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Die Erfindung betrifft ein Lichtsignal, insbesondere für den Schienen- oder Straßenverkehr, mit wenigstens einem Gehäuse, mit wenigstens einer an dem Gehäuse angeordneten Lichtquelle und mit einer mit dem Gehäuse in einer Betriebsposition verbundenen und zur Lichtquelle innerhalb einer vorbestimmten Toleranz ausgerichteten optischen Linse.
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Derartige Lichtsignale werden beispielsweise für den Schienen- oder Straßenverkehr eingesetzt und sind für die Sicherheit wichtig, so dass bei der Auslegung und Montage hohe Anforderungen zu stellen sind. In einem solchen Lichtsignal muss die optische Linse zur Lichtquelle ausgerichtet werden, um die optimalen optischen Eigenschaften zu erhalten. Diese optischen Eigenschaften sind beispielsweise die axiale Lichtstärke und das Abstrahlverhalten über den horizontalen und vertikalen Winkel. Bei der Ausrichtung der optischen Linse zur Lichtquelle müssen hohe Genauigkeiten eingehalten werden, die beispielsweise im Bereich von 0,1 mm in axialer oder radialer Richtung und bei den Verkippungen liegen können. Übliche optische Linsen bei gängigen Lichtsignalen haben beispielsweise etwa einen Durchmesser von beispielsweise 70 mm, 136 mm oder 200 mm.
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Bei den bekannten Lichtsignalen wird die Linse mit dem Gehäuse beispielsweise durch Schrauben und federnden Niederhalter befestigt. Eine Justage der Linse zur Lichtquelle geschieht beispielsweise in einer Lichtmessstrecke, in der das Lichtsignal lichttechnisch optimal eingestellt wird. Die justierte Linse wird anschließend beispielsweise durch Kleben, Schrauben, Vergießen oder ähnliche Maßnahmen am Gehäuse fixiert. Die Justage der Linse zur Lichtquelle ist für die Qualität des Lichtsignals entscheidend, aber auch zeitaufwendig und dadurch kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lichtsignal der eingangs genannten Art bereitzustellen, das einfacher hergestellt und ausgerichtet werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Lichtsignal wenigstens eine Halte- und Zentriereinrichtung umfasst, die zum mechanischen Verbinden und Positionieren von Linse und Gehäuse in der Betriebsposition ausgestaltet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass durch die erfindungsgemäße Halte- und Zentriereinrichtung Linse und Gehäuse direkt miteinander verbunden werden können und ein Justieren der Linse zum Gehäuse und dadurch zur Lichtquelle überflüssig ist. Hierfür weist die Halte- und Zentriereinrichtung an Linse und Gehäuse genau gefertigte Kontaktflächen auf, die sich in der Betriebsposition kontaktieren und die Linse zum Gehäuse ausrichten. Die Halte- und Zentriereinrichtung weist beispielsweise verschiedene Funktionselemente auf, die in der Betriebsposition eine Positionierung der Linse relativ zum Gehäuse in den verschiedenen Raumrichtungen bewirken.
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Die Erfindung kann durch unterschiedliche vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben worden sind.
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So kann das Gehäuse zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt sein. Dies hat den Vorteil, dass Kunststoff zum einen ein preisgünstiges Material ist und es mit einer hohen Genauigkeit gefertigt werden kann. Weiterhin ist es in Kunststoff möglich, relativ komplizierte Formen für die Halte- und Zentriereinrichtung auf einfache Weise herzustellen. Ferner kann das Gehäuse aus Kunststoff in einem Spritzguss-Verfahren hergestellt werden, was besonders vorteilhaft ist. Im Spritzguss-Verfahren können sehr einfach hohe Genauigkeiten erreicht werden, durch die die Linse in der Betriebsposition sehr genau positioniert ist. Dadurch wird eine aufwändige individuelle Justage der Linse zur Lichtquelle in einer Lichtmessstrecke überflüssig.
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Um Linse und Gehäuse besonders einfach ohne weitere Verbindungsmittel montieren zu können, sind das Gehäuse und die Linse in der Betriebsposition miteinander formschlüssig verbunden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Lichtsignal wenigstens eine Sicherungseinrichtung aufweisen, durch welche die Linse gegen unbeabsichtigtes Verlassen der Betriebsposition gesichert ist. Durch die Sicherungseinrichtung wird beispielsweise ein relatives Verdrehen der Linse zum Gehäuse in einer Löserichtung verhindert. Hierfür kann die Sicherungseinrichtung beispielsweise Rastelemente aufweisen, die einem unbeabsichtigten Lösen der Linse entgegenwirken. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Linse in der Betriebsposition verbleibt. Dies ist besonders wichtig, weil nur in der Betriebsposition die Linse zur Lichtquelle ausgerichtet ist. Die Sicherungseinrichtung kann beispielsweise in Kunststoff ausgebildete elastische Elemente aufweisen, die bei der Montage der Linse automatisch einrasten, sobald die Betriebsposition erreicht ist.
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Um die Linse besonders gut zu positionieren, kann die Halte- und Zentriereinrichtung zum Positionieren von Linse und Gehäuse in der Betriebsposition in einer axialen Lichtrichtung und/oder in einer Richtung quer zur axialen Lichtrichtung ausgestaltet sein.
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Ferner kann die Linse als eine Fresnel-Linse ausgebildet sein. Hierbei erweist sich die Erfindung als besonders geeignet, weil eine Fresnel-Linse eine besonders genaue Ausrichtung zur Lichtquelle erfordert. was erfindungsgemäß auf einfache Weise ermöglicht wird. Um eine besonders gute Ausrichtung der Linse, z. B. für die Fresnel-Linse zu erreichen, kann die Genauigkeit der Ausrichtung etwa 0,1 mm oder weniger betragen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Lichtsignal wenigstens einen Nahbereichsspiegel umfassen und das Gehäuse wenigstens eine Spiegelhalterung aufweisen, wobei der Nahbereichsspiegel in der Spiegelhalterung angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass bei Verwendung eines Nahbereichsspiegels dieser ebenfalls besonders einfach positioniert und ausgerichtet werden kann. Der Nahbereichsspiegel wird bei einem Lichtsignal eingesetzt, um für den Nahsichtbereich, der etwa im Bereich bis zu 10 m Entfernung zum Lichtsignal besteht, das nicht zur Linse gerichtete Licht der Lichtquelle einzusammeln und in den Nahbereich abzulenken. Bei bekannten Lichtsignalen wird der Nahbereichsspiegel mittels Schrauben montiert. Vorteilhafterweise kann der Nahbereichsspiegel aus oberflächenverspiegelten Kunststoff hergestellt werden. Dieser kann auf einfache Weise sphärisch ausgebildet werden, was eine gleichmäßigere Verteilung des Lichts im Nahbereich bewirkt. Mittels oberflächenverspiegelten Kunststoff kann außerdem ein hoher Reflexionsgrad und dadurch Wirkungsgrad erzielt werden im Vergleich zu dem ansonsten üblichen Edelstahlblech.
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Die Erfindung betrifft außerdem auch ein Gehäuse für ein Lichtsignal, das zum Verbinden mit einer Lichtquelle und einer optischen Linse ausgebildet ist. Um die Ausrichtung der Linse zu diesem Gehäuse zu vereinfachen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse wenigstens eine Linsenhalterung aufweist, in der die Linse in einer Betriebsposition anordenbar ausgebildet ist, wobei Gehäuse und Linse in der Betriebsposition so zueinander positioniert sind, dass die Linse zu der mit dem Gehäuse verbundenen Lichtquelle optimal ausgerichtet ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gehäuses kann die Linsenhalterung Kontaktflächen aufweisen, die zum Kontaktieren mit Kontaktflächen der Linse in der Betriebsposition ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass über die aneinander anliegenden Kontaktflächen die Ausrichtung der Linse relativ zum Gehäuse auf sehr einfache Weise geschieht. Weiterhin kann das Gehäuse wenigstens eine Lichtquellenhalterung aufweisen, in der die Lichtquelle anordenbar ist. So kann auch die Lichtquelle auf sehr einfache Weise mit dem Gehäuse verbunden werden und in vorbestimmter Weise zum Gehäuse ausgerichtet werden. Die vorbestimmte Ausrichtung der Lichtquelle zum Gehäuse ist wichtig, weil auch die Linse über die Kontaktflächen gegenüber dem Gehäuse ausgerichtet wird. Schließlich kann das Gehäuse auch wenigstens eine Spiegelhalterung aufweisen, um einen Nahbereichsspiegel auf besonders einfache Weise aufnehmen zu können.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine optische Linse für ein Lichtsignal, die zum Verbinden mit einem Gehäuse des Lichtsignals ausgebildet ist. Um diese Linse besonders einfach mit einem Gehäuse ausrichten zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Linse wenigstens ein Haltelement aufweist, mit dem die Linse in einer Betriebsposition in einer Linsenhalterung des Gehäuses anordenbar ausgebildet ist, wobei Gehäuse und Linse in der Betriebsposition so zueinander positioniert sind, dass die Linse zu einer mit dem Gehäuse verbundenen Lichtquelle ausgerichtet ist. Das Halteelement kann Kontaktflächen aufweisen, die zum Kontaktieren der Kontaktflächen des Gehäuses in der Betriebsposition ausgebildet sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsignals;
- 2 bis 7 schematische Darstellungen von Details des Lichtsignals aus 1;
- 8 und 9 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Linse aus dem Lichtsignal aus 1;
- 10 schematische Darstellung eines Ausschnitts des Lichtsignals aus 1 mit einem Nahbereichsspiegel;
- 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtsignals;
- 12 bis 17 schematische Darstellungen von Details des Lichtsignals aus 11.
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Zunächst wird die Erfindung mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform der 1 bis 10 erläutert.
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Die 1 bis 10 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsignals 1, das ein Gehäuse 2, eine optische Linse 3 und eine in 17 erkennbare Lichtquelle 4.
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Die Lichtquelle 4 ist bei der beispielhaften Ausführungsform der 1 bis 10 als eine LED-Lichtquelle ausgebildet, wie sie heute üblich ist. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Lichtsignal 1 auch andere Lichtquellen 4 verwenden. Die Lichtquelle 4 ist mit dem Gehäuse 2 verbunden, beispielsweise durch eine lösbare Verbindung, wie durch Schauben oder auch Formschluss, oder auch durch eine unlösbare Verbindung, wie durch Kleber.
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Das Gehäuse 2 weist eine Lichtquellenhalterung 5 auf, in der die Lichtquelle 4 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 ist bei der beispielhaften Ausführungsform in den 1 bis 10 mittels Spritzguss aus einem Kunststoff hergestellt. Das Gehäuse 2 weist weiterhin eine Linsenhalterung 6 auf, in der die Linse 3 in einer in 1 dargestellten Betriebsposition aufgenommen ist. Die Linsenhalterung 6 ist Teil einer Halte- und Zentriereinrichtung 7 des Lichtsignals 1, die zum mechanischen Verbinden und Positionieren der Linse 3 am Gehäuse 2 in der Betriebsposition ausgestaltet ist. Die Halte- und Zentriereinrichtung 7 weist verschiedene Funktionselemente auf, die zusammen die erforderliche Ausrichtung und Halterung der Linse 3 an dem Gehäuse 2 in den verschiedenen Raumrichtungen bewirken. Diese Ausrichtung der Linse 3 zum Gehäuse 2 ist in einer axialen Lichtrichtung z und in den Richtungen x, y quer zur axialen Lichtrichtung z nötig. Weiterhin wird über die Halte- und Zentriereinrichtung 7 eine Rotation um die Richtung x und eine Rotation um die Richtung y eingestellt. Die Rotation um die axiale Lichtrichtung z ist bei dem erfindungsgemäßen Lichtsignal 1 auch festgelegt, sie ist bei der hier verwendeten Linse 3 aber beliebig.
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Die Linse 3 ist in der beispielhaften Ausführungsform der 1 bis 10 als eine Fresnel-Linse ausgebildet und aus einem Kunststoff hergestellt. Die Linse 3 weist im Bereich ihres Umfangs Halteelemente 8 auf, mit denen die Linse 3 in der Betriebsposition in der Linsenhalterung 6 des Gehäuses 2 angeordnet werden kann. Das Lichtsignal 1 soll in der Betriebsposition betrieben werden, in der die Linse 3 zur Lichtquelle 4 ausgerichtet ist. Sowohl an der Linse 3 als auch an dem Gehäuse 2 sind Kontaktflächen ausgebildet, die in der Betriebsposition miteinander in Kontakt stehen und die Linse 2 in eine vorbestimmte Position zum Gehäuse 2 bringen, in der die Linse 3 zur Lichtquelle 4 ausgerichtet ist.
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Die Halte- und Zentriereinrichtung 7 umfasst eine Niederhalteeinrichtung 9, die die Linse 3 in der axialen Lichtrichtung z zur Lichtquelle 4 und zum Gehäuse 2 positioniert. Weiterhin umfasst die Halte- und Zentriereinrichtung 7 einen Anschlag 10, der die rotatorische Position der Linse 3 um die axiale Lichtrichtung z festlegt. In den 2 bis 4 sind der Niederhalter 9 und der Anschlag 10 im Detail dargestellt. Der Niederhalter weist sowohl an der Linse 3 als auch an dem Gehäuse 2 Kontaktflächen 11 auf, die die Position der Linse 3 in der axialen Lichtrichtung z bestimmen. Um die Linse 3 leicht in die Betriebsposition bringen zu können, sind Einführschrägen 12 ausgebildet. Am Gehäuse 2 weist die Linsenhalterung 6 einen U-förmig ausgebildeten Bügel 13 auf, an dem die Kontaktfläche 11 ausgebildet ist und der die Linse 3 in der Betriebsposition umgreift. Um sicherzustellen, dass die Linse 3 bei der Montage mit dem Gehäuse 2 in die vorgesehene Betriebsposition gebracht wird, weist auch der Anschlag 10 Kontaktflächen 14 auf.
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Der Bügel 13 und die Halteelemente 8 an der Linse 3 sind so ausgebildet, dass eine leichte Presspassung realisiert ist. Durch den Bügel 13 wird weiterhin eine leichte Federwirkung realisiert, durch das ein Federdruck auf der Linse 3 lastet, der eine Spielfreiheit garantiert.
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Zur radialen Zentrierung weist die Halte- und Zentriereinrichtung 7 weiterhin Zentrierelemente 15 auf, durch die eine Positionierung der Linse 3 in der x- und y-Richtung sichergestellt ist. Die Zentrierelemente 15 sind bei der beispielhaften Ausführungsform der 1 bis 10 an drei Stellen jeweils um 120° zueinander versetzt am Umfang der Linse 3 ausgebildet. Für die Zentrierelemente 15 sind am Gehäuse 2 drei Zentrierstege 16 ausgebildet, die in den 5 und 6 schematisch dargestellt sind. Die Zentrierelemente 15 werden somit durch die Zentrierstege 16 und die entsprechende Umfangsfläche 17 der Linse 3 ausgebildet. Die Zentrierstege 16 weisen eine Kontaktfläche 18 auf, die mit der Kontaktfläche der Umfangsfläche 17 in Kontakt stehen. Die Zentrierstege 16 sind möglichst wenige elastisch und nicht federnd ausgebildet, um eine genaue Positionierung der Linse 3 radial zur Lichtquelle 4 zu ermöglichen. In der axialen Lichtrichtung z, die in 6 mit einem Pfeil dargestellt ist, besteht im Bereich der Zentrierelemente 15 kein Kontakt zwischen Linse 3 und Gehäuse 2.
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Um ein ungewolltes Verlassen der Betriebsposition zu verhindern, weist das Lichtsignal 1 eine Sicherungseinrichtung 19 auf, die in 7 dargestellt ist. Bei der Montage der Linse 3 mit dem Gehäuse 2 wird die Linse 3 in der in 7 mit einem Pfeil 20 dargestellten Richtung gedreht. Dabei lenkt ein an der Linse 3 angeformtes Dreieck 21 einen am Gehäuse 2 angeformten Rastarm 22 in einer mit einem Pfeil 23 dargestellten Richtung aus. In der Betriebsposition, die in 7 dargestellt ist, ist der federnde Rastarm 22 wieder entlastet und blockiert das Dreieck 21 und damit die Linse 3 gegen ein Zurückdrehen entgegen der mit Pfeil 20 dargestellten Drehrichtung. Um eine Redundanz zu erzeugen, ist die Sicherungseinrichtung 19 an dem beispielhaften Lichtsignal in den 1 bis 10 doppelt ausgebildet. Falls ein federnder Rastarm 22 abbrechen sollte, wird die Betriebsposition weiterhin durch die andere Sicherungseinrichtung 19 garantiert.
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Schließlich sind an der Linse 3 bei der beispielhaften Ausführungsform 1 bis 10 auch noch zwei Griffelemente 24 ausgebildet, um die für die Montage nötige Rotationsbewegung der Linse 3 relativ zum Gehäuse 2 leicht ausführen zu können.
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Die Linse 3 ist in den 9 und 10 separat dargestellt. In 9 ist die Lichtaustrittsseite dargestellt, welche in der Mitte die optische Struktur 25 der Fresnel-Linse zeigt. Der äußere Randbereich 26 hat keine optische Funktion, sondern bildet die Halteelemente 8 aus.
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In 10 ist die Lichteintrittsseite der Linse 3 dargestellt, die im Wesentlichen komplett plan ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Linse im Bereich des optisch wirksamen Durchmessers auf der Rückseite plan, transparent und kratzerfrei ausgebildet ist. Dies kann als eine optische Fläche bezeichnet werden. Diese steht im Gegensatz zu den äußeren Flächen der Linse, die auch als mechanische Flächen bezeichnet werden können und beispielsweise matt sein können. Die Linse 3 ist auf dieser Seite transparent und kratzerfrei ausgebildet.
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8 zeigt das erfindungsgemäße Lichtsignal 1 mit demontierter Linse 3 mit Blick auf die Lichtquelle 4 und einen Nahbereichsspiegel 27. Zur Befestigung des Nahbereichsspiegels 27 weist das Gehäuse 2 eine Spiegelhalterung 28 auf. Die Spiegelhalterung 28 besteht aus federnden Niederhaltern 29 und Positionierelementen 30. Der Nahbereichsspiegel 27 ist aus einem oberflächenverspiegelten Kunststoff hergestellt und weist hier eine parabelförmige Wölbung auf, kann aber beispielsweise auch plan, sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Durch die Niederhalter 29 und die Positionierelemente 30 wird der Nahbereichsspiegel 27 in eine vorbestimmte Position zum Gehäuse 2 gebracht und lässt sich sehr leicht montieren. Schrauben oder ähnliche zusätzliche Befestigungselemente sind nicht nötig.
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Im Folgenden wird die weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsignals 1 mit Bezug auf die 11 bis 17 beschrieben. Der Einfachheit halber wird lediglich auf die Unterschiede zu der Ausführungsform der 1 bis 10 eingegangen.
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Wie in 11 zu sehen ist, weist das Lichtsignal 1 in der weiteren Ausführungsform der 11 bis 17 grundsätzlich die gleichen Halte- und Zentriereinrichtung 7 wie die Ausführungsform der 1 bis 10 auf. Geringfügige Unterschiede sind in den Detailansichten der 12 bis 17 dargestellt. Die 12 und 13 zeigen den Niederhalter 9 und den Anschlag 10 im Detail. Da in 13 die Linse 3 nicht dargestellt ist, ist die Kontaktfläche 11 am Gehäuse 2 sehr gut erkennbar. Die Sicherungseinrichtung 19 der Ausführungsformen in den 11 bis 17 ist im Detail in den 16 und 17 dargestellt. Im Vergleich zu der Ausführungsform der 1 bis 10 ist der Rastarm 22 in den 16 und 17 mit einer Schräge ausgebildet und anstatt ein Dreieck 21 ein rechteckiges Element 31 an der Linse 3 angeformt. Die Funktion ist aber im Wesentlichen die gleiche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011076123 A1 [0003]
- DE 102013205439 A1 [0003]
