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Die Erfindung betrifft eine Aufsteckerkennungseinrichtung zum Erkennen eines Sensors an einer Messeinrichtung, insbesondere einem Messverstärker, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Aufsteckerkennung eines Sensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Aufsteckerkennungseinrichtungen und Verfahren der hier angesprochenen Art sind grundsätzlich bekannt. Im Bereich der Messtechnik ist es üblich, dass an eine Signalverarbeitungseinrichtung einer Messeinrichtung, wie beispielsweise einem Messverstärker oder dergleichen, unterschiedliche Sensoren mit unterschiedlichen Funktionen angeschlossen werden. Diese Sensoren können unterschiedliche Messaufgaben erfüllen. Wenn ein Sensor von einer Messeinrichtung abgesteckt wird und ein anderer Sensor, insbesondere ein Sensor mit einer unterschiedlichen Messaufgabe, auf die Messeinrichtung aufgesteckt wird, muss die Messeinrichtung neu eingestellt werden. Insbesondere muss eine Einstellung der Messeinrichtung auf die Arbeitsparameter des neuen Sensors erfolgen. Einzustellende Arbeitsparameter sind insbesondere die Verstärkung (Gain), der Nullverzug (Offset) sowie die Stromversorgung (Excitation) des Sensors etc. Sofern eine entsprechende Anpassung der Messeinrichtung an den jeweilig angeschlossenen Sensor nicht erfolgt, führen die falsch eingestellten Parameter, wie die Verstärkung oder der Nullverzug, zu Fehlmessungen oder falsch eingestellten Versorgungsspannungen. Dabei kann es zur Sensorschädigung oder gar zur Zerstörung des Sensors kommen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde dazu übergegangen, Sensoren mit Speichereinrichtungen auszustatten, in denen die Arbeitsparameter der Sensoren hinterlegt sind. Bei einem Sensorwechsel kann die Messeinrichtung somit die Arbeitsparameter aus dem jeweiligen Speicherelement des Sensors auslesen, so dass falsch eingestellte Parameter in der Messeinrichtung vermieden werden. Für die hierfür benötigten Schnittstellen und Speicherelemente der Sensoren hat sich ein Standard herauskristallisiert, welcher in der Norm IEEE 1451 beschrieben ist. Dieser Standard wird als TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) bezeichnet. Gemäß diesem Standard umfasst ein TEDS-Sensor eine Schnittstelle zum Auslesen der Parameter in Form einer Zweidrahtverbindung mit Phantomspeisung auf der Datenleitung. Eine Stromversorgung des Sensors erfolgt folglich über die Datenleitung des Sensors. Ein Speicherelement, welches für derartige TEDS-Sensoren zur Speicherung von Arbeitsparametern verwendet werden kann, ist beispielsweise die Speichereinheit „D52433” vom Halbleiterhersteller Dallas/MAXIM.
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Die 1 zeigt eine derartige vorbekannte Anbindung eines TEDS-Sensors an eine Signalverarbeitungseinrichtung einer Messeinrichtung. Der TEDS-Sensor 1 umfasst eine erste Leitung 11 sowie eine zweite Leitung 12. Weiterhin ist der Sensor 1 an eine Signalverarbeitungseinrichtung 3 angeschlossen, die nach dem Einschalten der Versorgungsspannung die Daten aus dem in der 1 nicht dargestellten Speicherelement des Sensors 1 ausliest. Aufgrund der ausgelesenen Daten, welche die korrekten Arbeitsparameter des Sensors beinhalten, wird die Signalverarbeitungseinrichtung 3 dann entsprechend eingestellt bzw. justiert. Um Störungen der Sensorsignale, d. h. der Messsignale, durch Übersprechen der schnellen Datensignale des Speicherelements zu vermeiden, erfolgt während der Messung keine Kommunikation mit dem Speicherelement. Diese Vorgehensweise ist für stationäre Messsysteme mit einem geringen Bedarf an Sensorwechseln ausreichend, da in diesem Fall die Sensoren immer nur im inaktiven Zustand des Sensors gewechselt werden, d. h. dann wenn der Sensor keine Messung durchführt. Bei derartigen Anwendungen sind die hinterlegten Kalibrierdaten in dem Speicherelement des Sensors der Hauptgrund für den Einsatz von TEDS-Sensoren.
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Bei Messaufbauten, bei denen die Sensoren häufiger und teilweise ohne Unterbrechung der restlichen Messkette gewechselt werden müssen, ist ein Erkennen des Absteckens und Aufsteckens eines Sensors, mit anderen Worten das Erkennen eines Sensorwechsels, jedoch unumgänglich. Wird ein Abstecken eines Sensors erkannt, so stellt die Messeinrichtung seine Parameter üblicherweise auf Standardwerte ein, bei denen eine Schädigung eines nachfolgend aufgesteckten Sensors mit unterschiedlichen Arbeitsparametern nicht möglich ist. Wird also ein neuer Sensor mit der Signalverarbeitungseinrichtung 3 einer Messeinrichtung verbunden, kann es nicht zu einer Schädigung des Sensors, beispielsweise durch eine zu hohe Versorgungsspannung, kommen.
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Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Erkennung eines Sensorwechsels wird in der
DE 10 2007 048 677 A1 beschrieben. Dabei werden zur Erkennung eines Sensorwechsels zwei zusätzliche Pins am Sensorsteckverbinder vorgesehen, die eine Detektion eines Sensors durch sich ändernde Pegel ermöglicht. Zum Erkennen, ob der Sensor an einem Messverstärker angeschlossen ist, legt der Messverstärker ein elektrisches Potential an einen Kontakt eines zusätzlichen Kontaktpaares des Sensors an und misst das elektrische Potential an dem zweiten Kontakt des Kontaktpaares, wobei der Messverstärker das elektrische Potential des ersten Kontakts mit dem elektrischen Potential des zweiten Kontakts vergleicht.
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Eine derartige bekannte Anbindung eines Sensors 1 an eine Signalverarbeitungseinrichtung 3 ist schematisch in der 2 dargestellt. Es zeigt sich, dass zur Erkennung eines Sensorwechsels der Sensor 1 mindestens eine zusätzliche Leitung 13 aufweist. Eine derartige Anbindung eines Sensors 1 an eine Signalverarbeitungseinrichtung 3 zur Aufsteckerkennung eines Sensors hat den Nachteil, dass er nur Schutz vor Fehlparametrierung für Sensoren mit entsprechenden zusätzlichen Kontakten und/oder Leitungen (L3) bietet. Sensoren mit TEDS, die jedoch keine Zusatzbeschaltung aufweisen, können folglich nicht erkannt werden. Insbesondere können derartige Sensoren nicht mit einer entsprechenden Signalverarbeitungseinrichtung verbunden werden. Eine derartige Aufsteckerkennungseinrichtung ist somit nicht flexibel für jegliche Art von TEDS-Sensoren einsetzbar. Im Übrigen besteht die Gefahr, dass Sensoren, welche die zusätzlichen Pins bzw. Leitungen nicht aufweisen, bei deaktivierter Aufsteckerkennung nach wie vor beschädigt bzw. überhaupt nicht erkannt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Aufsteckerkennungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Aufsteckerkennung eines Sensors zu schaffen, die für jegliche Art von Sensoren, insbesondere für jeden TEDS-Sensor, universell einsetzbar sind und die folglich ohne eine Modifikation eines (TEDS-)Sensors auskommen.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Aufsteckerkennungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Aufsteckerkennungseinrichtung zum Erkennen eines Sensors an einer Messeinrichtung, zeichnet sich dadurch aus, dass eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Versorgungsstroms eines mit der Messeinrichtung verbundenen Sensors vorgesehen ist.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass eine Aufsteckerkennung eines Sensors auf eine Messeinrichtung ohne jegliche Zusatzbeschaltung erfolgen kann. Die Aufsteckerkennung eines Sensors erfolgt nämlich ausschließlich durch die Erfassung des Versorgungsstromverbrauchs eines mit der Messeinrichtung verbundenen Sensors. In vorteilhafterweise kann somit der dem Sensor über seine Datenleitung zugeführte Versorgungsstrom erfasst werden, so dass zusätzliche Leitungen, Kontakte oder anderweitige Modifikationen des Sensors oder der Messeinrichtung nicht erforderlich sind.
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Vielmehr ist eine Aufsteckerkennung eines Sensors ausschließlich aufgrund der bestehenden Standardleitungen jedes herkömmlichen TEDS-Sensors möglich.
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Besonders bevorzugt wird eine Aufsteckerkennungseinrichtung, die zum Erkennen eines TEDS-Sensors ausgebildet ist, wobei der TEDS-Sensor eine Speichereinrichtung aufweist, welche die Arbeitsparameter des Sensors aufweist. Aufgrund dieser Arbeitsparameter kann dann die Messeinrichtung entsprechend an den Sensor angepasst werden. Weiterhin umfasst der TEDS-Sensor vorzugsweise eine Zweidrahtverbindung, wobei die Stromversorgung des Sensors über die Datenleitung des Sensors erfolgt. Die Aufsteckerkennungseinrichtung ist vorzugsweise innerhalb der Messeinrichtung angeordnet. Denkbar ist jedoch grundsätzlich auch eine Ausbildung als separate Einrichtung, die an bestehende Messeinrichtung, wie Messverstärker oder dergleichen, nachträglich angeschlossen werden kann. Die Aufsteckerkennungseinrichtung kann dann quasi in Form eines Zubehörteils zur Nachrüstung von bestehenden Messeinrichtungen Verwendung finden. Dies wird dadurch möglich, dass jeder herkömmliche TEDS-Sensor ohne etwaige Zusatzbeschaltung durch die Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst werden kann.
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Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, dass sie den Versorgungsstrom des Sensors der Datenleitung des Sensors entnimmt.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Erfassungseinrichtung vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie den Versorgungsstromverbrauch des Sensors im inaktiven Zustand des Sensors erfassen kann. Bei diesem inaktiven Zustand des Sensors handelt es sich um einen Zustand, bei dem kein Datenverkehr zwischen der Messeinrichtung und dem Sensor stattfindet, bei dem also keine Daten aus dem Speicherelement ausgelesen werden und auch keine Messung des Sensors stattfindet. Der Versorgungsstrom ist in diesem inaktiven Zustand besonders gering und beträgt nur ca. 5 μA. Die Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, trotz des geringen Versorgungsstroms, im inaktiven Zustand den Versorgungsstrom mit ausreichender Genauigkeit zu messen, ohne dabei die Funktion der Datenübertragung zu stören.
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Besonders bevorzugt wird eine Aufsteckerkennungseinrichtung, bei der die Erfassungseinrichtung einen Messwiderstand und eine Komparator zur Messung des Versorgungsstroms des Sensors aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erfassungseinrichtung eine nichtlineare Messwiderstandseinrichtung und einen Komparator aufweist. Dabei kann die nichtlineare Messwiderstandseinrichtung eine Diode aufweisen, die den Spannungsabfall am Messwiderstand begrenzt. Der Einsatz einer linearen Messwiderstandseinrichtung in der Erfassungseinrichtung ist besonders vorteilhaft, weil dadurch der Messwiderstand wesentlich höher gewählt werden kann und gleichzeitig der Spannungsabfall am Messwiderstand durch die Diode auf deren Flussspannung begrenzt wird, Dadurch kann der Arbeitspunkt des TEDS-Bausteins innerhalb der Spezifikation liegen, die Messspannung wird hingegen vervielfacht. Dies ist besonders vorteilhaft, weil eine Erhöhung des Messwiderstands normalerweise nicht möglich wäre, da dies die Datenkommunikation stören würde.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch ein Verfahren zur Aufsteckerkennung eines Sensors mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Versorgungsstrom eines mit der Messeinrichtung verbundenen Sensors gemessen wird.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Versorgungsstrom der Datenleitung des Sensors entnommen wird. Der Versorgungsstrom des Sensors kann darüber hinaus im inaktiven Zustand des Sensors erfasst werden. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Aufsteckerkennungseinrichtung verwiesen.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird gemäß Anspruch 12 auch eine Messeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Aufsteckerkennungseinrichtung vorgeschlagen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein schematisches Schaltbild einer aus dem Stand der Technik bekannten Anbindung eines TEDS-Sensors an eine Messeinrichtung;
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2 ein schematisches Schaltbild einer aus dem Stand der Technik bekannten Anbindung eines TEDS-Sensors an eine Messeinrichtung mit einer Aufsteckerkennungseinrichtung für einen Sensor;
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3 ein schematisches Schaltbild einer Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der Erfindung, und
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4 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform der Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der Erfindung.
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3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der Erfindung. Bei dem Sensor 1 handelt es sich vorzugsweise um einen TEDS-Sensor und die Signalverarbeitungseinrichtung 3 ist Teil einer Messeinrichtung 4, insbesondere eines Messverstärkers oder dergleichen. Wie gesagt kann die Aufsteckerkennungseinrichtung in die Messeinrichtung 4 integriert sein, wie in der 3 dargestellt ist. Grundsätzlich denkbar ist jedoch auch eine separate Ausbildung der Aufsteckerkennungseinrichtung als nachrüstbares Zubehörteil oder dergleichen.
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Die Aufsteckerkennungseinrichtung ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie zum Erfassen des Versorgungsstroms des mit der Signalverarbeitungseinrichtung 3 der Messeinrichtung 4 verbundenen Sensors 1 ausgebildet ist. Hierzu wird der Versorgungsstrom, welcher über die Leitung L1 dem Sensor 1 zugeführt wird, gleichzeitig der Aufsteckerkennungseinrichtung zugeführt, Sobald ein Sensor 1 mit der Messeinrichtung 4 verbunden wird, erfolgt folglich ein Versorgungsstromfluss von der Messeinrichtung 4 zu dem Sensor 1, welcher von einer Erfassungseinrichtung 5 der Aufsteckerkennungseinrichtung erfasst wird, Hierzu ist die Erfassungseinrichtung 5 mit der Datenleitung L1 des Stromsensors 1 verbunden, wenn ein Sensor 1 mit der Messeinrichtung 4 verbunden ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, dass bei einem Aufstecken eines Sensors 1 auf die Messeinrichtung 4 die Erfassungseinrichtung 5 einen Versorgungsstromfluss zum Sensor 1 über die Datenleitung L1 detektiert und folglich erkennt, dass ein Sensor 1 an die Messeinrichtung 5 angeschlossen wurde. Wird der Sensor 1 zum Zwecke eines Sensorwechsels hingegen von der Messeinrichtung 4 abgenommen, wird ein Versorgungsstromfluss von der Signalverarbeitungseinrichtung 3 der Messeinrichtung 4 zu dem Sensor 1 unterbrochen, was wiederum durch die Erfassungseinrichtung 5 detektiert wird. Wenn daraufhin ein anderer Sensor, insbesondere mit einer anderen Messfunktion, auf die Messeinrichtung 4 aufgesteckt wird, fließt wiederum ein Versorgungsstrom zum Sensor 1, der wiederum von der Erfassungseinrichtung 5 erfasst werden kann. Zum Zwecke der Versorgungsstromerfassung umfasst die Erfassungseinrichtung 5 gemäß der Ausführungsform nach 3 einen Messwiderstand 7 und einen Komparator 9, der zu dem Messwiderstand 7 parallel geschaltet ist. Der durch den Messwiderstand 7 fließende Versorgungsstrom des Sensors 1 kann folglich durch den Komparator 9 erfasst werden. Es versteht sich, dass grundsätzliche andere Ausprägungen einer hochsensiblen Strommesseinrichtung denkbar sind.
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Der Versorgungsstrom für den TEDS-Sensor ist im inaktiven Zustand des Sensors sehr gering und liegt bei ca. 5 μA. Durch den niedrigen Ruhestromverbrauch der Speichereinrichtung des TEDS-Sensors liegt der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand im unteren Millivolt-Bereich, so dass die Genauigkeit des den Versorgungsstrom detektierenden Komparators 9 der Erfassungseinrichtung 5 sehr hoch sein muss. Unter dem Ruhestromverbrauch wird dabei der Stromverbrauch des Sensors im inaktiven Zustand verstanden, wenn also kein Datenaustausch zwischen der Messeinrichtung 4 und dem Sensor 1 stattfindet. Eine Erhöhung des Messwiderstands 7 ist zur Erhöhung der Messgenauigkeit der Erfassungseinrichtung 5 grundsätzlich nicht möglich, da hierdurch die Datenkommunikation zwischen dem Sensor 1 und der Messeinrichtung 4 gestört werden würde.
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Um die Messgenauigkeit der Erfassungseinrichtung 5 noch zu erhöhen, weist eine Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 eine nichtlineare Messwiderstandseinrichtung 11 auf, die neben dem Messwiderstand 7 eine zum dem Messwiderstand 7 parallel geschaltete Diode 13 aufweist. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Messspannung zu vervielfachen und gleichzeitig den Arbeitspunkt des TEDS-Sensors bzw. der Speichereinrichtung des TEDS-Sensors innerhalb der Spezifikation zu halten.
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Durch die in 4 gezeigte Ausbildung einer nichtlinearen Widerstandsmesseinrichtung 11 ist es möglich, den Widerstandswert des Messwiderstands 7 wesentlich zu erhöhen, da der Spannungsabfall an dem Messwiderstand 7 durch die Flussspannung der Diode 13 begrenzt wird. Auf diese Weise kann die Aufsteckerkennungseinrichtung also auch bei einem besonders niedrigem Ruhestromverbrauch des Sensors 1 zuverlässig arbeiten, da die Erfassungseinrichtung 5 eine höhere Sensibilität aufweist.
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Nachdem also die Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der Erfindung das Aufstecken eines Sensors 1 durch die Erfassung eines Versorgungsstroms des Sensors 1 in der Erfassungseinrichtung 5 erkannt hat, werden die Arbeitsparameter des Sensors 1 aus dem Speicherelement des (TEDS-)Sensors 1 ausgelesen, so dass die Messeinrichtung 4 aufgrund dieser Arbeitsparameter entsprechend eingestellt werden kann.
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Insgesamt schafft die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Aufsteckerkennungseinrichtung, die zuverlässig das Ab- und Aufstecken eines Sensors an einer Messeinrichtung, insbesondere einem Messverstärker oder dergleichen, erkennt. Dabei ermöglicht die Aufsteckerkennungseinrichtung auch die Detektion von besonders kleinen Versorgungsströmen, die insbesondere dann auftreten, wenn kein Datenverkehr zwischen der Messeinrichtung und dem aufgesteckten Sensor stattfindet, d. h. wenn der Sensor im sogenannten inaktiven Zustand ist. Weiterhin ist die Aufsteckerkennungseinrichtung gemäß der Erfindung universell einsetzbar, d. h. sie ist mit jeglichem TEDS-Sensor verbindbar, ohne dass zusätzliche Leitungen oder dergleichen notwendig wären.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor
- 3
- Signalverarbeitungseinrichtung
- 4
- Messeinrichtung
- 5
- Erfassungseinrichtung
- 7
- Messwiderstand
- 9
- Komparator
- 11
- Messwiderstandseinrichtung
- 13
- Diode
- L1
- Leitung
- L2
- Leitung
- L3
- Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007048677 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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