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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung.
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Aus der
DE 10 2005 028 174 A1 ist ein Gurtaufroller mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule, einer am Rahmen drehfest blockierbaren Scheibe und einer ersten, ständigen und einer zweiten, schaltbaren Kraftbegrenzungseinrichtung bekannt. Die erste, ständige Kraftbegrenzungseinrichtung umfasst einen im hohlen Innenraum der Gurtspule angeordneten Torsionsstab, der an einem axialen Ende drehfest mit der Scheibe und am entgegengesetzten Ende drehfest mit der Gurtspule gekoppelt ist. Die zweite, schaltbare Kraftbegrenzungseinrichtung umfasst einen Schneidkörper, der in eine Koppelposition einsteuerbar ist, in der der Schneidkörper die Gurtspule so an die Scheibe koppelt, dass der Schneidkörper bei einer Relativdrehung zwischen Scheibe und Gurtspule Material zerspant. Ein Einsteuermechanismus sorgt dafür, dass die zweite, schaltbare Kraftbegrenzungseinrichtung, hier in Form des Schneidkörpers, in Abhängigkeit von unfallbezogenen Daten in die Auslöseposition einsteuert. Als unfallbezogene Daten werden insbesondere Körperdaten des Fahrzeuginsassen, Sitzpositionsdaten oder Daten, die repräsentativ für die Schwere des Unfalls sind, in Betracht gezogen. Diese Daten können z. B. durch Sensoren oder auf sonstige Weise, wie z. B. durch die Bestimmung der Länge des abgezogenen Gurtbands oder der Drehbeschleunigung oder -geschwindigkeit der Gurtspule vor einer Blockierung ermittelt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller mit verbesserter individueller Einstellung des Kraftbegrenzungsniveaus in einem Rückhaltefall zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gurtaufroller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen den erfindungsgemäßen Gurtaufrollers sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Gurtaufroller für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Gurtspule und eine schaltbare Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem Einsteuermechanismus, der im Verlauf eines Rückhaltefalls eine Kraftbegrenzung auslösen kann. Gemäß der Erfindung weist der Einsteuermechanismus wenigstens ein beweglich an die Gurtspule gekoppeltes Auslöseelement auf, das im Rückhaltefall bei einer Drehung der Gurtspule abhängig von der auf das Auslöseelement wirkenden Fliehkraft und unabhängig von einer Winkelbeschleunigung der Gurtspule in eine Auslöseposition ausgelenkt wird, um die Kraftbegrenzung auszulösen. Die schaltbare Kraftbegrenzungseinrichtung kann dabei die alleinige Kraftbegrenzungseinrichtung sein oder zusätzlich zu einer ständigen Kraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen sein.
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Simulationen und praktische Versuche haben die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis bestätigt, dass eine auf den Fahrzeuginsassen und die sonstigen Umstände des Rückhaltefalls optimal abgestimmte Kraftbegrenzung erreicht wird, wenn alleine in Abhängigkeit von der Drehzahl der Gurtspule vor deren Blockierung entschieden wird, ob eine (zusätzliche) schaltbare Kraftbegrenzung aktiviert wird. Diese Entscheidung soll bewusst unabhängig von der Winkelbeschleunigung der Gurtspule sein. Diesem Grundgedanken trägt die Erfindung in Form des Auslöseelements Rechnung, das in eine Auslöseposition ausgelenkt wird, sobald die auf das Auslöseelement wirkende Fliehkraft einen vorbestimmten Wert überschreitet, unabhängig von der Winkelbeschleunigung. In der Auslöseposition sorgt das Auslöseelement dafür, dass die (zusätzliche) schaltbare Kraftbegrenzung aktiviert wird. Dazu muss das Auslöseelement nicht direkt in der Gurtspule gelagert sein, sondern kann auch in einem an die Gurtspule gekoppelten Bauteil aufgenommen sein, sofern sich dieses mit der Gurtspule mitdreht.
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Wie bereits angedeutet ist es besonders vorteilhaft, wenn die gesamte Kraftbegrenzungseinrichtung des Gurtaufrollers im Rückhaltefall grundsätzlich ein erstes, ständiges Kraftbegrenzungsniveau (Grundniveau) bereitstellt, das auf relativ leichte bzw. kleine Insassen abgestimmt ist (sogenannte 5%- und ggf. 50%-Insassen). Die zuschaltbare Kraftbegrenzung, die durch den besonderen Einsteuermechanismus ausgelöst wird, kommt hingegen nur bei relativ schweren bzw. großen Insassen zum Einsatz (sogenannte 95%- und ggf. 50%-Insassen), sodass für diese Insassen ein zusätzliches Kraftbegrenzungsniveau bereitgestellt wird, das sich zum Grundniveau addiert. Die Kraftbegrenzungseinrichtung des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers sollte dementsprechend dazu eingerichtet sein, in einem Rückhaltefall eine vom Einsteuermechanismus unabhängige Kraftbegrenzung auf einem Grundniveau bereitzustellen. Diese unabhängige Kraftbegrenzung kann insbesondere mithilfe eines Torsionsstabs erreicht werden.
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Grundsätzlich kann das Auslöseelement in der Auslöseposition zwei Effekte verursachen: Entweder wird eine endgültige Blockierung der Drehung der Gurtspule bewirkt, d. h. die die Drehung der Gurtspule wird vollständig unterbunden, was einem unendlich hohen Kraftbegrenzungsniveau entspricht, oder das Auslöseelement lässt in der Auslöseposition eine weitere Drehung der Gurtspule zu, allerdings nur unter Einbeziehung der schaltbaren Kraftbegrenzungseinrichtung, z. B. unter Zerspanung von Material, durch Verformung von Bandmaterial oder anderen an sich bekannten Kraftbegrenzungsmechanismen.
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Das wenigstens eine Auslöseelement kann als Fliehkraftklinke ausgebildet sein, die in der Auslöseposition in eine rahmenfeste Verzahnung einsteuert. Diese Gestaltung empfiehlt sich insbesondere für den Fall einer vollständigen Blockierung der Gurtspule. „Rahmenfest soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass die Verzahnung entweder im Rahmen des Gurtaufrollers selbst oder in einem fest mit dem Rahmen verbundenen Bauteil ausgebildet ist.
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Das Auslöseelement ist vorzugsweise gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder in die Auslöseposition auslenkbar. Dadurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass das Auslöseelement erst bei einer Fliehkraft, die die Rückstellkraft der Rückstellfeder überschreitet, in die Auslöseposition ausgelenkt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Einsteuermechanismus ist die Rückstellfeder eine Zugfeder, die eine zur Drehachse der Gurtspule gerichtete Rückstellkraft auf das Auslöseelement ausübt. Als Zugfeder kommt insbesondere eine Schraubenzugfeder in Betracht.
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Gemäß einem anderen Erfindungsaspekt ist für das Zurückhalten des Auslöseelements ein Rastmechanismus vorgesehen, der das Auslöseelement in eine Ausgangsposition vorspannt. Erst wenn die Fliehkraft die Vorspannung überwindet, wird das Auslöseelement ausgelenkt.
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Der Rastmechanismus kann eine Rückstellfeder in Form einer Druckfeder aufweisen, die ein Rastelement in eine Rastausnehmung des Auslöseelements drückt, und zwar vorzugsweise in linearer Richtung. Als Druckfeder kommt dann insbesondere eine Schraubendruckfeder in Betracht.
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Als Rastelement des Rastmechanismus, das in die Rastausnehmung des Auslöseelements gedrückt wird, bietet sich eine Kugel oder eine Rolle an. Das Rastelement kann aber auch ein Teil der Feder selbst sein. In diesem Fall ist das Rastelement also kein separates Bauteil.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Rastmechanismus stützt sich die Druckfeder an einer Basis ab, die durch einen Verstellmechanismus verstellbar ist. Dadurch kann die Vorspannung, und damit die Fliehkraft, die zur Auslenkung des Auslöseelements in die Auslöseposition erforderlich ist, nach Wunsch eingestellt bzw. angepasst werden.
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Eine alternative Ausgestaltung des Rastmechanismus sieht eine Rückstellfeder in Form einer Blattfeder vor, die in eine Rastausnehmung des Auslöseelements drückt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen schematisch:
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers mit Kraftbegrenzungseinrichtung im Längsschnitt;
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2 eine stirnseitige Schnittansicht des Gurtaufrollers aus 1;
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3 eine stirnseitige Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers nach einer zweiten Ausführungsform; und
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4 eine stirnseitige Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers nach einer dritten Ausführungsform.
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Der in 1 schematisch gezeigte Gurtaufroller umfasst eine in einem Rahmen 10 drehbar gelagerte Gurtspule 12. An einem ersten stirnseitigen Ende der Gurtspule 12 ist ein Sperrsystem zum Blockieren der Drehung der Gurtspule 12 vorgesehen. Das Sperrsystem umfasst eine Zahnscheibe 14, die mittels eines Verbindungsrings 16 drehfest an einen ersten Flansch 18 der Gurtspule 12 gekoppelt ist. Mit einer Sperrklinke 20, die in die Verzahnung der Zahnscheibe 14 einsteuerbar ist, lässt sich die Zahnscheibe 14 drehfest am Rahmen 10 abstützen. Die Zahnscheibe 14 ist z. B. durch Scherstifte bis zu einem gewissen Drehmoment drehfest mit dem Flansch 18 der Gurtspule 12 verbunden.
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Im hohlen Innenraum der Gurtspule 12 ist ein Torsionsstab 22 angeordnet, der an einem ersten axialen Ende drehfest an die Zahnscheibe 14 und am entgegengesetzten Ende drehfest an die Gurtspule 12 gekoppelt ist. Der Torsionsstab 22 ist Teil einer ersten, ständigen Kraftbegrenzungseinrichtung und dient in einem Rückhaltefall zur Bereitstellung eines ersten Kraftbegrenzungsniveaus, wie später noch genauer erläutert wird.
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Am zweiten stirnseitigen Ende der Gurtspule 12 ist ein Einsteuermechanismus vorgesehen, der ebenfalls Teil der gesamten Kraftbegrenzungseinrichtung des Gurtaufrollers ist und zur optionalen, schaltbaren Bereitstellung eines zweiten Kraftbegrenzungsniveaus dient.
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Bei der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform ist der Einsteuermechanismus durch zwei Auslöseelemente in Form von zwei gegenüberliegenden Fliehkraftklinken 24 gebildet. Die Fliehkraftklinken 24 sind mittels Rückstellfedern 26 in einem zweiten Flansch 28 der Gurtspule 12 so gelagert, dass sie gegen die Rückstellkraft der Rückstellfedern 26 in radialer Richtung ausgelenkt werden können. Die Rückstellfedern 16 sind hier Zugfedern, die eine zur Drehachse gerichtete Rückstellkraft auf die Fliehkraftklinken 24 ausüben.
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Die Fliehkraftklinken 24 wirken mit einer entweder im Rahmen 10 oder in einem rahmenfesten Bauteil gebildeten Verzahnung 30 zusammen. Genauer gesagt können die Fliehkraftklinken 24 aus einer Ausgangsposition in eine Auslöseposition ausgelenkt werden, in der die Fliehkraftklinken 24 in die Verzahnung 30 einsteuern.
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In einem Rückhaltefall wird das Sperrsystem aktiviert, d. h. die Zahnscheibe 14 wird durch das Einsteuern der Sperrklinke 20 am Rahmen 10 des Gurtaufrollers drehfest blockiert. Damit ist auch die Gurtspule 12 über den Torsionsstab 22 drehfest mit dem Rahmen 10 gekoppelt, sodass eine weitere Drehung der Gurtspule 12 in Gurtbandabzugsrichtung verhindert wird. Bei Überschreitung einer vorbestimmten Gurtlast verwindet sich jedoch der Torsionsstab 22 und gestattet eine gurtkraftbegrenzende Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Zahnscheibe 14. Das Verwinden des Torsionsstabs 22 entspricht einem ersten Kraftbegrenzungsniveau.
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Zusätzlich zu der Gurtkraftbegrenzung durch den Torsionsstab 22 kann eine zusätzliche Kraftbegrenzung erfolgen, die gegebenenfalls durch den Einsteuermechanismus ausgelöst wurde. Ob ein zweites Kraftbegrenzungsniveau bereitgestellt wird oder nicht, hängt von der auf die Auslöseelemente, hier die Fliehkraftklinken 24, wirkenden Fliehkraft ab. Durch den unter Verformung des Torsionsstabes stattfindenden Gurtbandabzug wird eine Drehung der Gurtspule 12 hervorgerufen, die durch die Vorverlagerung des Insassen bei einer abrupten Verzögerung des Fahrzeugs verursacht wird, wobei die Drehgeschwindigkeit insbesondere vom Gewicht des Insassen und der Unfallschwere abhängt.
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Allgemein sind das Gewicht und die Lagerung der Auslöseelemente so ausgelegt, dass diese in die Auslösepositionen ausgelenkt werden, wenn die Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Zu beachten ist, dass die Auslenkung in die Auslösepositionen unabhängig von der Winkelbeschleunigung der Gurtspule 12 bzw. der Auslöseelemente ist.
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In ihren Auslösepositionen steuern die Fliehkraftklinken 24 in die Verzahnung 30 ein, sodass die Drehung der Gurtspule 12 endgültig unterbunden ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Drehung der Gurtspule 12 nicht vollständig unterbunden wird, sondern die Fliehkraftklinken 24 selbst oder an die Fliehkraftklinken 24 gekoppelte Schneidkörper bei einer weiteren Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Zahnscheibe 14 Material zerspanen, beispielsweise Material des Rahmens 10 oder eines anderen rahmenfesten Bauteils. Das zweite Kraftbegrenzungsniveau kann also entweder unendlich hoch (endgültige Blockierung der Gurtspule 12) oder durch bestimmte Parameter wie Schnittbreite, Schnitttiefe, Härte bzw. Verformbarkeit des zu zerspanenden oder zu verformenden Materials etc. vorgegeben sein.
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In 3 ist eine zweite Ausführungsform des Einsteuermechanismus gezeigt. Auch hier sind Fliehkraftklinken 24 vorgesehen, die bei entsprechend schneller Drehung der Gurtspule 12 infolge der Fliehkraft aus ihrer Ausgangsposition in radialer Richtung in eine Auslöseposition ausgelenkt werden können, um dann ein zweites Kraftbegrenzungsniveau bereitzustellen. Die Fliehkraftklinken 24 werden wiederum von Rückstellfedern 26 zunächst in ihrer Ausgangsposition gehalten und werden erst bei Überwindung einer Rückhaltekraft radial ausgelenkt.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind die Rückstellfedern 26 hier aber keine Zugfedern, sondern Druckfedern. Die Rückstellfedern 26 stützen sich mit einem Ende an einer Basis 32 ab, während das andere Ende ein Rastelement, hier eine Kugel 34, gegen die zugeordnete Fliehkraftklinke 24 drückt. Genauer gesagt drückt die Rückstellfeder 26 die Kugel 34 in einer zur radialen Auslenkrichtung der Fliehkraftklinke 24 im Wesentlichen senkrechten Richtung in eine Rastausnehmung 36 der Fliehkraftklinke 24.
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Bei entsprechend großer Fliehkraft kann die Fliehkraftklinke 24 dank der speziellen Gestaltung der Rastausnehmung die Kugel 34 gegen die Rückstellkraft (Vorspannung) der Rückstellfeder 26 so weit in Richtung der Basis 32 drücken, dass sich die Fliehkraftklinke 24 in radialer Richtung bewegen kann, um die zweite Gurtkraftbegrenzung auszulösen.
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Die Basis 32 kann durch einen Verstellmechanismus in Form einer Justierschraube 38 in Längsrichtung der Rückstellfeder 26 verstellt werden, um die Rückstellkraft der der Rückstellfeder 26 einzustellen bzw. anzupassen. Dabei kann die Basis 32 selbst Teil der Justierschraube 38 sein oder durch ein separates, mittels der Justierschraube 38 verstellbares Bauteil gebildet sein.
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Ansonsten entspricht die Funktionsweise des Einsteuermechanismus der der ersten Ausführungsform.
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Die in 4 gezeigte dritte Ausführungsform des Einsteuermechanismus entspricht weitgehend der zweiten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass die Rückstellfeder 26 hier eine Blattfeder ist. Ein erstes Ende der Blattfeder ist fest in der Gurtspule 12 verankert, während das zweite Ende so in die Rastausnehmung 36 der Fliehkraftklinke 24 drückt, dass diese zunächst in ihrer Ausgangsposition gehalten wird. Erst bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl der Gurtspule 12 überwindet die auf die Fliehkraftklinke 24 wirkende Fliehkraft die Rückstellkraft (Vorspannung) der Blattfeder; das zweite Ende der Blattfeder wird weggedrückt, und die Fliehkraftklinke 24 bewegt sich in radialer Richtung in die Auslöseposition.
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Die Anzahl der Auslöseelemente kann je nach Auslegung des Einsteuermechanismus variieren. Grundsätzlich ist ein Auslöseelement ausreichend, aus Symmetrie- und/oder Sicherheitsgründen sind aber in der Regel zwei oder mehr Auslöseelemente vorgesehen.
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Es ist selbstverständlich möglich, bestimmte Parameter wie etwa die Rückstellkraft der Rückstellfedern 26 innerhalb einer Ausführungsform zu variieren und/oder Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren.
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Beispielsweise können die Rückstellkräfte so ausgelegt werden, dass bei einer ersten Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 nur eine erste Anzahl Auslöseelemente (wenigstens eines) und bei einer höheren zweiten Drehgeschwindigkeit eine größere Anzahl in die Auslöseposition ausgelenkt werden.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Auslöseelemente, oder wenigstens ein Teil davon, aus der Auslöseposition gezielt wieder zurückbewegt werden können.
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Die Auslöseelemente müssen auch nicht zwingend in einem Flansch der Gurtspule 12 gelagert sein. Sie können auch in einem separaten, an die Gurtspule 12 gekoppelten Bauteil gelagert sein.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung mit dem besonderen Einsteuermechanismus eignet sich sowohl für Standard-Gurtaufroller als auch für Gurtaufroller mit Strafffunktion (Aufrollerstraffer).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rahmen
- 12
- Gurtspule
- 14
- Zahnscheibe
- 16
- Verbindungsring
- 18
- erster Flansch
- 20
- Sperrklinke
- 22
- Torsionsstab
- 24
- Fliehkraftklinke
- 26
- Rückstellfeder
- 28
- zweiter Flansch
- 30
- Verzahnung
- 32
- Basis
- 34
- Kugel
- 36
- Rastausnehmung
- 38
- Justierschraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005028174 A1 [0002]
