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Die Erfindung betrifft eine Pumpenantriebsanordnung zum Antreiben mindestens einer Fluidpumpe in einer Fluidanordnung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Pumpenantriebsanordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der europäischen Patentschrift
EP 1 916 421 B1 ist eine Pumpenantriebsanordnung mit einem Pumpenantriebselement bekannt, das durch eine erste oder eine zweite Antriebseinrichtung angetrieben ist, wobei das Pumpenantriebselement durch ein Kupplungselement entweder über eine erste Freilaufeinrichtung mit der ersten Antriebseinrichtung oder über eine zweite Freilaufeinrichtung mit der zweiten Antriebseinrichtung drehfest verbindbar beziehungsweise verbunden ist, wobei die erste Freilaufeinrichtung dann blockiert, wenn sich die erste Antriebseinrichtung schneller als das Kopplungselement dreht und die zweite Freilaufeinrichtung dann blockiert, wenn sich die zweite Antriebseinrichtung schneller als das Kopplungselement dreht, wobei das Kopplungselement eine Kopplungshülse mit einem ersten axialen Abschnitt und einem zweiten axialen Abschnitt umfasst, wobei der erste axiale Abschnitt mit der ersten Freilaufeinrichtung und der zweite axiale Abschnitt mit der zweiten Freilaufeinrichtung zusammenwirkt, wobei die zweite Antriebseinrichtung drehfest mit einer Getriebeeingangswelle verbunden ist, wobei die erste Antriebseinrichtung eine Antriebshülse umfasst, die über die erste Freilaufeinrichtung drehfest mit dem Kopplungselement verbindbar beziehungsweise verbunden ist und durch eine Lagereinrichtung querkraftfrei an dem Kopplungselement gelagert ist, wobei die Antriebshülse als Blechteil ausgeführt und koaxial zu der Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2015/086009 A1 ist eine Hydraulikanordnung zur Ansteuerung oder Kühlung mindestens einer Kupplung einer Doppelkupplung eines Fahrzeugs bekannt, mit: Einer Pumpe zum Bereitstellen eines Hydraulikfluids für die mindestens eine Kupplung; einem Verbrennungsmotor, der zum Antreiben der Pumpe eingerichtet ist; einem Kupplungsdruckzweig zum Bereitstellen des Hydraulikfluids zum Ansteuern; einem Kühlungszweig zum Bereitstellen des Hydraulikfluids zum Kühlen, wobei die Pumpe als eine Verstellpumpe mit verstellbarem Fördervolumen ausgebildet ist. Aus der deutschen Patentanschrift
DE 10 2016 206 738 B3 ist eine Fluidanordnung zum Kühlen von mindestens zwei Kupplungen mit Hilfe einer durch einen Elektromotor angetriebenen Pumpe bekannt, wobei ein von der in einer Drehrichtung durch den Elektromotor angetriebenen Pumpe drehzahlproportional bereitgestellter Kühlmediumstrom über eine Umschalteinrichtung auf mindestens zwei Kupplungen, vorzugsweise mehr als zwei Kupplungen verteilt wird, wobei die Umschalteinrichtung mechanisch über einen Freilauf mit dem Elektromotor oder mit der Pumpe gekoppelt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Antreiben mindestens einer Fluidpumpe in einer Fluidanordnung zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einer Pumpenantriebsanordnung zum Antreiben mindestens einer Fluidpumpe in einer Fluidanordnung dadurch gelöst, dass die modular aufgebaute Pumpenantriebsanordnung eine mit mindestens einem Elektromotor und einer lokalen Steuerung ausgestattete Antriebseinheit umfasst, die mit mindestens einer Pumpeneinheit koppelbar ist. Bei der Fluidpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine Förderpumpe für ein Hydraulikmedium oder Kühlmedium, wie Kühlöl. Wenn die Fluidpumpe mit Kühlöl betrieben wird, dann kann die Fluidpumpe auch als Kühlölpumpe bezeichnet werden. Bei der Fluidpumpe handelt es sich besonders bevorzugt um eine Getriebekühlölpumpe, die im Betrieb eines Getriebes Kühlöl bereitstellt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Antriebseinheit genau einen Elektromotor. In einer speziellen Ausführung kann die Antriebseinheit aber auch zum Beispiel zwei Elektromotoren umfassen. Die lokale Steuerung umfasst vorteilhaft mindestens eine Platine zur Steuerung beziehungsweise Regelung, insbesondere Kommutierung, des Elektromotors. Durch die Aufteilung der Pumpenantriebsanordnung in eine Antriebseinheit und mindestens eine Pumpeneinheit wird auf einfache Art und Weise eine Modularität der Pumpenantriebsanordnung ermöglicht. Koppelbar bedeutet im Hinblick auf die beanspruchte Pumpenantriebsanordnung insbesondere, dass die mindestens eine Pumpeneinheit lösbar, das heißt wiederholt zerstörungsfrei trennbar, antriebsmäßig mit der Antriebseinheit verbunden werden kann.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt ist. Der bürstenlose Gleichstrommotor wird abgekürzt auch als BLDC-Motor bezeichnet, wobei die Großbuchstaben BL für BrushLess und die Großbuchstaben DC für DirectCurrent stehen. Ein bürstenloser Gleichstrommotor basiert entgegen der Namensgebung nicht auf dem Funktionsprinzip der Gleichstrommaschine, sondern ist aufgebaut wie eine Drehstrom-Synchronmaschine mit Erregung durch Permanentmagnete.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit eine angetriebene Welle umfasst, die über eine Wellenkupplung mit einer Fluidpumpe gekoppelt ist. Die Wellenkupplung umfasst zum Beispiel zwei im Wesentlichen komplementäre Wellenkupplungsteile, die zur Drehmomentübertragung zwischen der Welle und der Fluidpumpe drehfest verbindbar sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Welle zum Beispiel über zwei Wellenkupplungen mit zwei Fluidpumpen gekoppelt ist. Dabei sind die Wellenkupplungen vorteilhaft zwei Wellenenden der angetriebenen Welle zugeordnet. Dabei wird in Kauf genommen, dass die Förderrichtungen der durch die gemeinsame Welle angetriebenen Fluidpumpe entgegen gerichtet sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluidpumpen zwei getrennten Fluidkreisläufen in der Fluidanordnung zugeordnet sind. So kann auf einfache Art und Weise die gleiche Antriebseinheit für zwei getrennte Fluidkreisläufe verwendet werden. Alternativ können mit der gleichen Antriebseinheit verschiedene fluidische Verbraucher mit Fluid versorgt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenantriebseinheit über die lokale Steuerung an ein serielles Bussystem angebunden ist. Über das serielle Bussystem kann die Pumpenantriebseinheit mit einem übergeordneten Steuergerät kommunizieren. Bei dem seriellen Bussystem handelt es sich zum Beispiel um einen CAN-Bus oder ein vergleichbares serielles Bussystem. Die Großbuchstaben CAN stehen für die englischen Begriffe Controller Area Network.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenantriebseinheit einen zentralen Anschluss für das serielle Bussystem und/oder für die elektrische Versorgung des Elektromotors umfasst. Dadurch wird das Anschließen der Pumpenantriebseinheit, zum Beispiel in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, erheblich vereinfacht. Der zentrale Anschluss dient vorteilhaft sowohl für das serielle Bussystem als auch für die elektrische Versorgung des Elektromotors und ist zum Beispiel als Steckanschluss ausgeführt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenantriebseinheit mindestens eine Sensoreinrichtung für den Elektromotor umfasst. Die Sensoreinrichtung für den Elektromotor umfasst zum Beispiel mindestens einen Hallsensor und/oder eine geeignete Rotor-Lage-Sensorik. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine komfortable Ansteuerung des Elektromotors ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenantriebsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Steuerung eine B6-Brückenschaltung umfasst. Die B6-Brückenschaltung umfasst vorteilhaft sechs Thyristoren.
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Die oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Pumpenantriebsanordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gelöst. Mit der beanspruchten Pumpenantriebsanordnung wird auf einfache Art und Weise eine drehzahlgeregelte, zum Beispiel über CAN angesteuerte, Fluidversorgung, insbesondere Getriebekühlung, ermöglicht. Mit dem beanspruchten Verfahren kann vorteilhaft eine smarte Fluidversorgung, insbesondere Getriebekühlung, realisiert werden. Darüber hinaus wird der optionale Aufbau eines zweiten Förderkreislaufs mit nur einer Antriebseinheit ermöglicht. Die Pumpenantriebsanordnung kann über die Antriebseinheit mit der lokalen Steuerung auf einfache Art und Weise an eine Gesamtsteuerung, insbesondere an eine Gesamtgetriebesteuerung, angebunden werden. Über den zentralen Anschluss kann die Antriebseinheit beim Betreiben der Pumpenantriebsanordnung mit einem übergeordneten Steuergerät kommunizieren. Die Fluidfördermenge kann über unterschiedliche Pumpeneinheiten realisiert werden, die über die Wellenkupplung beziehungsweise die Wellenkupplungen an die Antriebseinheit angeflanscht werden.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Getriebe, dem zur Getriebekühlung eine vorab beschriebene Pumpenantriebsanordnung zugeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Antriebseinheit, eine Pumpeneinheit oder Einzelteile davon für eine vorab beschriebe Pumpenantriebsanordnung. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit zum Antreiben mindestens einer Fluidpumpe in einer Fluidanordnung;
- 2 eine Pumpeneinheit zur Kopplung mit der Antriebseinheit aus 1;
- 3 die Antriebseinheit aus 1 mit geschlossenem Gehäuse;
- 4 eine zweite Fluidpumpe einer zweiten Pumpeneinheit zur Anbindung an eine Antriebseinheit, wie sie in den 1 und 3 dargestellt ist;
- 5 die gleiche Pumpeneinheit wie in 2;
- 6 die gleiche Antriebseinheit wie in 3;
- 7 eine schematische Darstellung eines Deckels zur Kombination mit der Antriebseinheit aus 6 und der Pumpeneinheit aus 5;
- 8 eine Pumpenantriebsanordnung mit der Antriebseinheit aus 6, der Pumpeneinheit aus 5 und dem Deckel aus 7 im zusammengebauten Zustand; und
- 9 eine Pumpenantriebsanordnung mit der Antriebseinheit aus 3 und den Pumpeneinheiten aus den 2 und 4 im zusammengebauten Zustand.
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In 1 ist eine Antriebseinheit 10 zum Antreiben mindestens einer Fluidpumpe in einer Fluidanordnung schematisch perspektivisch mit einem offenen beziehungsweise durchsichtigen Gehäuse 11 dargestellt. Das Gehäuse 11 weist an seiner Unterseite zwei Befestigungsaugen 12, 13 zur Befestigung der Antriebseinheit 10 an einer geeigneten Tragstruktur auf. In dem Gehäuse 11 der Antriebseinheit 10 ist ein Elektromotor 14 angeordnet. Der Elektromotor 14 ist als BLDC-Motor ausgeführt.
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Mit dem Elektromotor 14 wird eine Welle 15 angetrieben. Die Welle 15 weist zwei aus dem Elektromotor 14 herausragende Wellenenden 16, 17 auf. Dem Wellenende 16 ist ein Wellenkupplungsteil 18 zugeordnet. Dem Wellenende 17 ist ein Wellenkupplungsteil 19 zugeordnet. Die Wellenenden 16, 17 sind mit den ihnen zugeordneten Wellenkupplungsteilen 18, 19 drehfest verbunden.
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In den Wellenkupplungsteilen 18, 19 findet auch eine Lagerung der Welle 15 gegen das Gehäuse 11 statt. Die Lagerung der Welle 15 ist in den Wellenkupplungsteilen 18, 19 gegen ein Eindringen von Feststoffen oder Flüssigkeiten geschützt.
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Der Elektromotor 14 wird über eine lokale Steuerung 20 angesteuert, die ebenfalls in dem Gehäuse 11 untergebracht ist. Außen an dem Gehäuse 11 ist ein zentraler Anschluss 21 vorgesehen. Durch ein Rechteck 22 ist in dem Gehäuse 11 eine Sensoreinrichtung 22 für den Elektromotor 14 angedeutet. Durch ein Rechteck 23 ist angedeutet, dass die lokale Steuerung 20 eine B6-Brückenschaltung umfasst.
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In den 2 und 4 sind zwei Pumpeneinheiten 31, 32 zur Kopplung mit einer in 3 dargestellten Antriebseinheit 10 dargestellt. Die Antriebseinheit 10 in 3 entspricht der Antriebseinheit 10 in 1, wobei in 3 das Gehäuse 11 geschlossen dargestellt ist.
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Die in 2 dargestellte Pumpeneinheit 31 umfasst eine Fluidpumpe 33, die über ein Wellenkupplungsteil 35 antriebsmäßig mit der Antriebseinheit 10 in 3 verbindbar ist. Die in 4 dargestellten Pumpeneinheit 32 umfasst eine Fluidpumpe 34, die über ein Wellenkupplungsteil 36 antriebsmäßig mit der Antriebseinheit 10 in 3 verbindbar ist.
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Die 5 und 6 entsprechen den 2 und 3.
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In 7 ist ein Deckel 40 dargestellt, der alternativ zu der Pumpeneinheit 32 aus 4 mit der Antriebseinheit 10 in 6 verbindbar ist. Die 2 bis 4 und 5 bis 7 dienen dazu, den modularen Aufbau von Pumpenantriebsanordnungen 60 und 70 in den 8 und 9 zu veranschaulichen.
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Die in 8 dargestellte Pumpenantriebsanordnung 60 umfasst die Antriebseinheit 10 aus 6, die Pumpeneinheit 31 aus 5 und den Deckel 40 aus 7.
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Die in 9 dargestellte Pumpenantriebsanordnung 70 umfasst die Antriebseinheit 10 aus 3 und die beiden Pumpeneinheiten 31, 32 aus den 2 und 4.
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Die Sensoreinrichtung 22 des BLDC-Motors 14 in der Antriebseinheit 10 umfasst zum Beispiel eine Hall-Sensorik oder eine Rotor-Lage-Sensorik. Der BLDC-Motor 14 wird über die in der Antriebseinheit 10 verbaute lokale Steuerung 20 angesteuert. In der lokalen Steuerung 20 werden die Sensorsignale des BLCD-Motors 14 über die Sensoreinrichtung 22 eingelesen und verarbeitet.
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Aus diesen Informationen kann die lokale Steuerung 20 den BLDC-Motor 14 kommutieren. Hierzu ist auf einer Platine der lokalen Steuerung 20 die B6-Brückenschaltung 23 angebracht. Die lokale Steuerung 20 umfasst des Weiteren einen Mikrocontroller, der zum einen die Kommutierung und Drehzahlregelung des BLDC-Motors 14 übernimmt, aber auch für die externe Kommunikation und Signalverarbeitung zuständig ist.
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Über den beispielsweise als Stecker ausgeführten zentralen Anschluss 21 kommuniziert die lokale Steuerung 20 mit dem übergeordneten Steuergerät. Darüber hinaus wird die Antriebseinheit 10 über den zentralen Anschluss oder Stecker 21 mit Spannung versorgt.
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Die Wellenkupplungsteile 18, 19 und 35, 36 dienen zur Darstellung von Wellenkupplungen, die dicht gelagert sind. Die Wellenkupplungen ermöglichen auf einfache Art und Weise die Montage der Pumpeneinheiten 31, 32 an der Antriebseinheit 10. So können die Pumpeneinheiten 31, 32 als Fluidförderpumpe oder als Motor für andere Verbraucher verwendet werden. Aufgrund der in den 1 bis 9 dargestellten modularen Bauweise ist das System sehr kompakt und vielseitig einsetzbar.
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Die Pumpeneinheiten 31, 32 können bedarfsabhängig an die Antriebseinheit 10 angeflanscht werden. Durch die Auslegung von Pumpenrädern der Fluidpumpen 33, 34 kann die Fördermenge der Pumpeneinheiten 31, 32 bestimmt und eingestellt werden.
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Kommen zwei Pumpeneinheiten 31, 32 zum Einsatz, wie zum Beispiel in der in 9 dargestellten Pumpenantriebsanordnung 70, so kann entweder die Drehzahl über ein Getriebe zwischen der jeweiligen Fluidpumpe 33, 34 und der zugehörigen Wellenkupplung der Antriebseinheit 10 oder die Fluidfördermenge durch Ändern des jeweiligen Pumpenrades variiert werden.
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Durch die Modularität der Pumpenantriebsanordnungen 60; 70 beziehungsweise der Antriebseinheit 10 und der Pumpeneinheiten 31, 32 kann die Antriebseinheit 10 auch für andere mechanische Anwendungen verwendet werden. Durch die sehr genaue Regelung des BLDC-Motors 14, der ingrementengeregelt beziehungsweise lagegeregelt ist, ist die Antriebseinheit 10 für sehr genaue Regelverfahren einsetzbar.
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Die Schnittstelle zu dem mindestens einen übergeordneten Steuergerät muss definiert werden. Hier kann zum Beispiel eine CAN-Schnittstelle verwendet werden. Eine Auflistung der Signale einer derartigen CAN-Schnittstelle ist in der folgenden Tabelle dargestellt:
| PIN | Signal | Explanation |
| 1 | 12 V DC | Supply voltage |
| 2 | GND | Supply voltage |
| 3 | CAN Low | CAN connection to higher level control unit |
| 4 | CAN High | CAN connection to higher level control unit |
| 5 | LIN | LIN connection to higher level control unit |
| 6 | GND | LIN connection to higher level control unit |
| 7 | Analog in 1 SIG | Analog signal input for pressure or temperature sensor |
| 8 | Analog in 1 GND | Analog signal input for pressure or temperature sensor |
| 9 | Analog in 2 SIG | Analog signal input for pressure or temperature senor |
| 10 | Analog in 2 GND | Analog signal input for pressure or temperature senor |
| Entwurf der CAN Signale |
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebseinheit
- 11
- Gehäuse
- 12
- Befestigungsauge
- 13
- Befestigungsauge
- 14
- Elektromotor
- 15
- Welle
- 16
- Wellenende
- 17
- Wellenende
- 18
- Wellenkupplungsteil
- 19
- Wellenkupplungsteil
- 20
- lokale Steuerung
- 21
- zentraler Anschluss
- 22
- Sensoreinrichtung
- 23
- B6-Brückenschaltung
- 31
- Pumpeneinheit
- 32
- Pumpeneinheit
- 33
- Fluidpumpe
- 34
- Fluidpumpe
- 35
- Wellenkupplungsteil
- 36
- Wellenkupplungsteil
- 40
- Deckel
- 60
- Pumpenantriebsanordnung
- 70
- Pumpenantriebsanordnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1916421 B1 [0002]
- WO 2015/086009 A1 [0002]
- DE 102016206738 B3 [0002]
