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Es wird eine Betätigungseinheit für ein Schaltgetriebe beschrieben. Die Betätigungseinheit weist eine Schaltwelle auf, die zum Wählen und Schalten von Gängen achsverschieblich und drehbar gelagert ist. Ein Schalthebel zum Übertragen von Schaltkräften auf die Schaltwelle steht dabei mit der Schaltwelle in Wirkverbindung.
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Dabei besteht eine relativ steife innere Verbindungsmechanik zwischen der Schaltwelle und einer Schaltmasse aus mechanischen Komponenten des Schaltgetriebes, die erforderlich sind, um Schaltkräfte zu entsprechenden Schaltmuffen im Inneren des Schaltgetriebes zu übertragen. Eine weitere relativ steife äußere Verbindungsmechanik besteht zwischen dem Schalthebel und einem Handschalthebel im Inneren des Fahrzeugs.
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Dadurch können nicht nur Schaltkräfte von dem Handschalthebel zu den Gängen im Schaltgetriebe übertragen werden, sondern es können auch in umgekehrter Richtung Schwingungen und Vibrationen, beispielsweise der Schaltmuffe im Getriebe über die relativ steife innere Verbindungsmechanik bis hin zu dem Gangschaltungshebel im Inneren des Fahrzeugs übertragen werden, was von einem Fahrer des Fahrzeugs als störend empfunden wird. Um diese Vibrationsübertragung zu dämpfen oder zu vermeiden, können in den äußeren und/oder inneren Verbindungsmechaniken üblicherweise Feder- und Dämpfungselemente vorgesehen werden, die den Raumbedarf und/oder das Leergewicht eines Fahrzeugs erhöhen. Derartige Feder- und Dämpfungselemente sind aus der Druckschrift
DE 100 16 364 A1 bekannt.
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Eine Aufgabe ist es, den Fahrkomfort für den Fahrer zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Lösung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Als Lösung der Aufgabe wird mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Betätigungseinheit eines Schaltgetriebes beschrieben. Die Betätigungseinheit weist einen Schalthebel, welcher mit einem Handschalthebel kinematisch gekoppelt ist, sowie eine relativ zu dem Schaltgetriebe axial verschiebbare und durch den Schalthebel um ihre Mittelachse schwenkbare Schaltwelle auf. Der Schalthebel und die Schaltwelle sind dabei über eine rheologische Vibrationsentkoppelkomponente verbunden.
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Eine derartige rheologische Vibrationsentkoppelkomponente, welche zwischen dem Schalthebel und der Schaltwelle angeordnet ist, hat den Vorteil, dass eine rheologische Flüssigkeit beziehungsweise ein rheologisches Fluid in einem Überlappungsbereich von Schalthebel und der Schaltwelle vorhanden ist. Die Viskosität des rheologischen Fluids ist den unterschiedlichen Schaltzuständen anpassbar. So kann nach Beendigung eines Schaltvorgangs die Viskosität des rheologischen Fluids derart herabgesetzt werden, dass der Schalthebel von der Schaltwelle mechanisch entkoppelt ist und keine in dem Schaltgetriebe generierten Vibrationen auf den Schalthebel und damit in das Innere des Fahrzeugs übertragen werden kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung kann die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente ein äußeres Ende der Schaltwelle mit einer Schalthülse des Schalthebels umgeben. Zwischen der Schalthülse und dem äußeren Ende der Schaltwelle ist in dem Überlappungsbereich das rheologische Fluid angeordnet. Damit ist eine Schaltmasse der inneren Verbindungsmechanik, von dem Schalthebel der Betätigungseinheit entkoppelt, solange die Viskosität des rheologischen Fluids in der rheologische Vibrationsentkoppelkomponente gering ist.
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Eine Übertragung von Vibrationen der Schaltmasse aus dem Innern des Getriebes auf den außerhalb des Getriebes angeordneten Schalthebel wird somit nahezu vollständig unterbunden. Sind jedoch Schaltkräfte zu übertragen, kann das rheologische Fluid derart in seiner Viskosität erhöht werden, dass ein Einrücken von Gängen über die Betätigungseinheit mit zwischengeschalteter rheologischer Vibrationsentkoppelkomponente problemlos erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente einen Keilwellenabschnitt mit einer Außenverzahnung und einer Innenverzahnung aufweist. Dabei kann mit der Außenverzahnung ein Außenabschnitt der Schaltwelle ausgestattet sein, und mit der Innenverzahnung kann eine Schalthülse, des Schalthebels, die den Außenabschnitt umschließt versehen sein. Doch entgegen eines üblichen Keilwellenprofils stehen Außenverzahnung und Innenverzahnung nicht unmittelbar in Eingriff. Ihre Oberflächen berühren sich nicht, sondern ein im Profil meanderförmiger Ringspalt ist zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung angeordnet und mit dem rheologischen Fluid aufgefüllt.
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Somit dient die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente bei hoher Viskosität des rheologischen Fluids der Schaltkraftübertragung von dem Schalthebel mit Schalthülse auf den Außenabschnitt des äußeren Endes der Schaltwelle. Dabei kann die Schaltkraft eines Handschalthebels im Fahrzeuginneren über eine relativ steife äußere Verbindungsmechanik wie einem Schaltkabel zunächst auf den Schalthebel außerhalb des Getriebeschaltgehäuses übertragen werden. Die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente überträgt dann die Schaltkraft auf den Außenabschnitt der Schaltwelle. Diese überträgt die Schaltkraft auf einen Schaltfinger, der mit der inneren Schaltmasse des Getriebes bzw. der inneren Verbindungsmechanik in Wirkverbindung steht.
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Im Zustand äußerst niedriger Viskosität ist das rheologische Fluid dünnflüssig wie Wasser, sodass die Vibrationsentkoppelkomponente zwischen Schalthebel und Schaltwelle und somit zwischen äußerer Verbindungsmechanik und innerer Verbindungsmechanik als mechanische Entkopplungskomponente wirkt, über welche die Vibrationen nicht mehr aus dem Innenbereich des Getriebes nach außen übertragen werden können.
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Dazu kann die Ringspaltbreite des meanderförmigen Ringspalts entsprechend optimiert werden, um einerseits eine sichere Kraftübertragung der Schaltkräfte zu gewährleisten und andererseits eine vollständige Entkopplung von Vibrationen zu ermöglichen. Anstelle einer Positionierung der Entkopplungskomponente direkt auf dem äußeren Ende der Schaltwelle, ist es auch möglich, zwei mit einer entsprechenden Innenverzahnung und Außenverzahnung versehene Hülsen vorzusehen, wobei diese Hülsenpaarung in der äußeren Verbindungsmechanik oder der inneren Verbindungsmechanik mit dazwischen angeordneter unveränderter Schaltwelle vorgesehen werden kann.
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Auch die Form der Außen- und Innenverzahnung kann entsprechend optimiert sein. In einer der Ausführungsformen kann es vorgesehen werden, dass die Verzahnungen ein kegelstumpfförmiges Zahnprofil aufweisen, zwischen denen der meanderförmige Ringspalt angeordnet ist. Weiterhin kann es vorgesehen werden, dass die Verzahnungen Stirnradverzahnungsprofile aufweisen, zwischen denen der meanderförmige Ringspalt mit dem rheologischen Fluid angeordnet ist. Außerdem ist es möglich, dass die Verzahnungen dreieckförmige Zahnprofile aufweisen, sodass ein sternförmiger Ringspalt zwischen den Verzahnungen angeordnet ist.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass auf der Schaltwelle ein Schaltkonturträger angeordnet ist, der mit einer Rastierfeder zusammenwirkt, welche die Schaltwelle beim Drehen derselben in Schaltstellungen sowie in einer Neutralstellung des Schaltkonturträgers arretiert. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass eine Elongation, d. h. eine Auslenkung aus einer Ruhelage, bei Vibrationen oder Drehschwingungen der Schaltwelle von einer definierten Mittenstellung erfolgt.
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Zur Steuerung der Viskosität des rheologischen Fluids kann zwischen der Schalthülse des Schalthebels und dem Außenabschnitt der Schaltwelle eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sein. Sei Aktivierung der Spannungsquelle versteift sich die rheologische Flüssigkeit und zeigt eine höhere Viskosität gegenüber der äußerst niedrigen Viskosität bei nicht zugeschalteter Spannungsquelle. Ohne Spannungsbeaufschlagung wirkt deshalb die Vibrationsentkoppelkomponente als Übertragungssperre für Schwingungen und Vibrationen und bei Spannungseinspeisung bildet die Vibrationsentkoppelkomponente eine kraft- und reibschlüssige Verbindung zwischen dem Schalthebel und der Schaltwelle über die zwischen der äußeren Verbindungsmechanik und der inneren Verbindungsmechanik des Schaltgetriebes Schaltmomente bzw. Schaltkräfte übertragen werden können. Dieser Kraft- und Reibschluss kann durch die Formgebung der Vibrationsentkoppelkomponente zu einem Formschluss verstärkt werden.
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Es werden nun Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer Betätigungseinheit für ein Schaltgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Kopplungsabschnitt zwischen einer Schaltwelle und einem Schalthebel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine rheologische Vibrationsentkoppelkomponente entlang der Schnittlinie Z-Z in 2;
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine andere rheologische Vibrationsentkoppelkomponente entlang der Schnittlinie Z-Z in 2;
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine weitere rheologische Vibrationsentkoppelkomponente entlang der Schnittlinie Z-Z in 2.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer Betätigungseinheit 1 für ein Schaltgetriebe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Betätigungseinheit 1 weist eine Schaltwelle 3 auf, die zum Schalten von Gängen in einem Getriebegehäuse 4 drehbar gelagert ist und mit einem Innenabschnitt 11 in ein Schaltgetriebe 24 hineinragt. Die Schaltwelle 3 ist zum Schalten von Gängen mittels eines Schaltfingers 6 in dem Schaltgetriebe 24 angeordnet. Der Schaltfinger 6 ist an einem inneren Ende 8 der Schaltwelle 3 fixiert. Die Schaltwelle 3 ist in zwei Schaltstellungen und eine Neutralstellung um eine Achse 2 und mit einem aus dem Getriebegehäuse 4 herausragenden Schalthebel 5 schwenkbar. Dazu ist mit der Schaltwelle 3 ein Schaltkonturträger 26 verbunden, der die Schaltwelle 3 mittels einer nicht gezeigten Rastierfeder in den zwei Schaltstellungen und der Neutralstellung arretieren kann.
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Der Schalthebel 5 weist ein Kugelkopfgelenk 22 auf, über das der Schalthebel 5 mittels einer äußeren steifen Verbindungsmechanik 29 mit einem nicht gezeigten Handschalthebel innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist. Somit können über diese steife äußere Verbindungsmechanik 29, die üblicherweise durch ein Zug-Druck-Kabel realisiert ist, Schaltkräfte des hier nicht gezeigten Handschalthebels aus dem Inneren des Fahrzeugs auf die Schaltwelle 3 unter Drehen der Schaltwelle 3 um ihre Achse 2 in den Pfeilrichtungen C und D übertragen werden. Das Schalten der Gänge erfolgt über eine hier nicht gezeigte Schaltmuffe, die über eine hier nicht gezeigte steife innere Verbindungsmechanik mit dem Schaltfinger 6 der Schaltwelle 3 gekoppelt ist. Außerdem ist die Schaltwelle 3 in den Pfeilrichtungen A und B mittels eines Wählhebel 21 achsverschieblich bewegbar.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform der Betätigungseinheit 1 ist eine rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9 in einem Außenabschnitt 10 an einem äußeren Ende 7 auf der Schaltwelle 3 angeordnet. Der Außenabschnitt 10 der Schaltwelle 3 ist von einer Schalthülse des Schalthebels in einem Überlappungsbereich umgeben, in dem die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9 angeordnet ist, wie es die nachfolgende 2 im Detail zeigt.
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2 zeigt einen Kopplungsabschnitt 28 zwischen einem aus dem Getriebegehäuse 4 herausstehenden äußeren Ende 7 einer Schaltwelle 3 und einem in 1 gezeigten Schalthebel 5 mit dazwischen angeordneter rheologischer Vibrationsentkopplungskomponente 9, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dazu wirkt wie 1 zeigt der Schalthebel 5 über beispielsweise das Kugelgelenk 22 mit einem Schaltkabel zusammen und überträgt eine Schaltkraft in ein Schaltmoment auf in den 3 bis 5 gezeigte unterschiedliche Schalthülsen 27 des Schalthebels 5.
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Der Außenabschnitt 10 der Schaltwelle 3 weist in dem Bereich der in 2 gezeigten Schalthülse 27 vier Abschnitte a bis d auf. Der Durchmesser der Schaltwelle 3 nimmt von Abschnitt a zum Abschnitt d ab, sodass der Schalthebel 5 mit der Schalthülse 27 auf das herausstehende äußere Ende 7 der Schaltwelle 3 aufgesteckt werden kann. Die Schalthülse 27 ist auf den Abschnitten a und c mit Hilfe der Lager 32 und 33 drehbar gelagert und zu dem dazwischen angeordneten Abschnitt b abgedichtet. Der Abschnitt b bildet einen Überlappungsbereich 12 zwischen der Schalthülse 27 und dem äußeren Ende 7 der Schaltwelle 3. Das Lager 32 kann ein Wälzlager sein, das die Schalthülse 27 axial positioniert und axiale Kräfte aufnimmt. Das Lager 33 kann ein Nadel- oder Rollenlager sein, das keine axialen Kräfte aufnimmt. Der Abschnitt b weist die in den 3 bis 5 in Querschnitten gezeigten rheologischen Vibrationsentkopplungskomponenten 9 auf. An dem Abschnitt d ist ein Fixierelement 31 angeordnet, dass die axiale Position der Schalthülse 27 zusätzlich zu dem Kugellager 32 sichert.
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Zwischen der Schalthülse 27 und dem äußeren Ende 7 der Schaltwelle 3 ist eine Spannungsquelle 19 über den Schalter 25 anschließbar. Der Schalter 25 wird von einer Getriebesteuereinheit 20 derart gesteuert, dass während eines Schaltvorgangs des Schaltgetriebes 24 eine Spannung an das rheologische Fluid der rheologischen Vibrationsentkoppelkomponente 9 angelegt werden kann und damit das rheologische Fluid versteift bzw. eine höhere Viskosität aufweist als vor und nach dem Schaltvorgang. Somit ist die Spannungsquelle 19 während des Fahrbetriebs bei eingelegtem Gang überwiegend abgeschaltet. Das zwischen der Schalthülse 27 und dem Außenabschnitt 10 der Schaltwelle 3 angeordnete rheologische Fluid der Vibrationsentkoppelkomponente 9 entkoppelt somit während des Fahrbetriebs bei eingelegtem Gang eine Schaltmasse im Inneren des Schaltgetriebes von dem Handschalthebel im Innenraum des Fahrzeugs.
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Diese rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9 erfüllt somit zwei Funktionen; einerseits eine kraftschlüssige Übertragung der Schaltkräfte von dem Handschalthebel innerhalb des Fahrzeugs zu der Schaltmasse innerhalb des Schaltgetriebes und andererseits eine Vibrationsentkopplung, bei der Schwingungen und Vibrationen innerhalb des Schaltgetriebes auf den Handschalthebel innerhalb des Fahrzeugs während des Fahrbetriebs bei eingelegtem Gang gedämpft oder auch vollständig vermieden werden können.
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Diese Ausführungsform gemäß 2 hat den Vorteil, dass zur Vibrationsentkopplung lediglich das aus dem Getriebeschaltgehäuse 4 herausstehende Ende 7 der Schaltwelle 3 zu modifizieren ist, indem die Abschnitte a bis d angepasst an die Schalthülse 27 vorzubereiten sind. Um ein rheologisches Fluid in dem Bereich der Vibrationsentkopplungskomponente 9 in seiner Viskosität zu steuern kann auch ein magnetisches Feld in dem Bereich zwischen der Schalthülse 27 und der Schaltwelle 3 angelegt bzw. erzeugt werden.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9. In einem in 2 gezeigten Überlappungsbereich 12 weist die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9 eine Außenverzahnung 14 eines Außenabschnitts 10 der Schaltwelle 3 auf, der von einer äußeren Hülse 27 des Schalthebels umgeben ist, die eine entsprechende Innenverzahnung 15 aufweist. Zwischen der Außenverzahnung 14 und der Innenverzahnung 15 ist ein meanderförmiger Ringspalt 16 angeordnet, der mit einem rheologischen Fluid 13 aufgefüllt ist. Dieses rheologische Fluid 13 erhöht seine Viskosität, sobald eine Spannung angelegt und graduell erhöht wird.
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Außerdem vermindert sich die Viskosität des rheologischen Fluids 13 beim Vermindern der angelegten Spannung und erreicht ihr Viskositätsminimum, wenn die Spannungsquelle ganz abgeschaltet wird. Die Außenverzahnung 14 des Außenabschnitts 10 der Schaltwelle 3 und die Innenverzahnung 15 der Schalthülse 27 weist in dieser Ausführungsform der rheologischen Vibrationsentkoppelkomponente 9 ein dreieckförmiges Zahnprofil 18 auf. Bezogen auf die 1 ist die Außenverzahnung 14 dem Außenabschnitt 10 der Schaltwelle 3 im Überlappungsbereich 12 zugeordnet, und die Innenverzahnung 15 weist die Schalthülse 27 des Schalthebels 5 im Überlappungsbereich 12 auf. Solange die Spannungsquelle abgeschaltet ist, können keine Vibrationen auf den Außenabschnitt 10 der Schaltwelle 3 übertragen werden.
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4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9 einer anderen Ausführungsform, wobei die Verzahnungen 14 und 15 ein kegelstumpfförmiges Zahnprofil 17 aufweisen und eine Keilwellenverzahnung bilden. Anstelle einer Keilwellenverzahnung ist auch eine Stirnradverzahnung für die rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9 möglich.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine weitere rheologische Vibrationsentkoppelkomponente 9, wobei das Profil einer Verzahnung aus Nuten und Federn entspricht. Die 3 bis 5 verdeutlichen, dass im Prinzip für jeden meanderförmigen Ringspalt eine Außenverzahnung 14 und eine Innenverzahnung 15 einer rheologischen Vibrationsentkoppelkomponente realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungseinheit
- 2
- Achse einer Schaltwelle
- 3
- Schaltwelle
- 4
- Getriebegehäuse
- 5
- Schalthebel
- 6
- Schaltfinger
- 7
- äußeres Ende der Schaltwelle
- 8
- inneres Ende der Schaltwelle
- 9
- rheologische Vibrationsentkoppelkomponente
- 10
- Außenabschnitt der Schaltwelle
- 11
- Innenabschnitt der Schaltwelle
- 12
- Überlappungsbereich
- 13
- rheologisches Fluid
- 14
- Außenverzahnung
- 15
- Innenverzahnung
- 16
- meanderförmiger Ringspalt
- 17
- kegelstumpfförmiges Zahnprofil
- 18
- dreieckförmiges Zahnprofil
- 19
- Spannungsquelle
- 20
- Getriebesteuereinheit
- 21
- Wählhebel
- 22
- Kugelkopfgelenk
- 24
- Schaltgetriebe
- 25
- Schalter
- 26
- Schaltkonturträger
- 27
- Schalthülse
- 28
- Kopplungsabschnitt
- 29
- äußere Verbindungsmechanik 29
- 31
- Fixierelement
- 32
- Lager
- 33
- Lager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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