvorsprung
- 160
- obere Oberfläche
- 170
- abgerundeter Bereich
- 180
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2011-0126512 [0059]
