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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung und Prädiktion des Auslaufverhaltens eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein elektronisches Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, beispielsweise durch Abspielen des Computerprogramms, das auf dem elektronischen Speichermedium gespeichert ist, welches in die Steuerund/oder Regeleinrichtung integriert ist.
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Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2010 040 562 ist ein Verfahren zum Stoppen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine über eine Luftdosiereinrichtung, insbesondere eine Drosselklappe, der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge reduziert wird, nachdem eine Stoppanforderung ermittelt wurde, und wobei die über die Luftdosiereinrichtung der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge wieder erhöht wird, wenn eine erfasste Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren Drehzahlschwellenwert unterschreitet, wobei ein Einlasszylinder, dem die Luftmenge zugeführt wird, nach der Erhöhung der zugeführten Luftmenge nicht mehr in einen Arbeitstakt geht.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es ermöglicht, ein solches Verfahren zum Anhalten einer Brennkraftmaschine robuster zu gestalten. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine im Kern zufällig ist, d. h., dass das Verhalten abhängig von nicht beobachteten Kenngrößen (insbesondere auch Fertigungstoleranzen etc.) ist, und daher nicht mit beliebiger Präzision vorhersagbar ist.
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Die Idee der Erfindung besteht daher darin, eine Erhöhung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge nicht abhängig von einem starren Schwellenwertvergleich durchzuführen, sondern das Auslaufverhalten der Brennkraftmaschine zu prädizieren, und beispielsweise in festen Intervallen auf Basis des prädizierten Auslaufverhaltens und auf Basis des ermittelten Auslaufverhaltens jeweils in Bezug auf die Lage zu einem Drehzahlschwellenwert zu entscheiden, ob die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge erhöht wird.
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Das heißt, die Robustheit wird dadurch erreicht, dass bei dem Verfahren zum Anhalten der Brennkraftmaschine, bei dem nach dem Erfassen einer Stoppanforderung eine der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge durch ein Stellelement, insbesondere eine Drosselklappe, reduziert wird, und abhängig von einem Vergleich einer ermittelten Drehkenngröße und einem vorgebbaren Drehzahlschwellenwert die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge wieder erhöht wird, und die Erhöhung der zugeführten Luftmenge auch abhängig von einer prädizierten Drehkenngröße ist.
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Die Drehkenngröße kann vorteilhafterweise gegeben sein durch eine Drehzahl, beispielsweise der Kurbelwelle oder auch beispielsweise eine kinetische Rotationsenergie der Brennkraftmaschine, also die Rotationsenergie, die die Brennkraftmaschine durch die Rotationsbewegung der Kurbelwelle innehat. Auch eine beliebige andere aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine herleitbare Größe ist als Drehkenngröße denkbar.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die prädizierte Drehkenngröße abhängig von der ermittelten Drehkenngröße gewählt wird. Dies ermöglicht insbesondere eine robuste Beurteilung der relativen Lage von ermittelter Drehkenngröße und vorgebbarem Schwellenwert.
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Ferner ist die Ermittlung der prädizierten Drehkenngröße besonders zuverlässig, wenn sie abhängig von Einflussgrößen ermittelt wird, die die Reibung der Brennkraftmaschine bestimmen. Denn die Veränderung der Drehkenngröße, das heißt der Verlust der kinetischen Energie der Rotationsbewegung der Brennkraftmaschine, ist im Wesentlichen bestimmt durch die Reibung der Brennkraftmaschine, die durch die Auf- und Abbewegung der Zylinder und die Rotationsbewegung der Kurbelwelle und ggf. der Nockenwelle gegeben ist. Daher ist es besonders vorteilhaft, vorzusehen, dass die prädizierte Drehkenngröße abhängig von einer Temperatur im Saugrohr und/oder einem Druck im Saugrohr und/oder anderen Temperaturen, die die Reibung der Brennkraftmaschine bestimmen, ermittelt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn die zugeführte Luftmenge abhängig von der Differenz zwischen ermittelter Drehkenngröße und vorgebbarem Schwellenwert wieder erhöht wird. Dies ermöglicht insbesondere eine Flexibilität bei der Auslegung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Insbesondere ist es auch möglich, die zugeführte Luftmenge auch abhängig von der Differenz zwischen prädizierter Drehkenngröße und vorgebbarem Schwellenwert wieder zu erhöhen. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur der momentane Wert der Drehkenngröße, sondern auch das zukünftige Verhalten der Drehkenngröße betrachtet wird.
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Besondere Vorteile ergeben sich auch in Bezug auf die Einstellbarkeit einer Stillstandsposition der Brennkraftmaschine, und auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung während des Auslaufs der Brennkraftmaschine, und auch hinsichtlich der Zeit des Wiederstarts der Brennkraftmaschine, insbesondere in Start-Stopp-Anwendungen, in denen ein schneller Wiederstart benötigt wird.
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Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ferner, dass dadurch, dass kein harter Grenzwert zum Erhöhen der zugeführten Luftmenge führt, Variationen im Auslaufverhalten, die auch abhängig sein können von Reibung, Temperatur etc. einen geringeren Einfluss haben.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die zugeführte Luftmenge wieder erhöht wird, wenn die ermittelte Drehkenngröße größer als der vorgebbare Schwellenwert ist, und die prädizierte Drehkenngröße kleiner als der vorgebbare Schwellenwert ist, und der Absolutbetrag der Differenz zwischen ermittelter Drehkenngröße und vorgebbaren Schwellenwert um einen vorgebbaren Faktor kleiner ist als der Absolutbetrag der Differenz zwischen prädizierter Drehkenngröße und vorgebbarem Schwellenwert.
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Vorteilhafterweise wird der Faktor zwischen 0 und 1 gewählt. Dieser Faktor bestimmt, wann die Erhöhung der Luftmenge durchgeführt wird, obwohl die Drehkenngröße noch größer ist als der vorgebbare Schwellenwert. Ist dieser Faktor groß, beispielsweise gleich 0,5, so bedeutet dies, dass die Erhöhung der Luftmenge auch dann durchgeführt wird, wenn die ermittelte Drehkenngröße noch relativ weit vom vorgebbaren Schwellenwert entfernt ist. Ist dieser Faktor hingegen klein gewählt, beispielsweise gleich 0,25, so bedeutet dies, dass die Erhöhung der Luftmenge dann durchgeführt wird, wenn die ermittelte Drehkenngröße bereits sehr nah am vorgebbaren Schwellenwert liegt.
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Die Wahl des Faktors legt also fest, wie frühzeitig die Erhöhung der Luftmenge durchgeführt wird. Beispielsweise kann der Faktor so gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass die Brennkraftmaschine so auspendelt, dass der Zylinder, der sich bei Erhöhung der Luftmenge im Einlasstakt befindet, bis zum Stillstand der Brennkraftmaschine nicht noch einmal in seinen Einlasstakt geht, sondern dass dieser Zylinder in seinem Verdichtungstakt zum Stillstand kommt.
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Insbesondere wenn die ermittelte Drehkenngröße kurbelwellensynchron ermittelt wird, d. h. mit einem festen Kurbelwellenwinkel im Vergleich zu einem oberen Totpunkt der Brennkraftmaschine, besonders bevorzugt unmittelbar bei oberen Totpunkten der Brennkraftmaschine, ergibt sich hierdurch der besondere Vorteil, dass verhindert wird, dass die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge nicht erhöht wird, obwohl die ermittelte Drehkenngröße sehr nah am vorgebbaren Schwellenwert liegt, und bei nächstmöglicher Ermittlung der Drehkenngröße die ermittelte Drehkenngröße dann schon erheblich unter dem vorgebbaren Schwellenwert läge.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn die prädizierte Drehkenngröße der Drehkenngröße zu einem Zeitpunkt entspricht, der um einen Zyklus gegenüber der Ermittlung der Drehkenngröße verschoben ist.
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D. h., wenn die Ermittlung der Drehkenngröße zu einem Kurbelwellenwinkel erfolgt, der in Bezug auf einen ersten Zylinder eine feste Position in dessen Zyklus hat, beispielsweise am Gaswechsel-OT erfolgt, also beim Übergang von Auslasstakt in Einlasstakt des ersten Zylinders, dann sollte die prädizierte Drehkenngröße vorteilhafterweise der Drehzahl zu dem Kurbelwellenwinkel entsprechen, an dem ein nächster, zweiter Zylinder der Brennkraftmaschine an genau diesem Kurbelwellenwinkel in seinem Zyklus ist. In diesem konkreten beispielhaften Fall also, dass ein zweiter Zylinder, der in der Zündreihenfolge auf den ersten Zylinder unmittelbar folgt, von seinem Auslasstakt in seinen Einlasstakt geht.
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Dies ist deswegen besonders vorteilhaft, weil sich der vorteilhafte Effekt des Erhöhens der zugeführten Luftmenge gerade zyklussynchron ergibt, d. h. der Kurbelwellenwinkel der prädizierten Drehkenngröße entspricht gerade dem Kurbelwellenwinkel, an dem die ermittelte Drehkenngröße als nächstes sinnvoll ermittelt werden kann.
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Es ist ferner besonders vorteilhaft, wenn die zugeführte Luftmenge in jedem Fall erhöht wird, wenn die ermittelte Drehkenngröße der Brennkraftmaschine unter den vorgebbaren Schwellenwert gefallen ist. Dies macht das Verhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders leicht vorhersagbar.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Als Drehkenngröße wird in diesem Beispiel stets die Drehzahl der Kurbelwelle verwendet, es ist aber auch eine beliebige andere Drehkenngröße möglich, insbesondere ist es möglich, die kinetische Energie zu verwenden.
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In dem ausgeführten Beispiel wird das Verfahren anhand einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine illustriert. Es ist aber auch möglich, eine beliebige andere mehrzylindrige Brennkraftmaschine zu verwenden.
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Es zeigen:
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1 bestimmte Signalverläufe bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 ein Beispieldiagramm einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1a zeigt die Taktreihenfolge eines ersten Zylinders ZYL1 und eines zweiten Zylinders ZYL2 als Funktion eines Kurbelwellenwinkels KW der Brennkraftmaschine beim Auslauf.
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Der erste Zylinder ZYL1 geht zu einem ersten Totpunkt T1 in seinen Auslasstakt, zu einem zweiten Totpunkt T2 in seinen Einlasstakt, zu einem dritten Totpunkt T3 in seinen Verdichtungstakt und zu einem vierten Totpunkt T4 in seinen Arbeitstakt. Der zweite Zylinder ZYL2 arbeitet gegenüber dem ersten Zylinder ZYL1 um 180° des Kurbelwellenwinkels phasenverschoben, d. h. zum ersten Totpunkt T1 geht er in seinen Arbeitstakt, zum zweiten Totpunkt T2 in seinen Auslasstakt, zum dritten Totpunkt T3 in seinen Einlasstakt und zum vierten Totpunkt T4 in seinen Verdichtungstakt.
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Parallel dazu ist in 1b eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine über der Zeit t dargestellt. Ein erster Zeitpunkt t1 entspricht dem ersten Totpunkt T1, ein zweiter Zeitpunkt t2 dem zweiten Totpunkt T2, ein dritter Zeitpunkt t3 dem dritten Totpunkt T3 und ein vierter Zeitpunkt t4 dem vierten Totpunkt T4. Da die Drehzahl der Brennkraftmaschine abnimmt, ist die Zeitachse nicht äquidistant, d. h. die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten werden mit fortschreitender Zeit länger. Dargestellt ist der Verlauf der Drehzahl n beim Auslauf der Brennkraftmaschine, d. h. Zündung und/oder Einspritzung sind bereits ausgeschaltet. Die Drehzahl n der Brennkraftmaschine sinkt im Wesentlichen linear, mit einer charakteristischen Modulation an den Totpunkten, die aus der Kompression und Entspannung der Gasfedern in den Zylindern herrührt.
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In 1b ebenfalls dargestellt ist der vorgebbare Schwellenwert ns, der so gewählt ist, dass dann, wenn die Drosselklappe geöffnet wird, nachdem die Drehzahl n den Drehzahlschwellenwert ns unterschritten hat, der Zylinder, der zum Öffnungszeitpunkt in seinem Einlasstakt ist, in seinem Arbeitstakt zum Stehen kommt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die zugeführte Luftmenge über eine Stellung der Drosselklappe eingestellt. Es ist aber auch ein beliebiges anderes Stellelement denkbar, beispielsweise die Einstellung des Ventilhubs einer variablen Ventileinstellung.
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In 1c ist der Verlauf der Drosselklappenstellung dargestellt. Nicht dargestellt ist, dass nach erfasster Stoppanforderung die Drosselklappe auf eine Schließstellung DK0 gebracht wird, in der sie im Wesentlichen geschlossen ist. Zu einem Öffnungszeitpunkt tauf wird die Drosselklappe auf eine Öffnungsstellung DK1 geöffnet. Dies bewirkt die Erhöhung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge. Der Öffnungszeitpunkt tauf entspricht einem Öffnungskurbelwellenwinkel KWauf.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl jeweils im Totpunkt erfasst. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Drehzahl dort jeweils ein lokales Minimum durchläuft. Zum zweiten Zeitpunkt t2 wird die ermittelte Drehzahl n1 der Brennkraftmaschine festgestellt. Beispielsweise empfängt die Steuer- und/oder Regeleinrichtung, auf der das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, von einem Kurbelwellenwinkelsensor ein Signal, aus dem die Drehzahl n der Brennkraftmaschine hergeleitet wird. Ausgehend von der ermittelten Drehzahl n1 und ggf. aus den zu früheren Zeitpunkten ermittelten Drehzahlen wird, beispielsweise mittels eines rechnerischen Modells, von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung eine prädizierte Drehzahl n2, die die Brennkraftmaschine zum dritten Zeitpunkt haben wird, ermittelt. Da die ermittelte Drehzahl n1 sehr nah am vorgebbaren Schwellenwert ns liegt, die prädizierte Drehzahl n2 aber verhältnismäßig weit unter dem vorgebbaren Schwellenwert ns liegt, wird darauf entschieden, im nächsten Zyklus, d. h. vor dem dritten oberen Totpunkt T3, die Drosselklappe zu öffnen.
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Durch das Öffnen der Drosselklappe wird insbesondere in den zweiten Zylinder ZYL2 während seinem Einlasstakt eine erhöhte Luftmenge eingesaugt, so dass die Gasfeder, wenn der zweite Zylinder ZYL2 in seinen Verdichtungstakt geht, so groß ist, dass der zweite Zylinder ZYL2 nicht mehr in seinen Arbeitstakt geht, sondern zu einem Rückpendelzeitpunkt tosc zurückpendelt, und die Brennkraftmaschine schließlich zu einem Stoppzeitpunkt tstop zum Stillstand kommt.
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2 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren läuft auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ab, die üblicherweise auch die Ansteuerung von Einspritzung, Zündung, ggf. Einstellung von Ventilhub und/oder Einstellung der Stellung der Drosselklappe bewirkt. Zu einem ersten Zeitpunkt 1000 wird eine Stoppanforderung durch den Fahrer ermittelt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung erkannt wird, dass das Fahrpedal vollständig entlastet wurde.
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Im nächsten Schritt 1010 werden Maßnahmen zum Abstellen der Brennkraftmaschine eingeleitet. Die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung werden abgeschaltet, und die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge wird reduziert, beispielsweise dadurch, dass die Drosselklappe geschlossen wird.
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Im nächsten Schritt 1020 wird beispielsweise kurbelwellensynchron, im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zu jedem Durchlauf eines Totpunkts, die Drehzahl n der Brennkraftmaschine von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ermittelt und als ermittelte Drehzahl n1 abgespeichert. In einem nächsten Schritt 1030, der auf Schritt 1020 folgt, wird aus der ermittelten Drehzahl n1 und ggf. aus anderen, vorher ermittelten Drehzahlen die prädizierte Drehzahl n2 ermittelt, üblicherweise berechnet. Es folgt Schritt 1040, indem überprüft wird, ob die ermittelte Drehzahl n1 kleiner ist als der vorgebbare Schwellenwert ns. Ist dies der Fall, folgt Schritt 1060. Ist dies nicht der Fall, folgt Schritt 1050. In Schritt 1050 wird überprüft, ob die prädizierte Drehzahl n2 kleiner ist als der vorgebbare Schwellenwert ns, und ob gleichzeitig der Absolutbetrag der Differenz zwischen ermittelter Drehzahl n1 und vorgebbarem Schwellenwert ns kleiner ist als ein Faktor k mal dem Absolutwert der Differenz zwischen prädizierter Drehzahl n2 und vorgebbarem Schwellenwert ns, d. h. es wird überprüft, ob die Drehzahl n momentan noch über den Drehzahlschwellenwert ns (oder darauf) liegt, aber beim nächsten Totpunkt bereits unter den Schwellenwert ns abgefallen sein wird, und jetzt näher am Schwellenwert ns liegt, als im nächsten Zyklus. Ist dies der Fall, folgt Schritt 1060, ist dies nicht der Fall, folgt Schritt 1020, und das erfindungsgemäße Verfahren wird wiederholt. In Schritt 1060 wird innerhalb des nächsten Zyklus die Drosselklappe mindestens teilweise geöffnet, oder das jeweils andere Stellelement, mit dem die Luftmenge zuvor in Schritt 1010 reduziert wurde.
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Es ist hierbei nicht erforderlich, dass die Ermittlung der Drehzahl n jeweils zu Totpunkten erfolgt. Jede beliebige andere feste Kurbelwellenwinkel kann ebenso verwendet werden, beispielsweise 10° vor einem oberen Totpunkt.
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Ebenso ist es möglich, dass der Wert DK1, auf den die Drosselklappe geöffnet wird (oder ein beliebiges anderes Stellelement zum Stellen der zugeführten Luftmenge) als Funktion der ermittelten Drehzahl n1 ermittelt wird, beispielsweise dass bei größeren Werten der ermittelten Drehzahl n1 der Öffnungswinkel DK1 der Drosselklappe größer gewählt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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