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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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I. Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der
WO 2011/057916 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Hochdruckentladungslampe mit einem Lampensockel und einem Entladungsgefäß, in dessen Innenraum zwei Elektroden zum Erzeugen einer Gasentladung im Wesentlichen entlang der Längsachse des Entladungsgefäßes mit Abstand voneinander angeordnet sind und das von einem koaxial angeordneten Außenkolben umhüllt ist. Ein Ende des vom Außenkolben umhüllten Entladungsgefäßes ist mittels einer metallischen Halterung in dem Lampensockel befestigt, der einen Sockelflansch mit einer zur Justage in einem optischen System, beispielsweise in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer, verwendbare Referenzebene und eine senkrecht dazu angeordnete Referenzachse besitzt. Während der Befestigung der Lampengefäße im Lampensockel werden die Lampengefäße mittels der Halterung derart ausgerichtet, dass der Entladungsbogen bzw. Lichtbogen eine räumliche Ausrichtung und Lage bezüglich der Referenzachse und der Referenzebene annimmt, die den gesetzlichen Vorschriften, beispielsweise der Regel
ECE 99, entspricht. Üblicherweise sind dabei Referenzachse und Längsachse des Entladungsgefäßes parallel ausgerichtet.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die beim Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer eine erhöhte Beleuchtungsstärke für die Applikation Abblendlicht im Vergleich zu einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen aus dem Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen und besitzt mindestens ein Lampengefäß, in dessen Innenraum Elektroden zum Erzeugen eines Entladungsbogens entlang oder parallel zu einer Achse des mindestens einen Lampengefäßes mit Abstand voneinander angeordnet sind, und mit einem Lampensockel, in dem ein Ende des mindestens einen Lampengefäßes mittels einer Halterung befestigt ist, wobei der Lampensockel eine zur Justage der Hochdruckentladungslampe in einem optischen System verwendbare Referenzebene und eine senkrecht dazu angeordnete Referenzachse besitzt. Erfindungsgemäß ist die vorgenannte Achse des mindestens einen Lampengefäßes gegenüber der Referenzachse geneigt. Versuche haben gezeigt, dass dadurch in den relevanten Entfernungspunkten bzw. Reichweitewerten des Fahrzeugscheinwerfers gemäß der Definition der Vorschrift ECE Regel 112 die Beleuchtungsstärke verbessert wird. In 5 ist ein Vergleich der Beleuchtungsstärken eines Fahrzeugscheinwerfers für unterschiedliche Entfernungspunkte bzw. Reichweitewerte mit erfindungsgemäßer und herkömmlicher Hochdruckentladungslampe dargestellt. In den Säulen des Diagramms der 5 ist auf der vertikalen Achse der Quotient der Beleuchtungsstärken des Fahrzeugscheinwerfers mit erfindungsgemäßer und herkömmlicher Hochdruckentladungslampe aufgetragen. Es zeigt sich, dass die Beleuchtungsstärke des Fahrzeugscheinwerfers im Fall der Bestückung mit einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe um 10% bis 60% höher ist als im Fall der Bestückung mit einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe bestückten Fahrzeugscheinwerfers. Die mit "Low-beam figure of merit" bezeichnete Säule am rechten Rand des Diagramms der 5 zeigt einen Vergleich der gewichteten Mittelwerte der Beleuchtungsstärken für den Fahrzeugscheinwerfer im Fall der Bestückung mit erfindungsgemäßer und herkömmlicher Hochdruckentladungslampe. Für die Berechnung der Mittelwerte wurden nur die Beleuchtungsstärken in den für das Abblendlicht besonders wichtigen Entfernungspunkten bzw. Reichweitewerten 75 R, 50 R und 50 V berücksichtigt, wobei die Beleuchtungsstärke im Entfernungspunkt bzw. Reichweitewert 75 R doppelt gewichtet wurde. Gemäß dieser Säule im Diagramm der 5 besitzt der Fahrzeugscheinwerfer bei der Applikation Abblendlicht im Fall der Bestückung mit einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe eine um ca. 35% erhöhte Beleuchtungsstärke.
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Vorzugsweise ist die Achse des mindestens einen Lampengefäßes gegenüber der Referenzachse um einen Winkel geneigt, dessen Scheitelpunkt im Bereich der Halterung liegt oder unmittelbar an der Halterung angrenzt. Dadurch lässt sich der Wert des Neigungswinkels zwischen Referenzachse und der Achse des mindestens einen Lampengefäßes während der Montage der Hochdruckentladungslampe mit Hilfe der Halterung einstellen.
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Der Wert des Winkels zwischen der Referenzachse und der Achse des mindestens einen Lampengefäßes ist vorzugsweise kleiner oder gleich 1 Grad, um zu gewährleisten, dass die gesetzlichen Vorschriften für die Ausrichtung des Entladungsbogens, insbesondere die ECE-Regel 99, eingehalten werden. Konventionsgemäß wird als Winkel zwischen den beiden vorgenannten Achsen von den beiden möglichen, sich zu 180 Grad ergänzenden Winkeln, immer nur der Winkel mit dem kleineren Wert bezeichnet.
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Die Achse des mindestens einen Lampengefäßes ist vorzugsweise die Achse eines rotationssymmetrischen Abschnitts des mindestens einen Lampengefäßes. Beispielsweise handelt es sich in vorteilhafter Weise um die Rotationsachse des zwischen den Elektroden liegenden rotationssymmetrischen mittleren Abschnitt des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe, weil die Elektroden der Hochdruckentladungslampe im wesentlichen in dieser Rotationsachse liegen oder parallel zu dieser Rotationsachse verlaufen.
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Das mindestens eine Lampengefäß ist vorzugsweise das Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe oder ein das Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe umschließender Außenkolben.
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Vorteilhafterweise wird die Referenzebene von einem ringartigen Sockelflansch gebildet und die Referenzachse ist vorzugsweise die Ringachse des Sockelflansches. Mit Hilfe des Sockelflansches kann die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe auf einfache Weise in einem Fahrzeugscheinwerfer montiert werden, wobei die Referenzebene am Sockelflansch als Auflagefläche im Fahrzeugscheinwerfer und zusammen mit der Referenzachse zur Ausrichtung im Fahrzeugscheinwerfer genutzt werden kann.
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Die Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe sind vorzugsweise in einem Abstand im Bereich von 3,8 mm bis 4,0 mm angeordnet, um eine hohe Leuchtdichte zu erzielen.
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Zur Erhöhung der Leuchtdichte trägt auch ein möglichst kleines Volumen des Innenraums des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe bei. Das Volumen des Innenraums des Entladungsgefäßes der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe liegt daher vorzugsweise im Bereich von 12,8 mm3 bis 22,8 mm3. Die Erfindung kann aber auch auf Hochdruckentladungslampen angewandt werden, deren Entladungsgefäßinnenraum ein größeres Volumen hat.
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III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe
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2 Eine schematische Darstellung der Ausrichtung des Entladungsbogens einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer
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3 Eine schematische Darstellung der Ausrichtung des Entladungsbogens einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer
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4 Eine genauere Darstellung des Aufbaus der in 1 abgebildeten Hochdruckentladungslampe
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5 Einen Vergleich der Beleuchtungsstärken eines Fahrzeugscheinwerfers im Fall der Bestückung mit einer erfindungsgemäßen und einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe für unterschiedliche Entfernungspunkte
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In 1 ist stark schematisiert eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die 1 zeigt nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente der Hochdruckentladungslampe. Details der Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der 4 abgebildet. Bei dieser Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine einseitig gesockelte Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen des Abblendlichts und Fernlichts vorgesehen ist. Diese Hochdruckentladungslampe besitzt einen Lampensockel 400 aus Kunststoff, in dem mittels einer metallischen Halterung 70 ein Ende des von einem Außenkolben 50 umgebenen Entladungsgefäßes 100 der Hochdruckentladungslampe befestigt ist. Der Lampensockel 400 ist als Sockelhülse ausgebildet, die an einem stirnseitigen Ende 410 einen Stecker mit zwei elektrischen Kontakten bildet. Das gegenüberliegende stirnseitigen Ende der Sockelhülse ist als ringartiger Flansch 420 ausgebildet und dient zur Montage der Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer. Die den Lampengefäßen zugewandte Stirnfläche 421 des Flansches dient als Referenzebene für die Ausrichtung des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe bezüglich des Lampensockels und für die Ausrichtung der Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer. Die Ringachse des ringartigen Flansches 420 bildet die Referenzachse R1 des Lampensockels bzw. der Hochdruckentladungslampe. Die Referenzachse R1 ist senkrecht zur Referenzebene 421 angeordnet. Der auf dem Entladungsgefäß 100 befestigte Außenkolben 50 der Hochdruckentladungslampe ist im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet und koaxial zum Entladungsgefäß 100 der Hochdruckentladungslampe angeordnet, so dass die Zylinderachse R2 des Außenkolbens 50 im wesentlichen identisch mit der Längsache des Entladungsgefäßes 100 ist. Die Elektroden 20, 30 der Hochdruckentladungslampe sind entlang oder parallel zu der Längsachse des Entladungsgefäßes 100 mit Abstand voneinander angeordnet. Die in 1 dargestellte Zylinderachse R2 des Außenkolbens 50 ist daher identisch mit der Längsachse des Entladungsgefäßes 100, entlang der auch die Elektroden 20, 30 angeordnet sind. Die Achse R2 ist um einen Winkel von 0,6 Grad gegenüber der Referenzachse R1 geneigt, wobei der Scheitelpunkt S dieses Winkels, das ist der Schnittpunkt der beiden Achsen R1 und R2, im Bereich der Halterung 70 liegt. Dieser Sachverhalt ist schematisch in der 1 dargestellt, wobei der Winkel übertrieben groß abgebildet ist und unwesentliche Details der Hochdruckentladungslampe in 1 nicht gezeigt sind.
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2 zeigt in stark schematischer Darstellung die Ausrichtung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer. Von der Hochdruckentladungslampe ist sind in 2 nur der Licht emittierende Entladungsbogen 8, der sich zwischen den Elektroden der Hochdruckentladungslampe im Entladungsgefäß ausbildet, sowie die Achsen R1 und R2 gezeigt. Nach dem Einsetzen der Hochdruckentladungslampe in dem Fahrzeugscheinwerfer ist die Hochdruckentladungslampe derart ausgerichtet, dass die Referenzachse R1 des Lampensockels in der optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers liegt, der hier schematisch durch den parabolischen Reflektor 91 und die optische Linse 92 sowie die Abschattungsvorrichtung 93 dargestellt ist. Die Achse R2 des Entladungsgefäßes 100 bzw. des Außenkolbens 50 der Hochdruckentladungslampe ist um den Winkel gegenüber der Referenzachse R1 geneigt. Der Wert des Winkels beträgt 0,6 Grad. In der schematischen 2 ist der Winkel zwischen den beiden Achsen R1, R2 zwecks besserer Übersichtlichkeit übertrieben groß dargestellt. Der Licht emittierende Entladungsbogen 8, der sich zwischen den Elektroden 20, 30 der Hochdruckentladungslampe während des Betriebs ausbildet, ist ebenfalls um den Winkel gegenüber der Referenzachse R1 geneigt. Er wird von der Optik 91, 92, 93 des Fahrzeugscheinwerfers auf den Fahrweg vor dem Fahrzeug abgebildet. Durch die Neigung des Entladungsbogens 8 um den Winkel α gegenüber der Referenzachse R1 kann ein größerer Teil des von der unteren Hälfte des Reflektors 91 reflektierten Lichtbündels die Abschattungsvorrichtung 93 passieren und auf den oberen Teil der optischen Linse 92 auftreffen als im Fall der Verwendung einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe mit einem nicht gegenüber der Referenzachse R1 geneigten Entladungsbogen 8', der in 3 schematisch dargestellt ist. Die schematische Darstellung der Optik 91, 92, 93 und des Entladungsbogens 8 in 2 entspricht der tatsächlichen räumlichen Anordnung dieser Komponenten. Die Hochdruckentladungslampe wird in horizontaler Lage, das heißt, mit horizontal angeordnetem Entladungsbogen 8 betrieben, wie schematisch in 1 gezeigt ist. Die Hochdruckentladungslampe ist dabei derart im Fahrzeugscheinwerfer ausgerichtet, dass die Rückführung 33 und das Keramikrohr 34 (4) unterhalb des Entladungsgefäßes 100 und des Außenkolbens 50 verlaufen. Die Achse R2 ist bei dieser horizontalen Ausrichtung der Hochdruckentladungslampe um den Winkel = 0,6 Grad gegenüber der Referenzachse R1 nach unten geneigt. Der sich während des Betriebs zwischen den Elektroden 20, 30 ausbildende Entladungsbogen 8 ist aufgrund der Konvektion im Entladungsraum 110 sichelartig aufwärts gekrümmt. Die Durchbiegung des Entladungsbogens 8 liegt im Bereich von 100 µm bis 400 µm. Die Länge des Entladungsbogens 8 entspricht dem Abstand zwischen den Elektroden 20, 30 und beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 3,9 mm.
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3 zeigt schematisch die Ausrichtung einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe in dem Fahrzeugscheinwerfer. Bei der herkömmlichen Hochdruckentladungslampe sind die Referenzachse R1 und die Längsachse R2 des Entladungsgefäßes, in der die Elektroden angeordnet sind, sowie die Zylinderachse des Außenkolbens identisch. Dem entsprechend ist der Entladungsbogen 8' der herkömmlichen Hochdruckentladungslampe nach deren Einsetzen im Fahrzeugscheinwerfer gegenüber der Referenzachse R1, die hier ebenfalls in der optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers liegt, nicht geneigt. Der Entladungsbogen 8' der herkömmlichen Hochdruckentladungslampe verläuft daher in bzw. parallel zur optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers. Dadurch wird von der Abschattungsvorrichtung 93 gemäß der schematischen Darstellung in 3 ein größerer Teil des an der unteren Hälfte des parabolischen Reflektors 91 reflektierten Lichts ausgeblendet als im Fall der Verwendung einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe. Das den oberen Teil der optische Linse 92 passierende Lichtbündel ist bei Verwendung einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe in dem Fahrzeugscheinwerfer entsprechend schwächer als bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe in dem Fahrzeugscheinwerfer.
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Details des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe sind in 4 abgebildet. Die 4 zeigt einen Querschnitt durch die Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es handelt sich bei dieser Hochdruckentladungslampe um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Nennleistung von 35 Watt. Als Entladungsmedium für die Gasentladung dienen beispielsweise Xenon, Quecksilber sowie Halogenide, insbesondere Jodide, der Metalle Natrium und Scandium. Anstelle von Quecksilber kann aber auch Zinkjodid im Entladungsmedium verwendet werden. Außerdem kann zusätzlich zu den Halogeniden von Natrium und Scandium beispielsweise auch Indiumjodid im Entladungsmedium verwendet werden, um den blauen Anteil im emittierten Licht zu erhöhen. Die Hochdruckentladungslampe besitzt ein soffittenartiges Entladungsgefäß 100 aus Quarzglas mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsraum 110, einem sockelnahen ersten abgedichteten Ende 120 und einem sockelfernen zweiten abgedichteten Ende 130. In den Entladungsraum 110 ragen zwei Elektroden 20, 30 hinein, die jeweils über eine im abgedichteten Ende 120 bzw. 130 gasdicht eingeschmolzene Molybdänfolie 21, 31 mit einer aus dem abgedichteten Ende 120, 130 herausgeführten Stromzuführung 22, 32 elektrisch leitend verbunden sind. Der Lampensockel weist eine aus einem Kunststoff-Spritzgussteil bestehende Sockelhülse 400 auf, in dem das Entladungsgefäß 100 und ein damit verschmolzener Außenkolben 50 verankert sind. Das vom Entladungsgefäß 100 abgewandte Ende 410 der Sockelhülse 400 ist als Stecker mit zwei elektrischen Kontakten 61, 62 ausgebildet. Der Mittenkontakt 61 ist mit der aus dem sockelnahen ersten abgedichteten Ende 120 herausgeführten Stromzuführung 22 elektrisch leitend verbunden, während der andere, ringförmige elektrische Kontakt 62 über eine von einem Keramikrohr 34 ummantelte Rückführung 33 elektrisch leitend mit der aus dem sockelfernen zweiten abgedichteten Ende 130 des Entladungsgefäßes 100 herausragenden Stromzuführung 32 verbunden ist. Das Entladungsgefäß 100 ist von einem zylindrischen, koaxial zum Entladungsgefäß 100 angeordneten Außenkolben 50 umgeben. Der Außenkolben 50 ist mit einem rohrartigen Fortsatz 131 des sockelfernen zweiten abgedichteten Endes 130 und einem sich in die Sockelhülse 400 erstreckenden, rohrförmigen Fortsatz 121 des sockelnahen ersten abgedichteten Endes 120 des Entladungsgefäßes 100 verschmolzen. Die rohrartigen Fortsätze 121, 131 sind kreiszylindrisch ausgebildet. Zur Verankerung der beiden Lampengefäße 100 und 50 in der zylindrischen Sockelhülse 400 dienen ein ringförmiges Halterelement 70, das mit Klemmsitz den Außenkolben 50 umschließt, und vier abgewinkelte Metalllaschen 71, deren erstes Ende jeweils mit dem Halterelement 70 verschweißt ist und deren zweites Ende jeweils in dem Kunststoffmaterial der Sockelhülse 400 verankert ist. Die Sockelhülse 400 besitzt an ihrem von den elektrischen Kontakten abgewandten Ende einen ringartigen Flansch 420 mit einer Stirnfläche 421, die senkrecht zur Längsachse der Hochdruckentladungslampe angeordnet ist und als Referenzebene zur Ausrichtung der Lampe im Scheinwerfer dient. An dieser Stirnseite besitzt die Sockelhülse 400 eine erhöhte Wandstärke. In diesem Bereich sind die zweiten Enden der Metalllaschen 71 in der Wand der Sockelhülse 400 an ihrer Innenseite verankert. Der Abstand A des entladungsseitigen Endes der sockelnahen ersten Elektrode 20 zur Stirnfläche 421 beträgt 17,1 mm. Der Abstand zwischen den entladungsseitigen Enden der Elektrode 20, 30 beträgt 3,9 mm. Die Elektroden 20, 30 verlaufen in der Längsachse des Entladungsgefäßes 100, die mit der Rotationsachse des rotationssymmetrischen mittleren Abschnitts des Entladungsgefäßes 100 im Bereich des Entladungsraums 110 sowie auch mit der Zylinderachse des Außenkolbens 50 übereinstimmt. Die vorgenannten Achsen entsprechen der Achse R2 in den 1 und 2. In der Darstellung der 4 wurden die Achsen R1 und R2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt, weil der Winkel zwischen diesen beiden Achsen R1 und R2 nur 0,6 Grad beträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ECE 99 [0002]
- ECE Regel 112 [0005]
- ECE-Regel 99 [0007]
