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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen des Dämpfungsverhaltens eines elektrohydraulischen Dämpfers mit angeschlossenem elektrischem Regler, mit dessen Stellgröße eine Regelstrecke in Form einer Einwirkeinrichtung zum Ändern des Dämpfungsverhaltens des Dämpfers beaufschlagbar ist.
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Ein Verfahren dieser Art ist der europäischen Patentanmeldung
EP 2 305 022 A1 entnehmbar. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein als Stoßdämpfer ausgebildeter Dämpfer dazu eingesetzt, Anpassbewegungen von Einzugs- und Presswalzen bei einem Häckselaggregat zu dämpfen, wobei ein elektrohydraulischer Stoßdämpfer eingesetzt wird. Dieser Stoßdämpfer enthält in seinem Innenraum ein Dämpfungsmedium mit ferromagnetischen Schwebeteilchen, also ein Dämpfungsmittel, das auch als ein magnetorheologisches Dämpfungsmedium bezeichnet wird. Mittels eines mit einem elektrischen Regler verbundenen Sollwertgebers wird ein Strom durch eine Einwirkeinrichtung zum Ändern des Dämpfungsverhaltens des Stoßdämpfers dienende Erregerspule geleitet, die den Dämpfer umschließt und somit ein magnetisches Feld in dem magnetorheologischen Dämpfungsmedium derart erzeugt, dass durch die von dem Magnetfeld verursachte Änderung der Viskosität des Dämpfungsmediums der Stoßdämpfer ein Dämpfungsverhalten aufweist, wie es mittels des Sollwertgebers vorgegeben worden ist.
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Es ist ferner aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 44 33 056 A1 ein Schwingungsdämpfer insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem die Arbeitsräume des Arbeitszylinders mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllt sind. Mittels einer elektrischen Spule wird in dem Fluid ein Magnetfeld erzeugt, mit dem die Viskosität des magnetorheologischen Fluids und damit auch die Dämpfungskraft veränderbar ist.
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Außerdem ist es aus der internationalen Patentanmeldung
WO 99/58873 ein Schwingungsdämpfer auf der Basis elektrorheologischer und/oder magnetorheologischer Flüssigkeiten bekannt, bei dem die Druckmittelräume des Schwingungsdämpfers mit einer elektrorheologischern und/oder magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt sind. In mindestens einem die Druckmittelräume verbindenden Strömungskanal wird ein elektrisches und/oder magnetisches Feld erzeugt, um das Dämpfungsverhalten des bekannten Schwingungsdämpfers den jeweiligen Anforderungen anpassen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beeinflussen des Dämpfungsverhaltens eines elektrohydraulischen Dämpfers so auszugestalten, dass es eine feine Abstimmung des Dämpfungsverhaltens des Dämpfers entsprechend den jeweiligen Anforderungen ermöglicht. Dabei wird im Sinne der obigen Ausführungen unter einem elektrohydraulischen Dämpfer sowohl ein mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit als auch ein mit einem magnetorheologischem Fluid versehener Dämpfer verstanden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Einwirkeinrichtung mit einer Frequenzeinrichtung verwendet, mit der die Frequenz eines elektrischen Feldes bei Verwendung eines elektrorheologischen Dämpfungsmediums oder eines Magnetfeldes bei Verwendung eines magnetorheologischen Dämpfungsmediums veränderbar ist.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, dass durch Frequenzänderungen des elektrischen bzw. magnetischen Feldes zusätzliche, vergleichsweise feine Einstellungen der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit vorgenommen werden können; dem Dämpfer kann somit ein kontinuierliches Änderungsverhalten seiner Dämpfungseigenschaften verliehen werden. Durch Strom- bzw. Spannungsänderungen der Höhe nach allein ist dies nicht erreichbar. Die Viskosität eines elektrorheologischen oder magnetorheologischen Dämpfungsmediums ändert sich nämlich auch mit der Frequenz des anliegenden elektrischen oder magnetischen Feldes.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können unterschiedlich ausgebildete Frequenzeinrichtungen zum Einsatz kommen. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn eine Frequenzeinrichtung verwendet wird, mit der bei einem elektrorheologischen Dämpfungsmedium die Frequenz von an Elektroden im Innern des Dämpfers anliegenden Spannungen oder bei einem magnetorheologischen Dämpfungsmedium die Frequenz eines Stromes durch eine Erregerspule des Dämpfers veränderbar ist.
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Dabei können unterschiedlich angeordnete Elektroden verwendet werden. Vorteilhaft erscheint es, im Kolben des Dämpfers angeordnete Elektroden zu verwenden, weil solche Elektroden leicht elektrisch angeschlossen werden können.
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Als vorteilhaft erscheint es ferner, wenn eine den Zylinder des Dämpfers umfassende Erregerspule verwendet wird.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich so auszugestalten, Notfall-/Ausfalleigenschaften aufweist, wird gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich eine Einwirkeinrichtung mit einer Temperatureinrichtung verwendet, mit der die Temperatur des elektrorheologischen oder des magnetorheologischen Dämpfungsmediums veränderbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass bei einem Ausfall beispielsweise der Frequenzeinrichtung diese zumindest in einem gewissen Umfang durch die Temperatureinrichtung in ihrer Funktion ersetzt werden kann, weil sich die Viskosität des Dämpfungsmittels mit der Temperatur verändert und damit auch das Dämpfungsverhalten des Dämpfers. Allerdings setzt die Wirkung der Temperatureinrichtung mit einer gewissen Zeitverzögerung ein.
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Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperatureinrichtung verwendet, die eine Heiz-/Kühleinrichtung außen am Zylinder des Dämpfers aufweist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Einwirkeinrichtung mit zusätzlich einer Drosseleinrichtung verwendet, mit der der Querschnitt von Überströmöffnungen im Kolben des Dämpfers veränderbar ist. Dies ist an sich aus der oben bereits erwähnten internationalen Anmeldung
WO99/58873 bekannt.
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Als vorteilhaft wird es in diesem Zusammenhang wegen der relativ einfachen konstruktiven Ausführung angesehen, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Drosseleinrichtung verwendet wird, die eine Drosseleinheit mit einer magnetisch betätigbaren Lochscheibe vor den Überströmöffnungen im Kolben des Dämpfers und einen magnetischen Antrieb außerhalb des Dämpfers aufweist.
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Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Drosseleinrichtung verwendet wird, die eine Drosseleinheit mit magnetisch betätigbaren Hub-Querkolben in den Überströmöffnungen im Kolben des Dämpfers und eine elektrische Antriebsspule für die Hub-Querkolben außerhalb des Dämpfers aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Beeinflussen des Dämpfungsverhaltens eines elektrohydraulischen Dämpfers mit angeschlossenem elektrischem Regler, mit dessen Stellgröße eine Regelstrecke in Form einer Einwirkeinrichtung zum Ändern des Dämpfungsverhaltens des Dämpfers beaufschlagbar ist, wie sie aus der eingangs angegebenen europäischen Patentanmeldung
EP 2 305 022 A1 bekannt, und stellt sich die Aufgabe, eine derartige Anordnung so auszubilden, dass sie eine feine Abstimmung des Dämpfungsverhaltens des Dämpfers entsprechend den jeweiligen Anforderungen gestattet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Einwirkeinrichtung eine Frequenzeinrichtung auf, mit der die Frequenz eines elektrischen Feldes bei Verwendung eines elektrorheologischen Dämpfungsmediums oder eines Magnetfeldes bei Verwendung eines magnetorheologischen Dämpfungsmediums veränderbar ist.
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Damit lassen sich sinngemäß die gleichen Vorteile erzielen, wie sie oben bereits zu dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Frequenzeinrichtung besonders gut geeignet ist, die bei einem elektrorheorlogischen Dämpfungsmedium die Frequenz von an Elektroden im Innern des Dämpfers anliegenden Spannungen oder bei einem magnetorheologischen Dämpfungsmedium die Frequenz eines Stromes durch eine Erregerspule des Dämpfers verändert.
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Die Elektroden können vorteilhafterweise im Kolben des Dämpfers angeordnet sein, und die Erregerspule kann den Zylinder des Dämpfers umfassend angeordnet sein.
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Um die erfindungsgemäße Anordnung zusätzlich so auszugestalten, dass sie Notfall-/Ausfalleigenschaften aufweist, weist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung die Einwirkeinrichtung zusätzlich eine Temperatureinrichtung auf, mit der die Temperatur des elektrorheologischen oder des magnetorheologischen Dämpfungsmediums veränderbar ist.
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Dies bringt den Vorteil mit sich, dass bei einem Ausfall beispielsweise der Frequenzeinrichtung oder der Spannungsversorgung für die Elektroden oder der Stromversorgung für die Erregerspule diese zumindest in einem gewissen Umfang durch die Temperatureinrichtung in ihrer Funktion ersetzt werden können, weil sich die Viskosität des Dämpfungsmittels mit der Temperatur verändert und damit auch das Dämpfungsverhalten des Dämpfers. Allerdings setzt die Wirkung der Temperatureinrichtung mit einer gewissen Zeitverzögerung ein.
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Die Temperatureinrichtung kann vorteilhafterweise eine Heiz-/Kühleinrichtung außen am äußeren Zylinder des Dämpfers aufweisen.
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Ferner wird es zur weiteren Verbesserung der Notfall-/Ausfalleigenschaften als vorteilhaft erachtet, wenn die Einwirkeinrichtung eine Drosseleinrichtung aufweist, mit der der Querschnitt von Überströmöffnungen im Kolben des Dämpfers veränderbar ist.
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Wegen der vergleichsweise einfachen konstruktiven Ausführbarkeit erscheint es vorteilhaft, wenn die Drosseleinrichtung eine Drosseleinheit mit magnetisch betätigbaren Hub-Querkolben in den Überströmöffnungen des Kolbens und einen magnetischen Antrieb für die Hub-Querkolben außerhalb des Zylinders des Dämpfers aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner einen elektrohydraulischen Dämpfer mit einer seinen Zylinder außen umgebenden Erregerspule, wie er beispielsweise der eingangs behandelten europäischen Patentanmeldung
EP 2 305 022 A1 zu entnehmen ist, und stellt sich die Aufgabe einen solchen elektrohydraulischen Dämpfer so weiter zu entwickeln, dass er einerseits in seinem Dämpfungsverhalten fein abstimmbar unter Erzielung eines kontinuierlichen Dämpfungsverhaltens ist und andererseits gute Notfall-/Ausfalleigenschaften aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem elektrohydraulischen Dämpfer erfindungsgemäß die Erregerspule mit einem Wechselstrom veränderbarer Frequenz beaufschlagbar und außen am Zylinder ist eine Heiz-/Kühleinrichtung angebracht; in Überströmöffnungen im Kolben des Dämpfers sind magnetisch betätigbare Hub-Querkolben einer Drosseleinrichtung angeordnet, die eine elektrische Antrieb außerhalb des Zylinders des Dämpfers aufweist.
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Die Vorteile eines derartigen Dämpfers bestehen in seinem fein abstimmbaren Dämpfungsverhalten, weil die Viskosität des Dämpfers nicht nur durch die Amplitude des durch die Erregerspule fließenden Wechselstromes, sondern auch durch die veränderbare Frequenz des Wechselstroms sowie durch eine veränderbare Temperaturbeaufschlagung und auch durch eine veränderbare Drosselung des Dämpfungsmediums beim Durchströmen der Überstromöffnungen. Es ist verständlich, dass bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer auf einzelne der Variationsmöglichkeiten zur Veränderung des Dämpfungsverhaltens verzichtet werden kann, wenn es die jeweiligen Dämpfungsanforderungen zulassen.
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Eine besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung und des erfindungsgemäßen Dämpfers wird als Schlingerdämpfer zwischen den Wagenkästen eines Zuges gesehen, wobei der Kolben des Dämpfers an seinem Ende im Zylinder mit einer mechanischen Feder in Längsrichtung gekoppelt ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in
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1 schematisch ein Schienenfahrzeug mit zwei in üblicher Weise über einen Schlingerdämpfer miteinander gekoppelten Wagen, in
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit dem Schlingerdämpfer gemäß 1 schematisch und in
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3 der Schlingerdämpfer gemäß den 1 und 2 allein als elektrohydraulischer Dämpfer in vergrößertem Maßstab
dargestellt.
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Die 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 1, das aus zwei Wagen 2 und 3 besteht. Die beiden Wagen 2 und 3 sind über eine Kupplung 4 miteinander verbunden. Außerdem verläuft zwischen den beiden Wagen 2 und 3 ein Dämpfer 5 in Form eines Schlingerdämpfers, der an seinen beiden Befestigungsendpunkten 6 und 7 mit jeweils einem der beiden Wagen 2 und 3 verbunden ist. Damit wird bei hohen Geschwindigkeiten der Sinuslauf des Schienenfahrzeugs optimiert.
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Gemäß 2 ist eine Anordnung 10 zum Beeinflussen des Dämpfungsverhaltens des elektrohydraulischen Dämpfers 5 eingangsseitig mit einer Führungsgröße w beaufschlagt, die in nicht gezeigter Weise mit einer Schlingersensor-Vorrichtung an dem Schienenfahrzeug 1 (vgl. 1) gewonnen ist. Die Führungsgröße w liegt an einem Summierpunkt 11 an, in dem in später noch erläuterter Weise eine Regeldifferenz Rd gebildet wird. Die Regeldifferenz Rd wird einem Regler 12 zugeführt, der an seinem Ausgang eine Stellgröße S bildet. Mit dieser Stellgröße S wird eine Regelstrecke in Form einer Einwirkeinrichtung 14 beaufschlagt, die im dargestellten Ausführungsbeispiels mehrere Einrichtungen aufweist.
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Eine Einrichtung stellt eine Frequenzeinrichtung 15 dar und umfasst eine mit der Stellgröße S beaufschlagte Schaltungsanordnung 16 und eine nachgeordnete Erregerspule 18 des elektrohydraulischen Dämpfers 5 mit einem magnetorheologischen Dämpfungsmedium 20. Die Schaltungsanordnung 16 erzeugt in Abhängigkeit von der Stellgröße S einen Wechselstrom J mit einer entsprechenden Frequenz. Dabei ist die Schaltungsanordnung 16 bevorzugt so ausgebildet, dass sie die Frequenz des Stromes J in einem Bereich zwischen 2 und mehreren Hundert Hz verändern kann. Damit kann die Viskosität des magnetorheologischen Mediums 20 kontinuierlich verändert werden, weil die Viskosität des Mediums 20 von der Frequenz des vom Strom J durch die Erregerspule 18 erzeugten Magnetfeldes abhängt.
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Wie die 2 ferner zeigt, ist das magnetorheologische Dämpfungsmedium 20 in einem Zylinder 21 des Dämpfers 5 untergebracht, in dem auch ein Kolben 22 des Dämpfers 5 längsbeweglich angeordnet ist. Der Kolben 22 ist an einem Ende 23 einer Kolbenstange 24 gehalten, die an ihrem anderen Ende mit einer Befestigungseinrichtung 25 zur Verbindung mit dem Wagen 3 (vgl. 1) versehen ist. Eine weitere Befestigungseinrichtung 26 des Dämpfers 5 befindet sich am Fuße 27 des Zylinders 21. Eine Darstellung des Dämpfers 5 in einem vergrößerten Maßstab ist unter Verwendung übereinstimmender Bezugszeichen in 3 gezeigt.
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Die Einwirkeinrichtung 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich mit einer nur schematisch dargestellten Temperatureinrichtung 30 versehen, die bevorzugt eine Heiz-/Kühleinrichtung 31 aus Peltierelementen aufweist, der eine weitere Schaltungsanordnung 32 der Temperatureinrichtung 30 vorgeordnet ist. Von dieser weiteren Schaltungsanordnung 32 wird die Heiz-/Kühleinrichtung 31 in Abhängigkeit von der Stellgröße S gesteuert, das Dämpfungsmedium 20 also gekühlt oder erwärmt. Das Dämpfungsverhalten des Dämpfers 5 lässt mit der Temperatureinrichtung 30 dabei nur relativ langsam verändern, kann aber in Notfall- oder Ausfallsituationen beispielsweise der Frequenzeinrichtung 15 durchaus wirksam und hilfreich sein. Außerdem lassen sich mit der Temperatureinrichtung 30 unterschiedliche Außentemperaturen durch Kühlung und Aufheizung abbilden.
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Schließlich weist die Einwirkeinrichtung 14 noch eine Drosseleinrichtung 33 auf, die eine ebenfalls von der Stellgröße S beaufschlagte, zusätzliche Schaltungsanordnung 34 und eine nachgeschaltete Drosseleinheit 35 umfasst. Die Drosseleinheit 35 weist magnetisch betätigbare Hub-Querkolben 36 und 37 in Querbohrungen 38 und 39 im Kolben 22 des Dämpfers 5 auf; die Hub-Querkolben 36 und 37 sind mittels in Überströmöffnungen 40 und 41 im Kolben 22 des Dämpfers 5 angebrachten Federelementen 42 und 43 querbeweglich gelagert. Die Hub-Querkolben 36 und 37 können aus dauermagnetischem oder ferromagnetischem Material bestehen, so dass sie bei einer Erregung einer den Zylinder 21 außen umfassenden Antriebsspule 44 der Höhe der Erregung entsprechend in den Querbohrungen verschoben werden. Dadurch wird der Durchfluss durch die Überstromöffnungen 40 und 41 den jeweiligen Dämpfungsanforderungen entsprechend angepasst. Durch Verwendung von Federelementen 42 und 43 aus MU-Metall ist dafür gesorgt, dass die Federelemente nur bei einer Betätigung der Hub-Querkolben 36 und 37 eine Formänderung erfahren, so dass die Federelemente im Ruhezustand nicht an der Innenwand des Zylinders 21 schleifen, wenn der Kolben 22 bewegt wird. Die Außenspule 44 ist in nicht dargestellter Weise mit dem Kolben 22 bzw. mit seiner Kolbenstange 24 mechanisch verbunden und macht daher die Bewegungen des Kolbens 22 mit. Durch die Drosselung im Bereich der Überströmöffnungen 40 und 41 wird somit eine weitere Möglichkeit zur Einstellung des Dämpfungsverhaltens des Dämpfers 5 bereit gestellt. Im Kolben 22 können auch mehr als die gezeigten zwei Überströmöffnungen 40 und 41 über den Kolbenumfang verteilt vorgesehen werden.
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Ergänzend ist noch anzumerken, dass der Ausgang 13 des Reglers 12 über ein Rückführungsglied 39 mit dem Summierpunkt 11 zur Bildung der Regeldifferenz Rd verbunden ist.
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Mit dem Pfeil 45 ist der Einfluss von Störgrößen St auf die Regelstrecke bzw. die Einwirkeinrichtung 14 dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2305022 A1 [0002, 0017, 0027]
- DE 4433056 A1 [0003]
- WO 99/58873 [0004, 0014]
