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Mit Hilfe eines verstellbaren, herkömmlichen Ventiltriebs, der zwei Nocken unterschiedlichen Nockenhubes umfasst, kann der Zylinder einer Brennkraftmaschine in zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. Wird anstelle zweier Nocken unterschiedlichen Hubs nur ein einziger Nocken und – anstelle eines zweiten Nockens – ein Grundkreis ohne Nockenhub verwendet, so lässt sich der Zylinder mit Hilfe des Ventiltriebs abschalten. In einem solchen, abgeschalteten Zustand wirkt ein mit einem Gaswechselventil des Zylinders gekoppelter Nockenfolger nicht mit dem einzigen Nocken, sondern mit besagtem Grundkreis zusammen, so dass das Gaswechselventil nicht betätigt wird.
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Ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art ist aus der
DE 199 45 340 A1 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Ventiltrieben neue Wege aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen Ventiltrieb mit zumindest zwei ersten und zwei zweiten Nocken auszustatten, die in axialer Richtung der Nockenwelle abwechselnd drehfest auf dieser angeordnet sind. Dabei weisen die beiden ersten Nocken und die beiden zweiten Nocken eine jeweils identische Nockenkontur auf. Eine solche „Teilung“ eines herkömmlichen, einzigen ersten Nocken und eines herkömmlichen einzigen zweiten Nocken in jeweils zwei erste und zwei zweite (Teil-)Nocken hat zur Folge, dass die von den Nocken auf den Nockenfolger zu übertragenden Kräfte besonders homogen auf den Nockenfolger verteilt werden können.
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Darüber hinaus verkürzt bzw. halbiert sich aufgrund der abwechselnd in axialer Richtung auf der Nockenwelle angeordneten ersten und zweiten Nocken beim axialen Verstellen der Nockenwelle zwischen einer ersten und einer zweiten Position der Schaltweg der Nockenwelle in der axialen Richtung. Auch können die zum axialen Verstellen der Nocken an der Nockenwelle bereitgestellten Nockenfolger-Rollen axial besonders kurz gebaut werden. Im Zusammenhang mit der von einer Brennkraftmaschine mit dem hier vorgestellten Ventiltrieb erzeugten Motorbremsung können die höheren, auf den Nockenfolgen wirkenden Kräfte besonders gut aufgenommen werden. Im Ergebnis führt dies zu einem reduzierten mechanischen Verschleiß im Ventiltrieb und somit zu einer erhöhten Lebensdauer des Ventiltriebs.
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Ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine umfasst eine drehbare Nockenwelle und einen Nockenfolger. Drehfest und axial im Abstand zueinander auf der Nockenwelle angeordnet sind zwei erste Nocken, die erfindungsgemäß eine identische erste Nockenkontur aufweisen. Drehfest und axial im Abstand zueinander auf der Welle angeordnet sind weiterhin zwei zweite Nocken, die erfindungsgemäß eine identische zweite Nockenkontur aufweisen. Die ersten und zweiten Nocken sind gemeinsam axial verstellbar zwischen einer ersten Position, in welcher der Nockenfolger mit den beiden ersten Nocken antriebsverbunden ist, und einer zweiten Position, in welcher der Nockenfolger mit dem zweiten Nocken antriebsverbunden ist. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb weist weiterhin eine mit der Nockenwelle zusammenwirkende Verstelleinrichtung zur axialen Verstellung der ersten und zweiten Nocken (4a, 4b) zwischen der ersten und der zweiten Position auf.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform die ersten und zweiten Nocken drehfest auf der Nockenwelle angeordnet. Diese Variante erlaubt einen konstruktiv besonders einfachen Aufbau der Nockenwelle.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Nockenfolger eine erste und eine zweite, axial im Abstand zueinander angeordnete Nockenfolger-Rolle auf, welche beide in der ersten Position der Nocken mit den beiden ersten Nocken zusammenwirken und in der zweiten Position der Nocken mit den beiden zweiten Nocken zusammenwirken. Auf diese Weise kann der beim Verstellen der Nockenwelle zwischen seiner ersten und zweiten Position erforderliche Schaltweg in axialer Richtung der Nockenwelle gegenüber Nockenwellen in herkömmlichen Ventiltrieben deutlich verringert, im Idealfall sogar halbiert werden.
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Besonders bevorzugt ist in der ersten Position der Nocken jeweils eine der beiden Nockenfolger-Rollen mit jeweils einem der beiden ersten Nocken antriebsverbunden. In der zweiten Position der Nocken ist hingegen jeweils eine der beiden Nockenfolger-Rollen mit jeweils einem der beiden zweiten Nocken antriebsverbunden. Auf diese Weise können die von den Nocken auf den Nockenfolger zu übertragenden Kräfte besonders gleichmäßig auf die Nockenfolge-Rollen des Nockenfolgers übertragen werden, was sich vorteilhaft auf den Verschleiß der Nockenfolger-Rollen auswirkt.
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Besonders zweckmäßig sind die beiden Nockenfolger-Rollen im selben axialen Abstand zueinander angeordnet wie die beiden ersten Nocken zueinander und wie die beiden zweiten Nocken zueinander. Diese Maßnahme stellt eine wirksame Antriebskopplung der beiden ersten Nocken und der beiden zweiten Nocken mit den beiden Nockenfolger-Rollen sicher.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind zusätzlich zu den beiden ersten und zweiten Nocken zwei dritte Nocken mit identischer Nockenkontur vorgesehen. Bei dieser Variante sind die Nocken zwischen einer ersten, einer zweiten und einer dritten Position verstellbar, wobei die beiden Nockenfolger-Rollen in der dritten Position mit den beiden dritten Nocken zusammenwirken. Es versteht sich, dass der Ventiltrieb in derselben Weise wie vorangehend beschrieben um weitere Nocken erweitert werden kann.
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Besonders zweckmäßig ist die Verstelleinrichtung ortsfest zum Gehäuse angeordnet. Auch diese Maßnahme führt zu einer Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus des Ventiltriebs.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verstelleinrichtung einen Aktuator mit einem verstellbaren mechanischen Eingriffselement auf. Dieses wirkt zum axialen Verstellen der Nocken von der ersten in die zweite Position und zurück in die erste Position mit zwei an der Nockenwelle vorhandenen Kulissenführungen zusammen.
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Zweckmäßig sind die beiden Kulissenführungen ortsfest zu den ersten und zweiten Nocken an der Nockenwelle angeordnet.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind die ersten und zweiten Nocken Teil einer Hülse, die drehfest und axial verstellbar zur Nockenwelle auf dieser angeordnet ist. Besonders einfach zu montieren ist indes eine Variante, bei welcher die Hülse auf die Nockenwelle aufgeschoben und nach dem Aufschieben drehfest auf dieser fixiert ist.
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Mit einem geringem Bedarf an Bauraum in der axialen Richtung geht eine weitere bevorzugte Ausführungsform einher, bei welcher die beiden Kulissenführungen als Außenumfangsnuten ausgebildet sind, die auf einer Außenumfangsseite der Hülse vorgesehen sind.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Hülse einen ersten axialen Hülsenabschnitt auf, in welchem die beiden Kulissenführungen angeordnet sind. Bei dieser Variante geht der erste axiale Hülsenabschnitt entlang der axialen Richtung in einen zweiten axialen Hülsenabschnitt über, in welchem die ersten und zweiten Nocken angeordnet sind. Diese Variante erfordert besonders wenig axialen Bauraum.
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Besonders bevorzugt ist die erste Kulissenführung derart ausgebildet, dass sie bei in die erste Kulissenführung eingreifendem Eingriffselement die Nocken von der ersten in die zweite Position verstellt. In analoger Weise ist die zweite Kulissenführung derart ausgebildet, dass sie bei in die zweite Kulissenführung eingreifendem Eingriffselement die Nocken von der zweiten in die erste Position verstellt.
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Zweckmäßig ist das Eingriffselement des Aktuators zwischen einer Inaktiv-Position und einer Aktiv-Position verstellbar. In der Aktiv-Position greift das Eingriffselement in die erste oder zweite Kulissenführung ein. In der Inaktiv-Position verstellbar ist das Eingriffselement im Abstand zu den beiden Kulissenführungen angeordnet. Die mechanische Kopplung des Eingriffselements mit den Kulissenführungen ist bei dieser Variante technisch besonders einfach realisiert. Damit gehen erhebliche Kosteneinsparungen bei der Fertigung des Ventiltriebs einher.
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Besonders bevorzugt kann der Aktuator als elektrisch angetriebener Aktuator ausgebildet sein. In diesem Fall können sie auf einfache Weise von einer mit dem Aktuator zusammenwirkenden Steuerungseinrichtung des Ventiltriebs zum Verstellen zwischen der Aktiv-Position und der Inaktiv-Position angesteuert werden. Darüber hinaus gestattet die Verwirklichung des Aktuators als elektrischer Aktuator eine sehr präzise Positionierung des Eingriffselements entlang seiner Verstellrichtung. Die Verstelleinrichtung ist bei dieser Variante als elektromechanische Verstelleinrichtung realisiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Aktuator ein Gehäuse auf, von welchem das Eingriffselement nach außen zwischen der Aktiv-Position und der Inaktiv-Position verstellbar absteht.
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Bevorzugt ist das Eingriffselement einen bolzenartig oder stiftartig ausgebildet. Soll der hier vorgestellte Ventiltrieb in einer Brennkraftmaschine mit einem abschaltbaren Zylinder betrieben werden, so wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, die beiden ersten oder beiden zweiten Nocken als Grundkreis ohne Nockenhub auszubilden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem vorangehend vorgestellten Ventiltrieb.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Die einzige 1 illustriert in einer schematischen Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs 1. Der Ventiltrieb 1 umfasst eine Nockenwelle 2 und einen Nockenfolger 3. Die Nockenwelle 2 ist um eine Drehachse D, durch welche eine axiale Richtung A definiert ist, drehbar, was in 1 durch einen mit dem Bezugszeichen 18 bezeichneten Pfeil angedeutet ist. Auf der Nockenwelle 2 sind drehfest und axial im Abstand zueinander zwei erste Nocken 4a angebracht, die eine identische erste Nockenkontur 17a aufweisen. Auf der Nockenwelle 2 sind weiterhin drehfest und axial im Abstand zueinander zwei zweite Nocken 4b angebracht, die eine identische zweite Nockenkontur 17b aufweisen.
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Wie 1 anschaulich belegt, wechseln sich die beiden ersten Nocken 4a und die beiden zweiten Nocken 4b entlang der axialen Richtung A der Nockenwelle 2 ab. Die ersten und zweiten Nocken 4a, 4b können wie in 1 gezeigt in der axialen Richtung A mit ihren Stirnseiten direkt aneinander anliegen. Die beiden ersten und die beiden zweiten Nocken 4a, 4b sind gemeinsam entlang einer axialen Richtung A der Nockenwelle 2 verstellbar auf der Nockenwelle 2 angeordnet und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verstellbar.
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Der Nockenfolger 3 und die Nockenwelle 2 sind bezüglich der axialen Richtung A ortsfest zu einem in 1 nicht näher dargestellten Gehäuse des Ventiltriebs 1 gelagert bzw. an diesem befestigt.
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Der Nockenfolger 3 kann einen zylindrisch ausgebildeten Nockenfolger-Grundkörper 5 aufweisen, auf dessen Umfangsseite 21 eine erste und eine zweite, jeweils hohlzylindrisch ausgebildete Nockenfolger-Rolle 6 drehbar gelagert sind. Der Nockenfolger-Grundkörper 5 ist dem einschlägigen Fachmann auch unter der Bezeichnung "Bolzen" oder "Verschiebeachse" bekannt. Vorzugsweise sind die beiden Nockenfolger-Rollen 6 axial im Abstand zueinander angeordnet. Die beiden Nockenfolger-Rollen 6 sind in diesem Fall im Wesentlichen im selben axialen Abstand zueinander angeordnet wie die beiden ersten Nocken 4a zueinander und wie die beiden zweiten Nocken 4b zueinander. In der ersten Position der Nocken 4a, 4b sind die beiden ersten Nocken 4a mechanisch mit den beiden Nockenfolger-Rollen 6 gekoppelt. In der zweiten Position der Nocken 4a, 4b sind die beiden zweiten Nocken 4b mechanisch mit den beiden Nockenfolger-Rollen 6 gekoppelt.
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Über die beiden drehbaren Nockenfolger-Rollen 6 erfolgt die Antriebsverbindung der beiden ersten Nocken 4a mit den beiden Nockenfolger-Rollen 6 des Nockenfolgers 3, wenn die Nocken 4a, 4b in der ersten Position befinden (vgl. 1). In der zweiten Position der Nocken 4a, 4b sind die beiden Nockenfolger-Rollen 6 mechanisch mit den beiden zweiten Nocken 4b antriebsverbunden (nicht gezeigt). In beiden Fällen wird die Drehbewegung der Nockenwelle 2 mittels der ersten bzw. zweiten Nocken 4a, 4b mit ihren Nockenkonturen 17a, 17b in eine lineare Bewegung des Nockenfolgers 3 umgewandelt.
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Die Nockenfolger-Rollen 6 können über eine geeignet ausgebildete mechanische Kopplungseinrichtung (in 1 nicht gezeigt), insbesondere in der Art eines Stellglieds, ein Ventil einer Brennkraftmaschine zum Verstellen zwischen einem geöffneten und geschlossenen Zustand ansteuern.
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Wie 1 weiter erkennen lässt, weist die Ventileinrichtung 1 eine mit der Nockenwelle 2 zusammenwirkende Verstelleinrichtung 7 zur axialen Verstellung der Nocken 4a, 4b zwischen der ersten und der zweiten Position auf. Die Verstelleinrichtung 7 umfasst hierzu einen elektromechanischen Aktuator 10, der wiederum ein verstellbares mechanisches Eingriffselement 8 aufweist. Besagtes mechanische Eingriffselement 8 wirkt zum axialen Verstellen der Nocken 4a, 4b von der in 1 gezeigten ersten Position in die zweite Position und zurück in die erste Position mit zwei an der Nockenwelle 2 vorhandenen Kulissenführungen 9a, 9b zusammen. Die erste Kulissenführung 9a dient dabei zum axialen Verstellen der Nocken 4a, 4b von der ersten in die zweite Position. Die zweite Kulissenführung dient zum axialen Verstellen der Nocken 4a, 4b von der zweiten Position in die erste Position. Die beiden Kulissenführungen 9a, 9b sind ortsfest zu den beiden ersten Nocken 4a und zu den beiden zweiten Nocken 4b an der Nockenwelle 2 angeordnet.
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Wie 1 weiter erkennen lässt, sind die ersten und zweiten Nocken 4a, 4b als Hülse 19 realisiert, die drehfest zur Nockenwelle 2 und axial verstellbar zur Nockenwelle 2 auf der Nockenwelle 2 aufgeschoben und angeordnet ist. Die ersten und zweiten Nocken 4a, 4b sind also Teil besagter Hülse 19. Die beiden Kulissenführungen 9a, 9b sind entsprechend 1 als Außenumfangsnuten 30a, 30b ausgebildet, die auf einer Außenumfangsseite 15 der Hülse 19 realisiert sind.
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Die Hülse 19 weist einen ersten axialen Hülsenabschnitt 19a auf, in welchem die beiden Kulissenführungen 9a, 9b angeordnet sind. Der erste axiale Hülsenabschnitt 19a geht entlang der axialen Richtung A in einen zweiten axialen Hülsenabschnitt 19b übergeht, in welchem die ersten und zweiten Nocken 4a, 4b angeordnet sind.
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Das Eingriffselement 8 des Aktuators 10 ist zwischen einer Aktiv-Position, in welcher es in die erste oder zweite Kulissenführung 9a, 9b eingreift, und einer Inaktiv-Position verstellbar, in welcher es nicht in die erste bzw. zweite Kulissenführung 9a, 9b eingreift, also im Abstand zu den beiden Kulissenführungen 9a, 9b angeordnet ist. Die Verstelleinrichtung 7 kann ebenso wie der Nockenfolger 3 ortsfest zum Gehäuse angeordnet sein.
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Der Aktuator 10 kann als linear verstellbarer, elektrisch angetriebener Aktuator ausgebildet sein. Die Verstelleinrichtung 7 ist in diesem Fall als elektromechanische Verstelleinrichtung realisiert. Der Aktuator 10 kann als elektrisch angetriebener Aktuator 10 mit einem Gehäuse 16 realisiert sein, von welchem das Eingriffselement 8 nach außen zwischen der Aktiv-Position und der Inaktiv-Position verstellbar absteht. Zum Verstellen zwischen seiner Aktiv-Position und seiner Inaktiv-Position ist der Aktuator 10 mit seinem Eingriffselement 8 von einer Steuerungseinrichtung 11 des Ventiltriebs 1 steuerbar.
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Befinden sich die Nocken 4a, 4b in der ersten Position, so sind die beiden Kulissenführungen 9a, 9b derart relativ zum Eingriffselement 8 des Aktuators 10 angeordnet, das das Eingriffselement 8 nach dem Verstellen von seiner Inaktiv-Position in die Aktiv-Position in die erste Kulissenführung 9a eingreift. Die erste Kulissenführung ist dabei derart ausgebildet, dass sie bei in die erste Kulissenführung eingreifendem Eingriffselement 8 die Hülse 19 mit den Nocken 4a, 4b von der ersten in die zweite Position verstellt.
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Befindet sich die Nockenwelle 2 in der zweiten Position, so sind die beiden Kulissenführungen 9a, 9b derart relativ zum Aktuator 10 angeordnet, das das Eingriffselement 8 beim Verstellen von der Inaktiv-Position in die Aktiv-Position in die zweite Kulissenführung 9b eingreift. Die Kulissenführung 9b ist dabei derart ausgebildet, dass sie die Hülse 19 mit den ersten und zweiten Nocken 4a, 4b von der zweiten Position in die zweite Position verstellt, wenn das Eingriffselement 8 in die zweite Kulissenführung 9b eingreift.
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Greift also der Aktuator 8 mit seinem Eingriffselement 8 in eine der beiden Kulissenführungen 9a, 9b ein, so bewirkt die Geometrie der jeweiligen Kulissenführung 9a, 9b, dass mit der Drehbewegung der Nocken 4a, 4b um die Drehachse gleichzeitig eine axiale Verstellung der Hülse 19 entlang der axialen Richtung A einhergeht. Je nachdem, ob das Eingriffselement 8 in die erste oder in die zweite Kulissenführung 9a, 9b eingreift, erfolgt eine axiale Bewegung der Nocken 4a, 4b entlang oder entgegen der axialen Richtung A. In ersterem Fall geht damit eine Verstellung der Nocken 4a, 4b von der ersten in die zweite Position einher, in letzterem Fall eine Verstellung von der zweiten Position in die erste Position.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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