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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bereitstellen der von einer Feststellbremse erzeugten Klemmkraft.
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Stand der Technik
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In der
DE 103 61 042 B3 wird eine elektromechanische Feststellbremse zum Erzeugen einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft in Fahrzeugstillstand beschrieben. Die Feststellbremse weist einen elektrischen Bremsmotor auf, bei dessen Betätigung ein Bremskolben, der Träger eines Bremsbelages ist, gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Bei der Bremsscheibe handelt es sich üblicherweise um die auch von der regulären, hydraulischen Fahrzeugbremse beaufschlagten Bremsscheibe, deren Temperatur bei länger andauernden Bremsbetätigungen stark ansteigen kann. Hierdurch ändert sich zum einen der Reibungskoeffizient, zum andern dehnt sich die Bremsscheibe bei Erwärmung aus und zieht sich mit dem Abkühlen wieder zusammen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen die ordnungsgemäße Funktion einer Feststellbremse für ein Fahrzeug, die mit einem elektrischen Bremsmotor zum Erzeugen einer elektromechanischen Klemmkraft ausgestattet ist, bei unterschiedlichen Bremsscheibentemperaturen zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine Feststellbremse für ein Fahrzeug mit einer elektromechanischen Bremsvorrichtung, welche einen elektrischen Bremsmotor zum Erzeugen einer Klemmkraft aufweist, über die das Fahrzeug im Stillstand festgesetzt wird. Die Klemmkraft wird durch eine Rotationsbewegung des Rotors des Bremsmotors erzeugt, indem die Rotationsbewegung in eine Stellbewegung eines Stellglieds übertragen wird, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
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Die Bremsscheibe wird auch von einer hydraulischen Fahrzeugbremse beaufschlagt, bei der es sich um die reguläre Fahrzeugbremse zum Erzeugen einer Bremskraft während der Fahrt des Fahrzeuges handelt. Über die hydraulische Fahrzeugbremse wird der Bremskolben mit dem Bremsbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt. Bei einer Bremsenbetätigung kann sich die Bremsscheibe stark erhitzen, wobei je nach Dauer und Intensität der Bremsbetätigung entweder sich nur die Oberflächenbereiche der Bremsscheibe erwärmen oder die Bremsscheibe komplett durchgewärmt wird, also über ihre axiale Dicke eine zumindest annähernd homogene Temperaturverteilung aufweist.
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Die Klemmkraft bzw. das Halte- oder Bremsmoment, welche bzw. welches nach dem Abstellen des Fahrzeuges durch Betätigen der Feststellbremse erzeugt wird, hängt von der Temperatur der Bremsscheibe ab. Zum einen ist üblicherweise bei heißen Bremsscheiben der Reibungskoeffizient geringer, so dass mit höherer Kraft zugespannt werden muss, um die geforderte Soll-Klemmkraft zu erreichen. Zum andern zieht sich die Bremsscheibe während des Abkühlens wieder zusammen, wodurch ein signifikanter Klemmkraftverlust auftreten kann, falls die Feststellbremse bei heißer Bremsscheibe betätigt worden ist. Unter diesem Aspekt kann es zweckmäßig sein, bei heißen Bremsscheiben eine höhere Klemmkraft zu erzeugen bzw. nach Ablauf einer definierten Zeitspanne nach Beendigung des ersten Zuspannvorgangs einen Nachspannvorgang durchzuführen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bereitstellen der Klemmkraft wird die Bremsscheibentemperatur über die Betätigung der Fahrzeugbremse während der Fahrt des Fahrzeugs ermittelt. Die anschließende Betätigung der Feststellbremse erfolgt in Abhängigkeit der Bremsscheibentemperatur. Vorteilhaft hierbei ist es, dass grundsätzlich keine sensorischen Informationen über die Bremsscheibentemperatur erforderlich sind, wodurch der Aufwand an Sensorik signifikant reduziert ist. Die Bremsscheibentemperatur wird vielmehr über den Umweg der Bremsbetätigung der regulären Fahrzeugbremse ermittelt. Hierbei genügt es, lediglich einen Grobwert für die Bremsscheibentemperatur festzustellen, der zwar mit einer größeren Toleranz behaftet sein kann, jedoch für die Festlegung, wie die Feststellbremse betätigt werden soll, ausreicht.
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Zweckmäßigerweise wird eine begrenzte Anzahl unterschiedlicher Temperaturbereiche für die Bremsscheibe definiert und der aktuell geltende Temperaturbereich in Abhängigkeit der Betätigungen der Fahrzeugbremse bestimmt. Man erhält auf diese Weise ein grobes Raster mit verschiedenen Temperaturbereichen, beispielsweise zwei oder drei unterschiedliche Temperaturbereiche, denen eine entsprechende Anzahl an unterschiedlichen Strategien zur Betätigung der Feststellbremse und Erzeugung der Klemmkraft zugeordnet ist. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, lediglich zwei Temperaturbereiche zu unterscheiden, wobei der untere Temperaturbereich für eine kalte oder nur mäßig erwärmte, jedoch nicht durchgewärmte Bremsscheibe gilt und der obere Temperaturbereich für eine durchgewärmte Bremsscheibe. Im unteren Temperaturbereich wird zum Beispiel die Feststellbremse in an sich bekannter Weise bis zum Erreichen der Soll-Klemmkraft betätigt. Im oberen Temperaturbereich kann dagegen eine höhere Zuspannkraft, eine höhere Soll-Klemmkraft und/oder ein Nachspannvorgang nach Ablauf einer bestimmten Zeitperiode durchgeführt werden.
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Es können verschiedenartige Betätigungen der Fahrzeugbremse ausgewertet werden, um zu einer Temperaturinformation der Bremsscheibe zu gelangen. In Betracht kommt die Dauer der Bremsbetätigung der Fahrzeugbremse, die Anzahl der Einzelbetätigungen der Fahrzeugbremse innerhalb einer definierten Phase, der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender Bremsbetätigungen, die Höhe bzw. Stärke der Einzelbetätigungen der Fahrzeugbremse und/oder sonstige Kenngrößen, mit denen ein Bremsvorgang über die reguläre Fahrzeugbremse beschrieben werden kann.
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Der Zeitraum, welcher der Betrachtung und Auswertung der Bremsbetätigung zugrunde gelegt wird, beginnt beispielsweise mit einem Zündungszyklus, also dem Starten des Motors des Fahrzeugs, und kann mit dem Abstellen des Motors beendet werden. Grundsätzlich möglich sind aber auch Zeitspannen, die durch andere Kriterien festgelegt werden; es werden beispielsweise nur Bremsbetätigungen während einer Fahrzeugbewegung ausgewertet, so dass in diesem Fall die Zeitspanne beginnt, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung setzt, und endet, wenn das Fahrzeug zum Stillstand gelangt.
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Mit dem Ablauf der betrachteten Zeitspanne wird das Verfahren zweckmäßigerweise von neuem gestartet, wobei die Ergebnisse vorangegangener Ermittlungen unbeachtet bleiben. Möglich ist es aber auch, Daten aus einem vorangegangenen Ermittlungszyklus zu übernehmen, so dass beispielsweise für den Fall, dass nur eine kurze Zeitspanne zwischen den Zyklen liegt, eine im vorangegangenen Zyklus festgestellte Erwärmung der Bremsscheibe berücksichtigt werden kann.
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Innerhalb der betrachteten Zeitspanne bzw. des Zyklus wird durch Untersuchen der Bremsbetätigung eine mögliche Erwärmung der Bremsscheibe festgestellt. Darüber hinaus kann es aber auch sinnvoll sein, ein Abkühlen der Bremsscheibe durch Nicht-Betätigung der Fahrzeugbremse festzustellen und zu berücksichtigen. Da die Erwärmung der Bremsscheibe üblicherweise schneller vonstatten geht als das Abkühlen, werden vorzugsweise unterschiedliche Zeitkonstanten für das Erwärmen und Abkühlen der Bremsscheibe berücksichtigt.
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Für die Ermittlung der Bremsscheibentemperatur und Auswertung der Betätigung der Fahrzeugbremse werden Schwellenwerte herangezogen, die der betrachteten Betätigungsart zugeordnet sind. Wird gemäß einer bevorzugten Ausführung die Dauer eines ununterbrochen durchgeführten Bremsvorganges ausgewertet, so kann es zum Beispiel zweckmäßig sein, einen verhältnismäßig lang durchgeführten Bremsvorgang als Schwellenwert zu definieren, zum Beispiel vier Minuten, der für Passabfahrten typisch ist. In diesem Fall kann von einem Durcherwärmen der Bremsscheibe bei hoher Bremsscheibentemperatur ausgegangen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil der Feststellbremse sein kann.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine elektromechanische Feststellbremse für ein Fahrzeug, mit einem elektrischen Bremsmotor zur Erzeugung einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft,
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2 ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten zur Bereitstellung der das Fahrzeug im Stillstand festsetzenden Klemmkraft durch die Feststellbremse in Abhängigkeit der Temperatur der Bremsscheibe.
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1 zeigt eine elektromechanische Feststellbremse 1 in einem Fahrzeug, wobei über die Feststellbremse eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist. Die Feststellbremse 1 weist einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9 auf, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied der Feststellbremse 1 fungiert ein als Elektromotor ausgeführter Bremsmotor 3, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 axial verstellbar und gegenüber dem Gehäuse rotationsfest gelagert ist. Das Spindelbauteil 5 wird axial verstellt, wenn die Spindel 4 rotiert. Das Spindelbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines Bremsbelages 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 ist ein weiterer Bremsbelag 8 angeordnet, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.
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Das Spindelbauteil 5 kann sich innerhalb des Bremskolbens 6 im Falle einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe zu bzw. bei einer entgegengesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 11 bewegen. Um eine gewünschte Soll-Klemmkraft zu erzeugen, beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Bremskolbens 6, so dass der axial in der Feststellbremse 1 verschieblich gelagerte Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.
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Auf den Bremskolben wirkt außerdem der hydraulische Druck der regulären, hydraulischen Fahrzeugbremse, mit der das Fahrzeug während der Fahrt abgebremst wird. Der hydraulische Druck kann aber auch im Fahrzeugstillstand bei Betätigung der Feststellbremse unterstützend wirksam sein, so dass sich die Gesamt-Klemmkraft aus dem elektromotorisch gestellten Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt.
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Die von dem elektrischen Bremsmotor erzeugte Klemmkraft hängt von der Bremsscheibentemperatur ab. Zum einen ändert sich der Reibkoeffizient der Bremsscheibe in Abhängigkeit der Bremsscheibentemperatur, wobei mit zunehmender Temperatur der Reibungskoeffizient geringer wird. Zum andern dehnt sich die Bremsscheibe mit zunehmender Temperatur aus. Wird der elektrische Bremsmotor der Feststellbremse bei heißer Bremsscheibe betätigt und kühlt anschließend die Bremsscheibe ab, so reduziert sich durch die Abkühlung die Dicke der Bremsscheibe, was zu einer Verringerung der Klemmkraft führt.
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Um derartige temperaturbedingte Abhängigkeiten der Klemmkraft bei der Betätigung der Feststellbremse berücksichtigen zu können, wird nachfolgend ein Verfahren zur Ermittlung der Bremsscheibentemperatur beschrieben, für das keine Temperatursensoren erforderlich sind.
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Das in 2 dargestellte Verfahren bezieht sich auf ein fahrendes Fahrzeug mit Betätigung der regulären, hydraulischen Fahrzeugbremse, wobei die Bremsenbetätigung ausgewertet wird, um die gewünschte Grobinformation über die Bremsscheibentemperatur zu erlangen. Die Ansteuerung der Feststellbremse zum Erzeugen einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft erfolgt in Abhängigkeit der ermittelten Bremsscheibentemperatur.
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Gemäß 2 wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt 20 eine Bremsenzählgröße auf den Wert null gesetzt. Diese markiert den Beginn einer Auswertungszeitspanne, welche sich beispielsweise über einen Zündungszyklus erstreckt, also von Beginn des Startens des Motors des Fahrzeugs bis zum Abstellen des Motors.
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In den beiden Verfahrensschritten 21 und 22 wird überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen unteren Schwellenwert überschreitet (Schritt 21) und ob die reguläre Fahrzeugbremse aktiv ist (Schritt 22), also entweder vom Fahrer über das Bremspedal oder von einem Fahrerassistenzsystem betätigt wird. Sind beide Bedingungen erfüllt, was im Verfahrensschritt 23 abgeprüft wird, wird der Ja-Verzweigung („Y“) folgend zu den nachfolgenden Verfahrensschritten fortgefahren. Andernfalls ist zumindest eine der Bedingungen aus den Verfahrensschritten 21 und 22 nicht erfüllt, und es wird der Nein-Verzweigung („N“) folgend zum Verfahrensschritt 28 fortgefahren.
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Für den Fall, dass sowohl das Fahrzeug fährt als auch die Bremse betätigt wird, wird im Verfahrensschritt 24 der Bremsenzähler in bestimmten, definierten Zeitabständen um den Wert eins heraufgesetzt. Die Zeitabstände betragen beispielsweise 100 ms. Dies wird im Verfahrensschritt 24 über die Gesamtdauer des aktuell durchgeführten Bremsvorganges durchgeführt. Im Falle einer Bergabfahrt über eine lange Strecke kann der Bremsvorgang mehrere Minuten betragen.
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Im nachfolgenden Schritt 26 wird überprüft, ob der Bremsenzähler einen zugeordneten Schwellenwert überschreitet, was äquivalent ist zu der Abfrage, ob die Dauer des Bremsvorganges einen zugeordneten Schwellenwert übersteigt, der beispielsweise bei vier Minuten liegt. Ist dies nicht der Fall, wird der Nein-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 26 fortgefahren, es kann davon ausgegangen werden, dass die Bremsscheibentemperatur sich in einem unteren Temperaturbereich befindet, woraufhin nach dem Abstellen des Fahrzeuges die Feststellbremse mit regulärer Betätigung zum Erreichen der Soll-Klemmkraft betätigt wird. Besondere Maßnahmen sind in diesem Fall nicht zu ergreifen.
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Wird dagegen in der Abfrage gemäß Verfahrensschritt 25 festgestellt, dass der Bremsenzähler den zugeordneten Schwellenwert erreicht hat oder übersteigt bzw. dass die Dauer des Bremsvorganges den Zeitschwellenwert erreicht hat bzw. übersteigt, wird der Ja-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 27 fortgefahren. In diesem Fall muss von einer heißen, durcherwärmten Bremsscheibe ausgegangen werden, woraufhin bei einer Betätigung der Feststellbremse nach dem Abstellen des Fahrzeugs gegenüber dem Normalfall zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Zum einen kann die Zuspannkraft erhöht werden, um dem reduzierten Reibungskoeffizienten aufgrund der heißen Bremsscheibe Rechnung zu tragen. Zum andern kann beispielsweise nach einer definierten Zeitdauer nach Beendigung des ersten Zuspannvorganges ein Nachspannvorgang durch erneutes Betätigen des elektrischen Bremsmotors durchgeführt werden, um der sich verringernden Dicke der Bremsscheibe aufgrund des Abkühlens und der damit einhergehenden Reduzierung der Klemmkraft Rechnung zu tragen.
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Über den Bremsenzähler, welcher im Verfahrensschritt 24 hochgezählt wird, können nicht nur kontinuierlich andauernde Bremsenvorgänge erfasst werden, sondern innerhalb des betrachteten Zyklus auch mehrere aufeinanderfolgende, jedoch nicht-kontinuierlich durchgeführte Bremsenvorgänge, wobei zwischen einzelnen Bremsvorgängen jeweils eine Pause liegt. Um die Abkühlung der Bremsscheibe in den Phasen, in denen keine Bremsung stattfindet, berücksichtigen zu können, wird regelmäßig zum Verfahrensschritt 22 zurückgekehrt und die Abfrage gestartet, ob die Bremse aktuell betätigt wird. Ist dies nicht der Fall, wird gemäß Verfahrensschritt 23 zur Nein-Verzweigung verfahren und in den anschließenden Verfahrensschritt 28, 29 und 30 der Bremsenzähler als Funktion der Zeitdauer der Nicht-Betätigung der Bremse herabgesetzt. Da jedoch das Abkühlen der Bremsscheibe langsamer erfolgt als die Erwärmung, wird zunächst im Verfahrensschritt 28 ein Zähler um einen Wert eins heraufgesetzt und im Verfahrensschritt 29 überprüft, ob dieser Zähler einen zugeordneten Schwellenwert, der beispielsweise bei sechs liegt, bereits überschreitet. Das Erhöhen des Zählers erfolgt in der gleichen Taktung wie das Durchlaufen des parallelen Zweiges mit dem Verfahrensschritt 24, also beispielsweise alle 100 ms. Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt 29, dass der Zähler den zugeordneten Schwellenwert noch nicht erreicht hat, wird wieder zu Beginn des Verfahrensschrittes 28 zurückgekehrt und der Zähler um einen weiteren Wert erhöht. Ergibt dagegen die Abfrage im Verfahrensschritt 29, dass der Zähler den zugeordneten Schwellenwert erreicht hat, wird der Ja-Verzweigung zum nächsten Verfahrensschritt 30 vorgerückt und der Bremsenzähler um den Wert eins reduziert.
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Liegt der Schwellenwert für den Zähler im Verfahrensschritt 29 bei dem Wert sechs, so wird der Bremsenzähler bei einer Taktung von 100 ms nur alle 700 ms um den Wert eins zurückgesetzt. Die Erhöhung des Bremsenzählers im Verfahrensschritt 24 erfolgt dagegen alle 100 ms um den Wert eins.
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Nach der Reduzierung des Bremsenzählers im Verfahrensschritt 30 wird zum einen zum Verfahrensschritt 25 verzweigt, in welchem überprüft wird, ob der Bremsenzähler die zugeordnete Schwelle erreicht hat. Aufgrund der Reduzierung des Bremsenzählers im Verfahrensschritt 30, was der Abkühlung der Bremsscheibe entspricht, kann die Auswertung im Verfahrensschritt 25 ergeben, dass die Bremsscheibentemperatur im unteren Temperaturbereich gemäß Verfahrensschritt 26 liegt, wohingegen ohne eine Reduzierung des Bremsenzählers gegebenenfalls eine Einordnung in den oberen Temperaturbereich gemäß Verfahrensschritt 27 hätte erfolgen können.
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Des Weiteren wird vom Verfahrensschritt 30 zum nächsten Schritt 31 verzweigt, in welchem der Zähler auf den Wert null zurückgesetzt wird. Anschließend wird, solange das Fahrzeug noch in Bewegung ist und die Bremse nicht betätigt wird, wieder zum Verfahrensschritt 28 zurückgekehrt und während der Nicht-Betätigung der Fahrzeugbremse erneut hochgezählt und gegebenenfalls der Bremsenzähler, der die Bremsscheibentemperatur repräsentiert, zurückgesetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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