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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Charakterisierung der Masseverteilung von Streugutpartikeln mittels akustischer oder elektromagnetischer Sensoren bei einem Schleuderstreuer.
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Wie die
DE 197 23 359 A1 offenbart, eigenen sich für den Austrag von Dünger auf landwirtschaftlichen Anbauflächen Schleuderstreuer, insbesondere solche mit zwei nebeneinander angeordneten und gegenläufig angetriebenen Streuscheiben. Hierbei wird der Dünger in Abhängigkeit vom Streuscheibentyp und der Düngersorte in Form eines charakteristischen Streufächers oder Streubilds durch Anschlussfahren über eine vorgegebene Arbeitsbreite verteilt.
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Als Parameter zur Charakterisierung von Streubildern einer Streuscheibe eignen sich insbesondere die mittlere Wurfweite WW und der mittlere Abwurfwinkel AWW des Düngeraustrags. Diese Werte werden für verschiedene Arbeitsbreiten AB und für unterschiedliche Düngersorten in Streutabellen bereitgestellt und können für eine gewünschte Arbeitsbreite an einer Bedienstation zu Beginn des Arbeitsbetriebs eingegeben werden. Die mittleren Abwurfwinkel AWW und Wurfweiten WW werden beispielsweise als 50%-Perzentil einer in Umfangsrichtung zum Mittelpunkt der Streuscheibe gemessenen Abwurfwinkelverteilung beziehungsweise einer radial von der Streuscheibe aus definierten Wurfweiteverteilung des Streubilds ermittelt. Weitere gebräuchliche Parameter sind der Anfangswert AWWa der Abwurfwinkelverteilung als 5%-Perzentil und der zugehörige Endwert AWWe als 95%-Perzentil, ebenso ein Anfangswert WWa der Wurfweiteverteilung als 5%-Perzentil und ein Endwert WWe als 95%-Perzentil. Diese charakteristischen Parameter von Streubildern werden beispielsweise unter reproduzierbaren Bedingungen durch Schalenversuche in Streuhallen für einzelne Düngersorten in Abhängigkeit vom Streuscheibentyp, der Drehzahl und unterschiedlichen Stellungen eines an der Streuscheibe ausgebildeten Einleitsystems für Dünger ermittelt. Die für bestimmte Arbeitsbreiten und Düngersorten unter Standardbedingungen einzustellenden Stellungen und Drehzahlen werden dann üblicherweise in Streutabellen aufgelistet.
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Nachteilig ist jedoch, dass sich insbesondere die Oberflächeneigenschaften von Dünger in Abhängigkeit von Lagerbedingungen, wie beispielsweise der Luftfeuchte oder dergleichen, ändern. Insbesondere das Reibverhalten der Düngerkörner wirkt sich entscheidend auf die Abwurfwinkelverteilung aus. Ebenso können sich einzelne Düngerchargen unterscheiden, beispielsweise hinsichtlich der Korngröße, die direkten Einfluss auf die erzielte Wurfweiteverteilung hat. Daher kann die Anwendung der unter standardisierten Bedingungen ermittelten Streuparameter im konkreten Anwendungsfall zu unbefriedigenden Ergebnissen führen. Ebenso können äußere Einflüsse, wie Wind oder Geländeneigung zu einem von der Streutabelle abweichenden Verhalten führen.
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Es wurden daher bereits Anstrengungen unternommen, Streufächer bzw. Ist-Streubilder beim Düngeraustrag zu kontrollieren und gegebenenfalls an ein Soll-Streubild anzugleichen. Hierzu ist es beispielsweise aus der
EP 2 783 560 A2 bekannt, an jeder Streuscheibe über deren nutzbaren Abwurfwinkelbereich Radarsensoren zu verteilen, die Radarkeulen aussenden und im nutzbaren Abwurfwinkelbereich Information über eine Ist-Abwurfwinkelverteilung liefern. Aus dieser lässt sich dann beispielsweise der mittlere Abwurfwinkel AWW ableiten. Somit liegt im Arbeitsbetrieb laufend Information über Ist-Abwurfwinkel vor, die zur Steuerung der den Streuscheiben zugeordneten Einleitsysteme für Dünger und/oder zur Drehzahlanpassung der Streuscheiben verwendet werden kann. Zudem kann ein weiterer Sensor zur Bestimmung der Flugweite der Düngerpartikel vorgesehen sein, wie in der unveröffentlichten Anmeldung
DE 10 2014 116 023.1 der Anmelderin offenbart.
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Es können also typischerweise eine Vielzahl von Sensoren in der Nähe des Abwurfbereiches zumindest einer Streuscheiben angeordnet sein, um die Verteilcharakteristik der jeweiligen Streuscheibe zu überwachen.
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Hieraus ergibt sich das Problem, dass Sensoren durch Streugutpartikel reflektierte oder gestreute Signale auffangen können, welche ursprünglich durch andere Sensoren ausgesandt wurden und welche somit zu Störsignalen führen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, welche die Störsignaleinflüsse anderer Sensorquellen reduziert.
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Die gestellte Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach wird für einen Schleuderstreuer mit zumindest zwei Sensoren zur Charakterisierung der Masseverteilung der Streugutpartikel der zumindest eine zweite Sensor relativ zu dem zumindest einen ersten Sensor derart angeordnet ist, dass die Orientierung der Polarisationsebene der durch den ersten Sensor ausgesendeten und an Streugutpartikeln reflektierten und/oder gestreuten elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen eine Detektion dieser elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen durch den zweiten Sensor zumindest überwiegend verhindert. Auf diese Weise kann durch Ausnutzung der Polarisationseigenschaften der ausgesandten Wellen auf einfache Weise verhindert werden, dass das Sensorsignal durch ausgesendete Wellen benachbarter Sensoren gestört wird.
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Vorteilhafterweise schließen die Polarisationsrichtungen der zumindest zwei Sensoren einen Winkel zwischen 45° und 135°, vorzugsweise von exakt 90°, ein. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Detektion des überwiegenden Teils der Wellen des ersten Sensors durch den zweiten Sensor mittels der relativen Orientierung zwischen dem ersten und zweiten Sensor ausgeschlossen werden.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoren als Ultraschallsensoren ausgebildet.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind die Sensoren als Radarsensoren ausgebildet. Diese ermöglichen eine besonders exakte und gegenüber äußeren Einflüssen wie Verschmutzungen unempfindliche Detektion der abgeworfenen Streugutpartikel.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Öffnungswinkel des Empfangsbereichs des zweiten Sensors parallel und quer zur Polarisationsebene annähernd gleich. Bei vielen Typen von Radarsensoren ist der Detektionsbereich räumlich anisotrop. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Öffnungswinkel des Detektionsbereiches sich in verschiedenen Richtungen quer zu der Achse, welche die Richtung der ausgesendeten Wellen anzeigt, unterscheidet. In vorteilhafter Weise kann nun der zweite Sensor derart gewählt werden, dass der Detektionsbereich um die Achse, welche die Richtung der ausgesendeten Wellen anzeigt, isotrop und damit von der Polarisationsrichtung unabhängig ist. Der Detektionsbereich kann für diese Art von Sensoren annähernd mittels eines Kegels mit kreisförmiger Grundfläche beschrieben werden, dessen Spitze in der Richtung des Detektors angeordnet ist, dessen Symmetrieachse der Ausbreitungsrichtung der ausgesendeten Wellen entspricht und dessen Öffnungswinkel die Größe des Detektionsbereich angibt. Somit ändert sich bei Drehung des Detektors um diese Achse nicht die räumliche Orientierung des Detektions- bzw. Empfangsbereiches. Auf diese Weise kann durch Drehung des zweiten Sensors um diese Achse die Polarisationsrichtung des Sensors derart angepasst werden, dass Störeinflüsse eines oder mehrerer anderer Sensoren minimiert werden, ohne den Detektionsbereich des Sensors zu beeinflussen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Sensor zur Bestimmung der Abwurfrichtung der Streugutpartikel und zumindest ein Sensor zur Bestimmung der Wurfweite an dem Schleuderstreuer angeordnet. Auf diese Weise kann sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit bzw. Wurfweite des Streugutes und damit die exakte Streufächergeometrie erfasst werden. Beispielsweise kann der zweite Sensor zur Bestimmung der Wurfweite verwendet und so orientiert werden, dass die Polarisationsebene der durch diesen Sensor empfangbaren Wellen einen Winkel von Vorzugsweise 90° mit der Polarisationsebene der von dem zumindest einen ersten Sensor zur Bestimmung der Wurfrichtung ausgesendeten Wellen einschließt. Auf diese Weise lässt sich das Störsignal des zweiten Sensors, welches durch die von dem ersten Sensor ausgesendeten Wellen erzeugt wird, minimieren.
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Die Erfindung wird überdies mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst, wobei für einen Schleuderstreuer mit zumindest zwei Sensoren zur Charakterisierung der Masseverteilung der Streugutpartikel der zumindest eine zweite Sensor relativ zu dem zumindest einen ersten Sensor derart angeordnet ist, dass die Orientierung der Polarisationsebene der durch den ersten Sensor ausgesendeten und an Streugutpartikeln reflektierten und/oder gestreuten elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen eine Detektion dieser elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen durch den zweiten Sensor zumindest überwiegend verhindert. Auf diese Weise erfolgt eine effektive Reduzierung der Störsignale des zweiten Sensors, hervorgerufen durch die von dem ersten Sensor ausgesendeten Wellen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 Schematische Seitenansicht eines Schleuderstreuers und
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2 verschiedene Sensortypen zur Charakterisierung der Masseverteilung der Streugutpartikel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie mögliche bevorzugte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verteilmaschine werden in schematischer Darstellung in den 1 und 2 dargestellt. Der Klarheit wegen wurden konstruktive Details, welche für die Darstellung der Erfindung unerheblich, für das Funktionieren der Verteilmaschine aber unerlässlich sind, weggelassen. Beispielsweise wird die Verteilmaschine normalerweise an eine nicht dargestellte landwirtschaftliche Zugmaschine in bekannter Weise angebaut oder als selbstfahrende Verteilmaschine betrieben. Zudem fehlt in den Figuren die Darstellung von beispielsweise einem Rührwerk für das Streugut und einem Dosierschieber, welcher die Menge des ausgebrachten Streugutes reguliert. Zudem ist die nicht erfindungswesentliche Steuerung des Auftreffpunktes des Streugutes auf die Schleuderscheibe nicht dargestellt. Weiter fehlt die mechanische Verbindung zwischen dem Streugutbehälter und der Schleuderscheibe, sowie deren Antrieb. Diese konstruktiven Merkmale wurden der Klarheit der Darstellung wegen weggelassen und sind aus zahlreichen anderen Veröffentlichungen bekannt und offenbart.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verteilmaschine 1 mit einem Behälter 2, welcher Streugut 3 beherbergt. Letzteres fällt durch eine Öffnung 4 auf eine Streuscheibe 5. Das fallende Streugut ist in dieser Darstellung als Streugutpaket 6 dargestellt. Normalerweise rieselt das Streugut kontinuierlich auf die sich drehende Streuscheibe 5 und trifft auf die Scheibe am Punkt P auf. Zur besseren Veranschaulichung ist hier nur ein Düngerpaket 6 dargestellt, welches beispielsweise mittels einer der zwei Wurfschaufeln 7 während einer Umdrehung abgeworfen wird. Die Schleuderscheibe dreht sich um die Achse A mit der Drehzahl vD und verteilt das Streugut mittels der Wurfschaufeln 7 auf einer landwirtschaftlichen Fläche. Die Verweildauer des Streugutes auf der Schleuderscheibe hängt hierbei von der Geometrie der Scheibe sowie der Wurfschaufeln, der Drehzahl vD, dem Aufgabepunkt des Streugutes auf die Schleuderscheibe sowie den Eigenschaften des verwendeten Streugutes ab. Diese Parameter sind es auch, die die Abfluggeschwindigkeit des Streugutes von der Schleuderscheibe bestimmen. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Rutscheigenschaften der Streugutpartikel oftmals nicht hinreichend charakterisiert sind.
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In einer späteren Phase des Verteilprozesses wird das Streugut von der Schleuderscheibe 5 abgeworfen und verlässt, nun als Streugutpaket 9 dargestellt, die Wurfschaufel bzw. die Schleuderscheibe. In diesem Ausführungsbeispiel ist nun ein Sensor 11 an der Verteilmaschine angebracht, welcher direkt nach dem Verlassen der Streuscheibe eine Messung des abgeworfenen Streugutes durchführt. Dieser Sensor kann beispielsweise ein Sensor einer größeren Anordnung von Sensoren sein, welche auf einem Kreisbogen in Umfangsrichtung konzentrisch um das Zentrum der Schleuderscheibe angeordnet und dazu ausgebildet sind, den Abwurfwinkel des Streugutes zu bestimmen. Es kann sich hierbei beispielsweise um Radarsensoren handeln.
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Der Sensor 11 sendet in diesem Ausführungsbeispiel Radarwellen 12 einer bestimmten Polarisationsrichtung aus, um das Streugutpaket 9 zu charakterisieren. Die Polarisationsrichtung ist an Hand der dargestellten Pfeilrichtungen ablesbar, kann jedoch im Prinzip in jede beliebige Raumrichtung orientiert sein. Es ist zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lehre auch nicht erforderlich, dass die Polarisationsrichtung der ausgesendeten Wellen 12 bekannt ist.
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Die ausgesendeten Wellen 12 werden an dem Streugutpaket reflektiert und/oder gestreut und somit auf die Messvorrichtung 11 zur Messung beispielsweise der Massegutverteilung zurückgeworfen. Die Polarisationsrichtung der gestreuten und/oder reflektierten und in der 1 als gestrichelte Linie dargestellten Wellen 13 ändert sich hierbei nicht wesentlich.
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Die zurückgeworfenen Wellen können neben dem Sensor 12 auch einen weiteren Sensor 8 erreichen, welcher in diesem Ausführungsbeispiel oberhalb des Sensors 11 angebracht ist. Dieser dient zur weiteren Charakterisierung der Masseverteilung der Streugutpartikel 10 zu einem späteren Zeitpunkt des Verteilprozesses, beispielsweise zur Bestimmung der Partikelgeschwindigkeit bzw. der Wurfweite.
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Auch dieser Sensor 8 sendet Radarwellen 14 einer bestimmten Polarisationsrichtung aus. Die Polarisationsrichtung der Radarwellen 14 zeigt hier in die Blattebene hinein und ist somit orthogonal zu der Polarisationsrichtung der Wellen 12, 13 orientiert.
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Auch die Radarwellen des Sensors 8 werden, dargestellt als Radarwelle 15, an den Streugutpartikeln gestreut oder reflektiert und somit auf den Sensor 8 zurückgeworfen. Auch hier bleibt die Polarisationsrichtung der zurückgeworfenen Wellen zumindest annähernd gleich. Ebenfalls ist bzgl. der durch den Sensor 8 ausgesendeten Wellen denkbar, dass diese derart gestreut werden, dass sie den Sensor 11 erreichen.
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Da die Polarisationsrichtungen der durch den Sensor 11 ausgesendeten Radarwellen orthogonal zu der Polarisationsrichtung der durch den Sensor 8 ausgesendeten Wellen orientiert ist, ist eine gegenseitige Störung der Sensoren in diesem Ausführungsbeispiel in erfindungsgemäßer Weise ausgeschlossen. Dies gilt unter der Voraussetzung, dass der Empfänger der jeweiligen Sensoren 8, 11 ebenfalls auf Radarwellen einer ausgezeichneten Polarisationsrichtung 13, 15 sensitiv ist, welche mit der Polarisationsrichtung der jeweils ausgesendeten Wellen 12, 14 übereinstimmt.
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Der Empfangsbereich der beiden Sensoren ist in der 1 als Öffnungswinkel α1 und β1 dargestellt. Der Öffnungswinkel des Empfangsbereiches ist in der Regel bekannt und nicht symmetrisch um die Achse 16, welche die Ausbreitungsrichtung der Radarwellen anzeigt.
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Wie anhand der 2 erläutert wird, ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn zumindest einer der Sensoren über einen symmetrischen Empfangsbereich bzgl. der Ausbreitungsrichtung 16, welche in x-Richtung des dargestellten Koordinatensystems zeigt, verfügt. Die 2 zeigt in perspektivischer Darstellung zwei Sensoren 8 und 9. Die jeweiligen Empfangsbereiche der Radarwellen sind als Kegel 17 und 18 dargestellt, wobei der Kegel 17 des Sensors 8 einen symmetrischen Empfangsbereich in y-Richtung und z-Richtung aufweist, das bedeutet, dass die Öffnungswinkel α1 und α2 in diesen beiden Richtungen mit jeweils 16° gleich sind. In anderen Worten ist die Grundfläche des Kegels 17 kreisförmig.
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Auch für den Sensor 11 ist ein Kegel 18 zur Andeutung des Empfangsbereiches dargestellt. In diesem Fall beträgt der Öffnungswinkel β1 des Kegels in y-Richtung 10°, während β2 in z-Richtung 16° beträgt. Mit anderen Worten ist die Grundfläche des Kegels 18 nicht kreisförmig, sondern oval. Der Empfangsbereich ändert sich also bei Drehung des Sensors 11 um die Symmetrieachse 16. Dies kann zu unerwünschten Effekten führen, falls der Messbereich in einer bestimmt Richtung besonders groß gewählt werden soll. Dies kann beispielsweise die Flugrichtung der Streugutpartikel oder eine tangentiale Richtung des Umfanges der Streuscheibe sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird nun der Sensor 11 mit asymmetrischem Empfangsbereich derart an der Maschine angebracht, dass dessen Empfangsbereiche für optimale Messbedingungen ausgerichtet ist. Der Sensor 8 wird nun bei bekannter Polarisationsrichtung der durch die Sensoren 8 und 11 ausgesendeten Radarwellen derart an der Verteilmaschine angebracht, dass die Polarisationsrichtungen eine orthogonale Orientierung zueinander aufweisen und sich die Sensoren 8 und 11 somit nicht gegenseitig beeinflussen können. Die Orientierung des Sensors 8 spielt hierbei für das Messergebnis insofern keine Rolle, als der Empfangsbereich um die Ausbreitungsrichtung der Radarwellen 16 symmetrisch ausgerichtet ist.
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Bei unbekannter Polarisationsrichtung der ausgebreiteten Wellen kann eine optimale Ausrichtung des Sensors 8 folgendermaßen erreicht werden:
- 1. Der Sensor 11 wird an der optimalen Position der Verteilmaschine angebracht.
- 2. Der Sensor 8 wird an der optimalen Position der Verteilmaschine, jedoch um die Achse 16 drehbar, angeordnet.
- 3. Der Sensor 11 wird aktiviert und sendet Radarwellen aus.
- 4. Das Signal der Radarwellen des Sensors 11 wird mittels des Sensors 8 detektiert und hinsichtlich der Signalamplitude analysiert, ggf. unter Zuhilfenahme eines die Radarwellen streuenden oder reflektierenden und die Polarisationsrichtung erhaltenden Objektes, welche bspw. das Düngerpaket 9 in 1 simuliert.
- 5. Der Sensor 11 wird um die Asche 16 gedreht, bis das Störsignal, hervorgerufen durch die von dem Sensor 11 ausgesendeten Radarwellen, minimal ist
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Es ist in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung denkbar bei einer linearen Anordnung mehrerer Sensoren, beispielsweise auf einem Kreisbogen die Ausrichtung der Sensoren derart vorzunehmen, dass die Polarisationsrichtungen der Empfangsbereiche immer paarweise orthgonal zueinander orientiert sind. Damit würden ggf. auftretende Störsignale, verursacht durch benachbarte Sensoren minimiert.
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Die Erfindung kann für alle Arten von Sensoren, welche zur Charakterisierung von abgeworfenem Streugut dienen können und polarisierte Wellen aussenden und Empfangen. Dies können alle Arten elektromagnetischer Wellen oder Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen sein. Die Sensoren können hierbei als Empfänger und Sender in einem Bauteil oder räumlich getrennt angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19723359 A1 [0002]
- EP 2783560 A2 [0005]
- DE 102014116023 [0005]
