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Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat zur Bereitstellung eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Kupplungsaktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Das Pumpenaggregat dient dazu, einen Hydraulikdruck bereitzustellen, der durch die Ansteuerung des Magnetventils gesteuert oder geregelt wird. Mit dem Hydraulikdruck kann eine Kupplung zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung geschaltet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Pumpenaggregat zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Pumpenaggregat zur Bereitstellung eines Hydraulikdrucks zur Betätigung eines Kupplungsaktors im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit einer Rollenzellenpumpe, einem daran angebrachten Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit und mindestens einem Magnetventil.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit einer Rollenzellenpumpe ein sehr kompaktes, leistungsstarkes und zuverlässiges Pumpenaggregat aufgebaut werden kann, das die Anforderungen an Laufruhe, Wirkungsgrad und Lebensdauer in überragender Weise erfüllen kann. Zwar sind Rollenzellenpumpen aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die
US 4, 659,296 zeigt ein Beispiel. Es ist auch bekannt, Rollenzellenpumpen zur Versorgung von Getrieben mit kontinuierlich variabler Übersetzung (CVT) einzusetzen. Hier sind die Einsatzbedingungen jedoch anders als bei Kupplungsaktoren, da bei CVT-Getrieben üblicherweise zwei unterschiedliche Hydraulikströme benötigt werden, nämlich ein Hydraulikstrom mit hohem Volumen, aber geringem Druck, und ein Hydraulikstrom mit hohem Druck, aber geringem Volumen.
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Vorzugsweise weist die Rollenzellenpumpe zwei Druckausgänge auf, so dass zwei Kupplungsaktoren gleichzeitig gespeist werden können, beispielsweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe.
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Vorzugsweise ist die Rollenzellenpumpe symmetrisch aufgebaut, so dass sie zwei identische, aber voneinander getrennte Druckausgänge mit identischer Volumenstrom-Charakteristik hat. Dies ermöglicht es, die beiden Kupplungsaktoren getrennt voneinander zu betreiben, was im Hinblick auf die Ausfallsicherheit vor Vorteil ist. Sollte es in einem Hydraulikkreis ein Leck geben, kann das Getriebe noch mit der verbleibenden Kupplung in einem Notmodus betrieben werden, also mit den Gängen der noch betriebsbereiten Kupplung (beispielsweise nur mit den geraden Gängen 2, 4, 6 und 8).
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Um die Reibung zwischen dem Rotor und den sich mit diesen drehenden Zylinderrollen einerseits und den axialen Begrenzungen der Pumpenräume andererseits zu verringern, kann die Rollenzellenpumpe zwei Stirnscheiben haben, die aus Keramik bestehen. Über die Verringerung der Reibung hinaus ergibt sich der Vorteil, dass die Stirnscheiben mit der gewünschten Kontur insbesondere der Fluidein- und auslässe fertig gepresst hergestellt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rollenzellenpumpe zwei Stirnscheiben hat, die jeweils Fluideinlässe und Fluidauslässe aufweist. Dies ermöglicht, das Hydraulikfluid den Pumpenräumen von beiden Seiten in axialer Richtung zuzuführen, so dass sich kurze Strömungswege ergeben. Somit kann die Pumpe mit höherer Drehzahl betrieben werden und/oder in axialer Richtung vergleichsweise lang ausgeführt sein.
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Der Rotor kann beispielsweise in axialer Richtung eine Länge in der Größenordnung von 7 mm haben, ohne dass es hierbei zu Problemen beim Einströmen von Hydraulikfluid in die Pumpenräume und beim Herausdrücken aus den Pumpenräumen kommt.
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Vorzugsweise besteht jeder Fluideinlass und jeder Fluidauslass aus einer radial innenliegenden Teilöffnung und einer radial außenliegenden Teilöffnung. Diese können unabhängig voneinander dahingehend optimal angeordnet werden, dass die innere Teilöffnung dem variablen Volumen zwischen einer Zylinderrolle und der Wandung der die Zylinderrolle aufnehmenden Kammer des Rotors zugeordnet ist und die äußere Teilöffnung dem variablen Volumen zwischen zwei Zylinderrollen und der Wandung des Stators zugeordnet ist.
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Gemäß eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rollenzellenpumpe zwei Stirnscheiben hat, von denen mindestens eine auf ihrer vom Rotor abgewandten Seite mit zwei Fluidauslässen und zwei Fluideinlässen versehen ist, wobei die Fluidauslässe in kreisförmigen Vertiefungen angeordnet sind und die Fluideinlässe in keilartigen Einschnitten, die sich bis hin zum Umfangsrand der Stirnscheibe erstrecken. Diese unterschiedlichen Geometrien der Anschlüsse für die Fluidein- und auslässe ermöglichen es, sie auf dem begrenzten Raum der Seitenwand der Stirnscheibe unterzubringen.
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Die oben genannten Aufgabe wird auch gelöst durch eine Baugruppe mit einem Doppelkupplungsgetriebe und einem Pumpenaggregat der vorstehend beschriebenen Art. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
- - 1 ein Pumpenaggregat in einer perspektivischen Ansicht;
- - 2 das Pumpenaggregat von 1 in einer perspektivischen Explosionsansicht;
- - 3 das Pumpenaggregat von 1 in einer Seitenansicht;
- - 4 das Pumpenaggregat von 3 in einer ersten Schnittansicht;
- - 5 das Pumpenaggregat von 3 in einer zweiten Schnittansicht;
- - 6 einen Hydraulikschaltplan des Pumpenaggregats;
- - 7 den Schaltplan von 6, wobei der Hydraulikfluss für zwei verschiedene Betriebszustände gezeigt ist;
- - 8 den Schaltplan von 6, wobei ein weiterer Betriebszustand gezeigt ist;
- - 9 den Schaltplan von 6, wobei die im Pumpenaggregat verwendeten Filter ergänzt sind;
- - 10 einen Querschnitt durch die Pumpe des Pumpenaggregats; und
- - die 11 a bis 11c zwei Stirnscheiben des Pumpenaggregats sowie den Rotor.
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In den Figuren ist ein Pumpenaggregat dargestellt, das dazu dient, einen Hydraulikdruck (und auch einen Hydraulikfluidstrom) bereitzustellen, dem von einem Aktor im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einen Betätigungshub umgesetzt werden kann. Mit dem Betätigungshub kann beispielsweise eine Kupplung geschlossen oder geöffnet werden, oder es kann eine Getriebestufe eines Getriebes geschaltet oder in die Neutralposition gebracht werden.
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Das Pumpenaggregat weist als wesentliche Bestandteile (siehe insbesondere die 1 und 2) einen Antriebsmotor 1, eine Pumpe 2, eine Steuerelektronik 3, zwei Magnetventile 4, zwei Drucksensoren 5, die in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sind, und einen Vorratsbehälter 6 auf.
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Zentrales Bauteil des Pumpenaggregats ist ein Pumpengehäuse 7, an dem die Magnetventile 4 angebracht sind und an dem auch der Vorratsbehälter 6 angebracht ist. Auch die Drucksensoren 5 sind am Pumpengehäuse 7 angebracht.
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Auf der zum Vorratsbehälter 6 entgegengesetzten Seite ist am Pumpengehäuse 7 ein Elektronikgehäuse 8 angebracht, das einerseits die Steuerelektronik 3 aufnimmt und andererseits den Stator des Elektromotor 1 enthält. Am Elektronikgehäuse 8 ist ein Deckel 9 angebracht, der die Steuerelektronik 3 abschließt und dafür dient, die Verlustwärme der Steuerelektronik 3 zur Umgebung hin abzuleiten.
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Wie in den 4 und 5 zu sehen ist, sind die Magnetventile 2 innerhalb des Vorratsbehälters 6 angeordnet.
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Beim Elektromotor 1 handelt es sich um einen bürstenlosen Elektromotor, mit dem die Pumpe 2 angetrieben wird.
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Bei der Pumpe 2 handelt es sich um eine Drehschieberpumpe (siehe auch 10), die einen Rotor 10 mit mehreren Kammern 12 aufweist, in denen jeweils ein Drehschieberelement 14 angeordnet ist. Bei den Drehschieberelementen 14 handelt es sich um Zylinderrollen. Die Pumpe ist also eine Rollenzellenpumpe.
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Die Zylinderrollen rollen auf der Innenkontur eines Stators 16 ab, der ein sich im Umfangsrichtung veränderliches Volumen definiert. Dementsprechend durchläuft jedes Drehschiebeelement bei einer Drehung des Rotors 10 um 360° zweimal eine Abfolge von Ansaugbereich A und Druckbereich D. Dementsprechend hat die Pumpe zwei Sauganschlüsse und zwei Druckausgänge.
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Aufgrund der zwei unabhängigen Druckausgänge D der Pumpe 2 hat das Pumpenaggregat ebenfalls zwei voneinander unabhängige Druckausgänge 20.
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Die Pumpe ist symmetrisch aufgebaut, indem alle Bauteile, die nachfolgend erläutert werden, für jeden Druckausgang vorhanden sind. Wenn also beispielsweise nachfolgend „das“ Magnetventil beschrieben wird, gilt dies für die beiden Magnetventile, dafür jeden Druckausgang eines vorhanden ist.
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Anhand der 6 bis 9 wird nun wird die grundsätzliche Funktionsweise des Pumpenaggregats erläutert.
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Das Pumpenaggregat weist zwei Druckausgänge 20 auf, über die der Hydraulikdruck bereitgestellt wird, der zur Betätigung des Aktors vom Pumpenaggregat erzeugt wird.
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Stromabwärts jedes Druckausgangs D der Pumpe 2 ist ein Rückschlagventil 22 angeordnet. Die Rückschlagventile 22 haben einen Ventilsitz aus Gummi.
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Stromabwärts des Ausgangs des Rückschlagventils 22 befindet sich der Eingang 24 des Magnetventils 4. Abhängig vom Solldruck und dem am Drucksensor 5 gemessenen Ist-Druck wird jedes der Magnetventile 4 so angesteuert, das am Druckausgang 20 des Pumpenaggregats der gewünschte Hydraulikdruck anliegt. Überschüssiges Hydraulikfluid wird durch eine Rückführleitung 26 unmittelbar in den Vorratsbehälter 6 zurückgeleitet.
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Die Magnetventile 4 sind als Proportionalventile ausgeführt und haben als Ventilelement eine Kugel, das zusammen mit dem Ventilsitz dafür sorgt, dass das Magnetventil 4 im geschlossenen Zustand leckagefrei ist.
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In 7 ist auf der rechten Seite der Fluidstrom in einem Zustand gezeigt, in dem am rechten Druckausgang 20 kein Hydraulikdruck bereitgestellt werden soll.
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Das gesamte Hydraulikfluid wird vom Druckausgang D der Pumpe 2 im Magnetventil 4 über die Rückführleitung 26 in den Vorratsbehälter 6 zurückgepumpt; die Pumpe fördert also im Kreis.
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Auf der linken Seite von 7 ist der Zustand gezeigt, in dem am Druckausgang 20 des Pumpenaggregats ein geregelter Hydraulikdruck bereitgestellt wird. Hierbei wird von der Steuerelektronik 3 das Magnetventil 4 so angesteuert, dass der Ist-Druck dem Soll-Druck entspricht.
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In 8 ist das Pumpenaggregat in einem Zustand gezeigt, in dem die Pumpe 2 gestoppt wurde. Das Magnetventil 4 auf der rechten Seite ist geöffnet, so dass der rechte Druckausgang 20 druckfrei ist.
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Der linke Druckausgang 20 ist hingegen abgesperrt, da das Magnetventil 4 vollständig geschlossen ist. Daher wird ein stromabwärts des Druckausgangs 20 aufgebauter Hydraulikdruck aufrechterhalten, auch wenn die Pumpe 2 nicht weiterbetrieben wird.
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Anhand von 9 werden nun die Filter erläutert, die innerhalb des Pumpenaggregats verwendet werden.
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Wesentliches Merkmal des Konzepts, um Verunreinigungen vom Pumpenaggregat fernzuhalten, ist, dass keine saugseitigen Filter verwendet werden; sämtliche Filter sind auf der Druckseite angeordnet. Dementsprechend saugt die Pumpe unmittelbar aus dem Vorratsbehälter 6 an.
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Stromabwärts des entsprechenden Druckausgangs der Pumpe 2 befindet sich ein erster Filter 30. Er dient dazu, Verunreinigungen aus dem Hydraulikfluid herauszufiltern, bevor diese zum Magnetventil 4 gelangen. Da ein Großteil des Hydraulikfluids von der Pumpe 2 zum Magnetventil 4 und von dort über die Rückführleitung 26 zum Vorratsbehälter 6 geleitet wird, sorgen die beiden Filter 30 dafür, dass aufgrund der inneren Zirkulation des Hydraulikfluids Verunreinigungen aus dem Hydraulikfluid kontinuierlich herausgefiltert werden.
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Stromabwärts des Magnetventils 4, jedoch noch vor dem Druckausgang 20, ist ein zweiter Filter 32 vorgesehen. Dieser verhindert, dass Verunreinigungen in das Pumpenaggregat eingebracht werden können. Diese Verunreinigungen sind insbesondere Urverschmutzungen der Leitungen und des Aktors sowie Abrieb vom Aktor, dem das Hydraulikfluid durch das Pumpenaggregat bereitgestellt wird.
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Die Filter 30, 32 sind dafür ausgelegt, während der gesamten Lebensdauer des Pumpenaggregats wirksam zu sein, ohne dass sie gereinigt oder ausgetauscht werden müssen.
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Sie haben beim beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Querschnitt in der Größenordnung von 65 mm2. Ihre Maschenweite beträgt in der Größenordnung von 0,1 mm.
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Der Vorratsbehälter 6 ist mit einem Füllfilter 34 versehen, der so angeordnet ist, dass jegliches Hydraulikfluid, das über eine Einfüllöffnung 33 in den Vorratsbehälter 6 eingefüllt wird, durch den Füllfilter 34 fließen muss.
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Der Füllfilter 34 hat beim beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Maschenweite in der Größenordnung von 0,3 mm, wobei das Material, aus dem er besteht, einen Durchmesser in der Größenordnung in der Größenordnung von 0,2 mm hat. Der Füllfilter 34 gewährleistet, dass keine Verunreinigungen von außen in den Vorratsbehälter 6 eingebracht werden.
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Anhand der 11a bis 11c wird nun der Aufbau der Pumpe 2 im Detail beschrieben.
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11b zeigt den bereits von 10 bekannten Rotor 10 mit den Kammern 12, in denen die Zylinderrollen 14 angeordnet sind. Der Rotor 10 dreht sich mit den Zylinderrollen 14 im Stator 16.
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In den 11a und 11c sind zwei Stirnscheiben 50 gezeigt, die den Stator und damit den Raum, in dem sich der Rotor 10 dreht, in axialer Richtung abschließen. Dabei sind in den 11a und 11c die vom Stator abgewandten Außenflächen der Stirnscheiben 50 zu sehen.
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In jeder Stirnscheibe 50 sind zwei Fluidauslässe 52 und zwei Fluideinlässe 54 vorgesehen, die den Druckbereichen D und Ansaugbereichen A zugeordnet sind. Jeder Fluidauslass 52 setzt sich aus zwei Teileinlässen zusammen, nämlich einem außenliegenden Fluideinlass 52A und einen innenliegenden Fluideinlass 52I.
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Dasselbe gilt für die Fluideinlässe 54; es sind ein außenliegender Fluideinlass 54A und ein innenliegender Fluideinlass 541 vorgesehen.
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Durch die Aufteilung der Fluidöffnungen auf einen radial innenliegenden Öffnungsteil und einen radial außenliegenden Öffnungsteil sind getrennte Öffnungen zu den beiden Teilvolumina geschaffen, die zwischen Stator und Rotor von den Zylinderrollen 14 abgegrenzt werden: zum einen für das variable Volumen zwischen einer Zylinderrolle 14 und der Wandung der die Zylinderrolle 14 aufnehmenden Kammer 12 des Rotors und zum anderen für das variable Volumen zwischen zwei Zylinderrollen 14 und der Wandung des Stators 16. Der zwischen den Teilöffnungen verbleibende Materialsteg 56 gewährleistet, dass die Zylinderrollen 14 zu jedem Zeitpunkt in axialer Richtung geführt sind.
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Das die Fluidaus- und -einlässe 52, 54 auf beiden axialen Seiten des Rotors 10 vorhanden sind, ergeben sich kurze Strömungswege, um im Ansaugbereich A Hydraulikfluid in die Kammern der Pumpe 2 einzusaugen und es im Druckbereich D wieder auszustoßen. Insbesondere beim Ansaugen ist es wichtig, einen geringen Strömungswiderstand zu gewährleisten, damit es nicht zu Kavitation kommt.
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Die Stirnscheiben 50 bestehen beide aus Keramik, so dass die Kontur der Fluidaus- und -einlässe 52, 54 fertig gepresst werden kann. Die einzige Nachbearbeitung der Stirnscheiben 50 besteht darin, dass sie auf der Seite des Rotors 10 geschliffen werden, um die Oberflächenrauigkeit zu verringern.
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Die Fluidauslässe 52 sind jeweils in einer kreisförmigen Vertiefung 60 angeordnet, die sich ausgehend von der Außenseite der entsprechenden Stirnscheibe 50 in axialer Richtung erstreckt. Anders ausgedrückt: die Mittelachse der Vertiefung 60 verläuft parallel zur Drehachse des Rotors 10.
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Die beiden Vertiefungen 60 für die Fluidauslässe einer Stirnscheibe 50 sind dabei einander diametral gegenüberliegend angeordnet.
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Die Kreisform der Vertiefung 60 ermöglicht es, einen dort eingesetzten Druckanschluss mit einem O-Ring zuverlässig abzudichten.
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Die Fluideinlässe 54 sind jeweils in einem keilartigen Einschnitt 62 angeordnet, die sich vom Innenrand der inneren Teilöffnung 541 radial nach außen bis hin zum Umfangsrand der Stirnscheibe erstreckt.
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In die Einschnitte 62 werden geeignete Sauganschlüsse eingesetzt, die das Hydraulikfluid vom Vorratsbehälter 6 zuführen.
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Die unterschiedlichen Geometrien der Vertiefungen 60 und der Einschnitte 62 ermöglichen es, die Anschlüsse für die Fluidaus- und einlässe 52, 54 auf sehr engem Raum auf den Stirnscheiben 50 unterzubringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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