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Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul, eine Beleuchtungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug.
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Lichtmodule mit Halbleiterlichtquellen, die gemeinsam mit einem Reflektor zur Erzeugung einer Abstrahllichtverteilung beitragen und rechteckförmig aufgebaut sind, sind bekannt. Beispielhaft wird auf
DE 10 2017 102 003 A1 verwiesen.
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Die vorgenannten Lichtmodule erzeugen eine auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug abgestrahlte Lichtverteilung, welche unmittelbar benachbart zur scharfen Hell-Dunkel-Grenze ein breites konstantes und unerwünschtes Plateau aufweist, das durch die Überzahl an großen Chipbildern erzeugt wird. Im Anschluss an das Plateau folgt ein ebenso unerwünschter konvexer Abfall der Lichtstärke auf 0 Lux.
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Unerwünscht sind sowohl das Plateau als auch der konvexe Lichtstärkeabfall, weil das dafür benötigte Licht für die Bildung einer stärker ausgebildeten Hell-Dunkel-Grenze (höheres Maximum beziehungsweise größerer Gradient) nicht zur Verfügung steht. Um trotzdem ein hohes Maximum zu erreichen, muss die Zahl oder die Stärke der Leuchtmittel erhöht werden, was mit erhöhten Kosten für die weiteren Leuchtmittel, die Kühlung, die elektrische Versorgung etc. einhergeht.
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Damit ist es Aufgabe der Erfindung ein Lichtmodul bereitzustellen, dessen Abstrahllichtverteilung verbessert wird.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mittels eines Lichtmoduls gemäß dem Anspruch 1, einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem nebengeordneten Anspruch sowie eines Kraftfahrzeugs gemäß einem weiteren nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Beispiele sind in den Unteransprüchen angegeben und finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Lichtmodul umfasst: Eine Projektionsoptik, auf welche eine erste Lichtverteilung auftrifft, und welche eine zweite Lichtverteilung in Abhängigkeit von der ersten Lichtverteilung abstrahlt, wobei die Projektionsoptik eingangsseitig eine gedachte Brennlinie definiert; und eine Lichtquelle mit einem zur Erzeugung der ersten Lichtverteilung wirksamen Lichtabstrahlbereich, welcher sich zumindest abschnittsweise von der Brennlinie wegweisend verjüngt.
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Die von der Brennlinie wegweisende Verjüngung der Abstrahlfläche stellt eine hohe Lichtstärke im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze bereit. Damit wird die Sichtbarkeit der Hell-Dunkel-Grenze verbessert. Die wenigstens abschnittsweise Verjüngung der Lichtabstrahlfläche ermöglicht weitergehend, dass im beispielhaften Fall eines Abblendlichts ausgehend von der Hell-Dunkel-Grenze ein konkaver Lichtstärkeabfall vertikal nach unten erzeugbar ist.
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Die bereitgestellte Form der wirksamen Lichtabstrahlfläche beeinflusst damit die Lichtstärkeverteilung dahingehend vorteilhaft, als dass die wahrgenommene Sichtbarkeit der erzeugten Hell-Dunkelgrenze und die Ausleuchtung im Fahrzeugvorfeld verbessert wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein distaler Abschnitt des Lichtabstrahlbereichs der Lichtquelle von der Brennlinie wegweisend punktförmig zuläuft.
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Die Bilder der Lichtabstrahlfläche werden im Fahrzeugvorfeld durch die Projektionsoptik gedreht. Vorteilhaft wird durch den punktförmigen Zulauf der Lichtabstrahlfläche erreicht, dass dieser Punkt in dem Bild im Fahrzeugvorfeld ausgehend von einer gedachten Mitte der Lichtverteilung in Richtung Hell-Dunkel-Grenze gedreht wird. Damit wird im Beispiel des Abblendlichts vorteilhaft seitlich eine geringere Ausleuchtung vertikal nach unten erzielt. Das Fahrzeugvorfeld hingegen wird zur unteren Mitte hin besser ausgeleuchtet.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine proximale Kante des Lichtabstrahlbereichs parallel zu oder auf der gedachten Brennlinie liegt.
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Die proximale Kante definiert in der abgestrahlten Lichtverteilung die Hell-Dunkel-Grenze, wobei durch die Anordnung der Kante in der Nähe oder auf der Brennlinie die Abbildungsschärfe verbessert wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Lichtabstrahlbereich als eine durchgängige und von Kanten begrenzte Abstrahlfläche ausgebildet ist.
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Mithin wird eine einzige Lichtabstrahlfläche bereitgestellt, um die Projektionsoptik zu beleuchten.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die von der Lichtquelle abgestrahlte Leuchtdichte über die Abstrahlfläche hinweg homogen verteilt ist.
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Die damit erreichbare homogene Leuchtdichteverteilung über die Abstrahlfläche hinweg erlaubt eine einfache Herstellbarkeit der Lichtquelle. Insbesondere reduzieren sich dadurch die Kosten.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle ein Halbleiterlichtquellenbauteil ist.
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Vorteilhaft reicht ein Halbleiterlichtquellenbauteil aus, um die gewünschte Abstrahllichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionsoptik einen Spiegel umfasst, welcher wenigstens abschnittsweise einem Paraboloid folgt, und dass die von der Lichtquelle abgestrahlte erste Lichtverteilung auf eine Reflexionsfläche des Spiegels trifft.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Teil des Lichtmoduls die Lichtquelle und den Spiegel umfasst, wobei ein zweiter Teil des Lichtmoduls einen weiteren Spiegel, auf welchen eine von einer weiteren Lichtquelle erzeugte Lichtverteilung auftrifft, umfasst, und wobei der erste und der zweite Teil des Lichtmoduls verkippt zueinander angeordnet sind.
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Der beispielsweise analog zum ersten Teil aufgebaute zweite Teil des Lichtmoduls stellt die Funktion bereit, einen Teil der Abblendlichtverteilung zu erzeugen, bei der ein seitlicher Bereich der Fahrbahn im Fahrzeugvorfeld stärker beleuchtet wird als ein zur Fahrbahnmitte hin angeordneter Bereich der Fahrbahn.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welche das Lichtmodul gemäß dem ersten Aspekt umfasst.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Kraftfahrzeug umfassend die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt bereitgestellt.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Lichtmodul in schematischer perspektivischer Ansicht;
- 2 eine vertikale Lichtstärkeverteilung;
- 3 einen Messschirm;
- 4 Draufsichten auf unterschiedlich ausgestaltete Lichtquellen; und
- 5 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt ein Lichtmodul 100 für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs in schematischer perspektivischer Ansicht. Eine Lichtquelle 110 umfasst einen zur Erzeugung einer ersten Lichtverteilung 104 wirksamen Lichtabstrahlbereich 112, welcher sich zumindest abschnittsweise von einer Brennlinie 108 wegweisend verjüngt.
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Die erste Lichtverteilung 104 triff auf eine Projektionsoptik 102, welche eine zweite Lichtverteilung 106 in Abhängigkeit von der ersten Lichtverteilung 104 erzeugt. Die Projektionsoptik 102 umfasst einen Spiegel 122, welcher wenigstens abschnittsweise einem Paraboloid folgt, welcher beispielsweise zylindrisch ist. Die von der Lichtquelle 110 abgestrahlte erste Lichtverteilung 104 trifft auf eine Reflexionsfläche 124 des Spiegels 122. Der Spiegel 122 der Projektionsoptik 102 definiert eingangsseitig die gedachte Brennlinie 108. Die Brennlinie 108 verläuft durch einen gedachten Brennpunkt 140 des Spiegels 122 der Projektionsoptik 102. Der Spiegel 122 reflektiert die auftreffende erste Lichtverteilung 104 als eine Zwischenlichtverteilung 136. Eine Projektionslinse 138 erzeugt die zweite Lichtverteilung 106 in Abhängigkeit von der auftreffenden Zwischenlichtverteilung 136.
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Eine proximale Kante 116 des Lichtabstrahlbereichs 112 verläuft parallel zu oder auf der gedachten Brennlinie 108. Dadurch, dass die Kante 116 auf oder in der Nähe der horizontal verlaufenden Brennlinie 108 liegt, wird diese gemäß einem beispielhaft gezeigten Lichtstrahl 130 auf eine horizontal also parallel zur y-Achse verlaufende Hell-Dunkel-Grenze 132 kantenscharf abgebildet. Ein distaler Abschnitt 114 des Lichtabstrahlbereichs 112 der Lichtquelle 110, welcher von der Brennlinie 108 wegweisend punktförmig zuläuft, hingegen wird gemäß einem beispielhaft gezeigten Lichtstrahl 134 vertikal unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 132 weniger kantenscharf abgebildet.
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Die Lichtquelle 110 und die Projektionsoptik 102 sind also derart zueinander angeordnet, dass eine Längsseite in Form einer Kante 116 der Lichtquelle 110 mit dem Brennpunkt 140 der Projektionsoptik 102 zusammenfällt oder zumindest den kürzesten Abstand zum Brennpunkt 140 aufweist und der der Kante 116 gegenüberliegende distale Bereich 114 den größten Abstand des Lichtabstrahlbereichs 112 zum Brennpunkt 140 aufweist.
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Vorliegend ist der Lichtabstrahlbereich 112 als eine durchgängige und von Kanten 116, 118, 120 begrenzte, dreieckige Abstrahlfläche ausgebildet. Die Kanten 116, 118 und 120 begrenzen ein gleichschenkliges Dreieck. Die Lichtquelle 110 ist als ein einziges Halbleiterlichtquellenbauteil ausgebildet. Die von der Lichtquelle 110 abgestrahlte Lichtstärke ist beispielsweise über die Abstrahlfläche hinweg homogen verteilt und weist über die Abstrahlfläche hinweg nur geringe Abweichungen von beispielsweise +- 20 % in der abgestrahlten Lichtstärke auf. Durch Verwendung einer dreieckigen Lichtquelle 110 wird die Hell-Dunkel-Grenze 132 verstärkt, das bei einer rechteckigen Lichtquelle auftretende Plateau und der konvexe Beleuchtungsstärkeabfall im Anschluss an das Plateau vermieden.
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Das Lichtmodul 100 weist zwischen dem Spiegel 122 und der Projektionslinse 138 eine schematisch dargestellte Blende 142 auf. Die Blende 142 ist ein Schattierungselement zum Bilden eines klaren Trennmusters, indem beispielsweise ein Teil des Lichts der Zwischenlichtverteilung 136 abgeschirmt wird. Eine Blendenkante 144 der Blende 142 liegt am oder nahe einem Brennpunkt der Projektionslinse 138.
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Das Lichtbild der Lichtquelle 110 wird also mittels der Projektionsoptik 102 so geformt, dass es im Beispiel einer Abblendlichtverteilung die klar erkennbare horizontale Hell-Dunkel-Grenze 132 im Fahrzeugvorfeld erzeugt.
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Als Spiegel 122 verwendete Paraboloide bilden die Lichtabstrahlfläche 112 nur in einer Sagittalebene xz unverkippt ab. Zu den Seiten hingegen werden die Bilder der Lichtabstrahlfläche 112 gekippt. Um durch den über der Hell-Dunkel-Grenze 132 liegenden Bereich erzeugte Blendung zu vermeiden, werden die Bereiche des Spiegels 122, die entsprechende Verkippung der Chipbilder erzeugen, so korrigiert, dass der höchste Punkt des Chipbildes auf die Hell-Dunkel-Grenze 132 fällt.
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Im Gegensatz zur quadratischen Lichtabstrahlflächen wandert die untere Spitze des Dreiecks, d. h. der distale Bereich 114, der Lichtabstrahlfläche 112 auf einem Kreis immer nach oben in Richtung Hell-Dunkel-Grenze 132. Das bewirkt, dass das rotierte Chipbild kleiner als das unrotierte Chipbild ist. Die rotierten Chipbilder sind kleiner, da sie weiter von der Lichtquelle 110 entfernt entstehen.
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In einem Beispiel fokussiert die Projektionsoptik 102 die Bilder des Lichtabstrahlbereichs 112 nicht alle auf einen Punkt, sondern erzeugt eine Verteilung, die eine horizontale Breite aufweist.
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Die nach den Prinzipien des hier offenbarten Lichtmoduls 100 hergestellte Beleuchtungseinrichtung kann als Fernlichtquelle, Abblendlichtquelle, Nebelscheinwerferlichtquelle und dergleichen verwendet werden. Alle Lichtverteilungen, die eine klare Trennlinie in ihrer abgestrahlten Lichtverteilung erfordern, profitieren von dem bereitgestellten Lichtmodul 100.
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Selbstverständlich können mehrere der beschriebenen Lichtmodule 100 neben-, über- und/oder hintereinander angeordnet werden. Des Weiteren können Mischanordnungen von Einzellichtquellen verwendet werden, bei denen der jeweilige Lichtabstrahlbereich 112 durch eine Mehrzahl von quadratischen, rechteckigen und/oder dreieckigen Lichtquellen gebildet wird.
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In einem Beispiel des Lichtmoduls 110 wird mittels einer quadratischen Einzellichtquelle ein Plateau in der vertikalen Lichtintensitätsverteilung erzeugt. Mittels eines dreieckigen Leuchtmittels, dessen Optik so gewählt ist, dass der gesamte Lichtstrom auf dem Plateau aufsitzt, wird das Plateau durch diesen zusätzlichen Lichtstrom in eine Lichtverteilung mit scharfer Hell-Dunkel-Grenze überführt.
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Es können mehrere Anordnungen bzw. Teile des Lichtmoduls 100 dazu benutzt werden, nicht nur eine horizontale, sondern zusätzlich eine geneigte Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen.
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2 zeigt eine vertikale Lichtstärkeverteilung. Ein Verlauf 202 der mittels des Lichtmoduls 100 aus 1 erzeugten Lichtverteilung zeigt, dass die Lichtstärke I in einem Bereich um vertikal 0° die Hell-Dunkel-Grenze 132 ausbildet. Vertikal nach unten fällt die Lichtstärke I gemäß dem Verlauf 202 ab und bildet eine konkave Wölbung 204 aus.
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3 zeigt einen Messschirm 300 mit einem Beispiel des Lichtmoduls 100. Beispielhaft ist die Fahrbahn 302 mit einer Fahrbahnmitte 304 gezeigt.
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Das Lichtmodul 100 umfasst einen ersten Teil 126 des Lichtmoduls 100 aus 1. Der erste Teil 126 umfasst wenigstens die Lichtquelle 110 und den Spiegel 122. Der erste Teil 126 erzeugt die zweite Lichtverteilung mit der horizontal verlaufenden Hell-Dunkel-Grenze 132.
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Ein zweiter Teil 326 des Lichtmoduls 100 umfasst eine weitere Lichtquelle und einen weiteren Spiegel, wobei die weitere Lichtquelle analog zu der Lichtquelle 110 aus 1 aufgebaut ist oder aber andersartig. Der Reflektor des zweiten Teils 326 des Lichtmoduls 100 ist für die Erzeugung der schrägen Hell-Dunkel-Grenze 332 zuständig und um eine Drehachse, welche parallel zur x-Achse aus 1 verläuft, rotiert in Bezug zu dem ersten Teil 126 angeordnet. Den Abschnitt mit der schräg ansteigende Hell-Dunkel-Grenze 332 erhält man also, indem der Reflektor des zweiten Teils 326 und die zugeordnete wenigstens eine weitere Lichtquelle um eine Achse parallel zur Fahrtrichtung dreht. Der zweite Teil 326 ist so angeordnet, dass er eine weitere zur Hell-Dunkel-Grenze 132 schräg gestellte Hell-Dunkel-Grenze 332 erzeugt. Der erste und der zweite Teil 126, 326 des Lichtmoduls 100 sind deshalb verkippt zueinander angeordnet.
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Beispielsweise nutzen der erste und der zweite Teil 126 und 326 eine gemeinsame Projektionslinse oder es werden voneinander verschiedene Projektionslinsen genutzt.
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4 zeigt Draufsichten auf unterschiedlich ausgestaltete Lichtquellen 110a-d. Allen Lichtquellen 110a-d ist gemeinsam, dass die zur Brennlinie 108 parallele Breite des Lichtabstrahlbereichs 112 mit steigender Entfernung von der Brennlinie 108 bzw. dem Brennpunkt abnimmt.
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Die Lichtquelle 110a umfasst einen außermittigen distalen Abschnitt 114. Der Punkt-förmig zulaufende Abschnitt 114 ist außerhalb einer lotrecht auf der Kante 116 stehenden Mittenachse 402, welche mittig zwischen den Enden der Kante 116 verläuft, angeordnet. Die Kanten 116, 118 und 120 folgen einer jeweiligen Geraden.
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Der distale Abschnitt 114 der Lichtquelle 110b folgt einer Geraden, wohingegen in einem ersten Beispiel eine Kante 118a einer konvexen Kurve folgt.
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In einem zweiten Beispiel der Lichtquelle 110b folgt eine Kante 118b einer konkaven Kurve.
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Die jeweils einer Geraden folgenden Kanten 118 und 120 der Lichtquelle 110c gehen in dem distalen Abschnitt in eine Rundung mit einem Radius über.
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Der distale Abschnitt 114 ist bei der Lichtquelle 110d als Kante ausgebildet, welche kürzer ist als die Kante 116. Mit den einer jeweiligen Gerade folgenden Kanten 118 und 120 ergibt sich ein trapezförmiger Lichtabstrahlbereich 112.
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5 zeigt die Beleuchtungseinrichtung 500 für das Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung 500 umfasst das Lichtmodul 100, welches in einem Gehäuse 502 angeordnet ist. Das Lichtmodul 100 wird mittels eines Steuergeräts 504 zu einer Abstrahlung von Licht betrieben. Das von dem Lichtmodul 100 abgestrahlte Licht trifft auf eine transparente Abdeckscheibe 506, welche eine Lichtdurchtrittsöffnung des Gehäuses 502 verschließt. Von der Abdeckscheibe 506 wird eine Abstrahllichtverteilung abgestrahlt, welche im Wesentlichen der zweiten Lichtverteilung 106 entspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017102003 A1 [0002]
