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Die Erfindung betrifft eine kapazitive Sensoranordnung zum Erfassen mindestens eines sich annähernden Objekts und eine Fahrzeugtür mit einer solchen kapazitiven Sensoranordnung.
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Kapazitive Sensoranordnungen sind allgemein bekannt als Annäherungs- oder Berührungssensoren zur kapazitiven Berührungserkennung, um beispielsweise an einem Griff, wie einem Fahrzeugaußengriff, eine sich annähernde Hand oder eine Handpräsenz/-bedienung zu erkennen und eine Funktion, wie eine Verriegelungs- oder Entriegelungsfunktion freizugeben oder zu sperren.
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Aus der
DE 10 2017 215 333 A1 ist eine kapazitive Sensoranordnung zum Erfassen eines sich annähernden Objekts bekannt, wobei die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Elektroden umfasst, die jeweils als Flächenelektrode ausgebildet sind und zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet angeordnet sind. Jede der Elektrode weist eine vorgegebene Kapazität auf und ist mit einer Auswerteeinheit verbunden. Eine der Elektroden ist eine Hauptelektrode und die anderen Elektroden sind Hilfselektroden. Weiterhin ist die Auswerteeinheit eingerichtet, alle Elektroden derart gemeinsam zu überwachen, dass Änderungen der Kapazitäten der mehreren Hilfselektroden und Änderungen der Kapazität der Hauptelektrode erfasst und miteinander verglichen oder mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kapazitive Sensoranordnung zum Erfassen mindestens eines sich annähernden Objekts anzugeben, mit welcher eine Geste eines Nutzers detektiert werden kann. Des Weiteren ist eine Fahrzeugtür mit einer verbesserten kapazitiven Sensoranordnung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine kapazitive Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Hinsichtlich der Fahrzeugtür wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die kapazitive Sensoranordnung zum Erfassen mindestens eines sich nähernden Objekts umfasst eine Hauptelektrode und eine Mehrzahl von Hilfselektroden, welche voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei jede Haupt- und Hilfselektrode eine vorgegebene Kapazität aufweist und mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, welche Änderungen in der Kapazität der jeweiligen Elektrode erfasst, wobei die Hauptelektrode und/oder die Hilfselektroden als ein Berührungssensor bzw. Berührungssensoren und/oder als ein Annäherungssensor bzw. Annäherungssensoren ausgebildet ist bzw. sind, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, alle Elektroden gemeinsam zu überwachen derart, dass Änderungen der Kapazitäten der mehreren Hilfselektroden und Änderungen der Kapazität der Hauptelektrode erfasst und miteinander verglichen werden. Weiterhin ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen zeitlichen Versatz und/oder eine Reihenfolge der Änderungen der Kapazitäten der Hauptelektrode und/oder der Hilfselektroden zu ermitteln und derart auszuwerten, dass eine Geste eines Nutzers detektiert wird, wobei Auswerteeinheit eingerichtet ist, die Geste als eine Wischbewegung einer Hand des Nutzers zu erfassen, wenn der zeitliche Versatz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet und/oder eine vorher vorgegebene Reihenfolge der Änderungen der Kapazitäten der Haupt- und/oder Hilfselektroden von der Auswerteeinheit ermittelt wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass aufgrund einer Kombination aus Hilfselektroden und einer Hauptelektrode ein erfasstes Mess- oder Sensorsignal der Hauptelektrode auf Plausibilität durch die erfassten Mess- oder Sensorsignale der Hilfselektroden geprüft werden kann. Diese Prüfung führt dazu, dass eine sichere Auslösung oder sicheres Sperren einer Schaltfunktion, wie einer Ent- oder Verriegelungsfunktion, bei einer identifizierten Berührung oder Annäherung eines Objekts an die Hauptelektrode ermöglicht wird.
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Weiterhin führt die Erfindung zu dem Vorteil, dass ein zeitlicher Versatz und/oder eine Reihenfolge der Änderungen der Kapazitäten der Hauptelektrode und/oder der Hilfselektroden ermittelt und ausgewertet werden kann, sodass eine Geste eines Nutzers detektiert werden kann. Diese Detektion der Geste, beispielsweise einer Wischbewegung einer Hand eines Nutzers, führt dazu, dass weitere Fahrzeugfunktionen, wie ein Einschalten der Lüftung eines Fahrzeugs, automatisch ausgeführt werden können.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Auswerteeinheit eingerichtet, in Abhängigkeit von den ermittelten Änderungen der Kapazität der Hauptelektrode und/oder Hilfselektroden eine Betätigung der Hauptelektrode zu erfassen. Dabei dient die Hauptelektrode als Messelektrode, welche zur Auslösung einer Funktion zu betätigen ist oder zu berühren ist. Die Hilfselektroden dienen hierbei zu einer Überwachung einer Umgebung der Hauptelektrode. Beispielsweise werden mittels der Hilfselektroden Fehlsignale, die beispielsweise durch mechanische Beanspruchung, wie Staub, Regen oder Schmutz verursacht werden, erkannt und eine Fehlbetätigung der Hauptelektrode unterdrückt. Beispielsweise wird eine Betätigung der Hauptelektrode erfasst, wenn die Änderung der Kapazität der Hauptelektrode einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und die Änderungen der Kapazität der Hauptelektroden einen vorgegeben Schwellenwert nicht überschreiten.
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Eine Weiterbildung sieht beispielsweise vor, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, eine Fahrzeugfunktion, beispielsweise ein automatisches Öffnen einer Fahrzeugtür, zu aktivieren, wenn eine Wischbewegung oder eine Betätigung der Hauptelektrode erfasst wird. Durch eine solche automatische Aktivierung der Funktion wird ein Bedienkomfort für den Nutzer deutlich erhöht und eine Nutzerzufriedenheit steigt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Aktivierung der Fahrzeugfunktion, dass eine Fahrzeugtür automatisch entriegelt, eine Fahrzeugtür automatisch verriegelt, ein Fahrzeugfenster automatisch geschlossen oder geöffnet wird; eine Schiebetür des Fahrzeugs automatisch geöffnet oder geschlossen und verriegelt wird und/oder eine Lüftung, Sitzheizung und/oder Standheizung eingeschaltet wird. Somit können mit der Sensoranordnung beispielsweise mehrere Fahrzeugfunktionen aktiviert werden, sodass ein Bedienkomfort erhöht wird.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Fahrzeugtür automatisch entriegelt oder eine Fahrzeugtür automatisch verriegelt wird, wenn die Betätigung der Hauptelektrode erfasst wird und die ermittelten Änderungen der Kapazität der Hilfselektroden einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreiten. Beispielsweise kann die Hauptelektrode bei Regen weiterhin betätigt werden, obwohl die Auswerteeinheit Änderungen der Kapazität der Hilfselektroden detektiert.
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Darüber hinaus wird ein Fahrzeugfenster automatisch geschlossen oder geöffnet; eine Schiebetür des Fahrzeugs automatisch geöffnet oder geschlossen und verriegelt; und/oder eine Lüftung, Sitzheizung und/oder Standheizung eingeschaltet, wenn die erfasste Wischbewegung mit einer vorgegebenen Wischbewegung übereinstimmt. Beispielsweise wird bei einer Wischbewegung von oben nach unten das Fahrzeugfenster automatisch geschlossen.
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Die kapazitive Sensoranordnung findet insbesondere Anwendung an einer Fahrzeugtür, wobei eine Außenfläche der Hauptelektrode und/oder eine Außenfläche der Fahrzeugtür, an welcher die Hauptelektrode angeordnet ist, derart ausgebildet ist, dass diese sich von einer Außenfläche der Hilfselektroden unterscheidet, sodass eine Position der Hauptelektrode vom Nutzer erkennbar ist.
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Beispielsweise weist die Außenfläche der Fahrzeugtür, an welcher die Hauptelektrode angeordnet ist, eine andere Farbe als die Außenfläche der Hilfselektroden auf. Dies macht es für den Nutzer einfacher die Sensoranordnung zu erkennen und die Hauptelektrode zu betätigen oder eine Wischbewegung korrekt auszuführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine mögliche Ausführungsform einer kapazitiven Sensoranordnung,
- 2 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der kapazitiven Sensoranordnung und
- 3 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der kapazitiven Sensoranordnung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 bis 3 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele einer kapazitiven Sensoranordnung 1 zum Erfassen eines Objekts 2 oder einer Geste des Objekts 2.
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Dabei umfasst die kapazitive Sensoranordnung 1 beispielsweise neun Elektroden 1.1 bis 1.9, die jeweils als Flächenelektroden ausgebildet und zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Sensoranordnung 1 ist beispielsweise an einer Fahrzeugtür, insbesondere an einer grifflosen Fahrzeugtür, angeordnet.
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Jede Elektrode 1.1 bis 1.9 weist eine vorgegebene Kapazität auf. Je nach Art und Auslegung der Elektroden 1.1 bis 1.9 ist die kapazitive Sensoranordnung 1 oder zumindest eine der Elektroden 1.1 bis 1.9 als ein Berührungssensor und/oder als ein Annäherungssensor ausgebildet, der auf Annäherung und/oder Berührung des Sensors durch das Objekt 2 reagiert, insbesondere seine Kapazität ändert. Beispielsweise wird dabei die sich ändernde elektrische Kapazität der Elektrode 1.1 bis 1.9 im Vergleich zur Umgebung oder zu einer Referenzelektrode bestimmt. Beispielsweise ist jede Elektrode 1.1 bis 1.9 als Teil eines Oszillators, insbesondere ein LC-Schwingkreis, ausgebildet, der bei Annährung des Objektes 2 die Schwingfrequenz ändert. Infolgedessen kann die veränderte Kapazität bestimmt werden.
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Jede Elektrode 1.1 bis 1.9 ist mit einer Auswerteeinheit 3 verbunden. Die Auswerteeinheit 3 ist beispielsweise eine integrierte Schaltung oder ein Mikroprozessor. Die Auswerteeinheit 3 erfasst beispielsweise als Messsignal die Änderungen in der Kapazität oder Schwingfrequenz der jeweiligen Elektrode 1.1 bis 1.9.
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In einer einfachen Ausführungsform ist eine der Elektroden 1.1 als Hauptelektrode S ausgebildet. Die anderen Elektroden 1.2 bis 1.9 sind als Hilfselektroden H oder Referenzelektroden ausgebildet. Die Hilfselektroden H und/oder die Hauptelektrode S sind weiterhin als Berührungssensoren und/oder als Annäherungssensoren ausgebildet.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Hilfselektroden H und die Hauptelektrode S kreisförmig angeordnet, wobei die Hauptelektrode S mittig angeordnet ist und die Hilfselektroden H jeweils benachbart zur Hauptelektrode S angeordnet sind und die Hilfselektroden H als Kreisbögen ausgebildet sind. Die Hilfselektroden H und die Hauptelektrode S können aber auch in einer anderen geeigneten Form angeordnet werden, beispielsweise in Form eines Rechtecks.
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Durch diese um die Hauptelektrode S herum vorgesehene Anordnung der Hilfselektroden H ist eine zumindest teilweise Überwachung und Erfassung der Umgebung der Hauptelektrode S ermöglicht. Hierdurch kann das Messsignal der Hauptelektrode S sicher anhand der Messsignale der Hilfselektroden H und somit anhand von Signalen aus der Umgebung der Hauptelektrode S durch Vergleich der Messsignale miteinander überprüft und auf Plausibilität ausgewertet werden.
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In einer Ausführungsform unterscheidet sich eine Außenfläche AS der Hauptelektrode S von einer Außenfläche AH der Hilfselektroden H, sodass eine Position der Hauptelektrode S vom Nutzer erkennbar ist. Beispielsweise unterscheidet sich eine Oberflächenfarbe der Hauptelektrode S und der Hilfselektroden H. Beispielsweise unterscheidet sich das Oberflächenprofil der Hauptelektrode S von einem Oberflächenprofil der Hilfselektroden H und/oder von einer Außenfläche der Fahrzeugtür, an welcher die Hauptelektrode S angeordnet ist.
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Die Auswerteeinheit 3 ist eingerichtet, alle Elektroden 1.1 bis 1.9 gemeinsam zu überwachen. Hierzu sind die Elektroden 1.1 bis 1.9 in herkömmlicher Art und Weise mit der Auswerteeinheit 3 gekoppelt.
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Die Auswerteeinheit 3 ist derart eingerichtet, dass Änderungen der Kapazitäten der mehreren Hilfselektroden H und Änderungen der Kapazität der Hauptelektrode S erfasst und miteinander verglichen werden.
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Die Auswerteeinheit 3 ist eingerichtet, in Abhängigkeit der ermittelten Änderungen der Kapazität der Hauptelektrode S und/oder Hilfselektroden H eine Betätigung der Hauptelektrode S zu erfassen. Beispielsweise wird eine Betätigung der Hauptelektrode S erfasst, wenn eine Hand oder ein Finger eines Nutzers eines Fahrzeugs eine Oberfläche der Hauptelektrode S berührt.
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Für eine sichere Auslösung oder ein sicheres Sperren einer Schaltfunktion, wie einer Ent- oder Verriegelungsfunktion, bei einer identifizierten Berührung oder Annäherung des Objekts 2 an die Hauptelektrode S, wird mittels der Hilfselektroden H die Umgebung der Hauptelektrode S überwacht.
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Die Auswerteeinheit 3 überwacht die Änderungen der Kapazitäten der Hilfselektroden H und der Hauptelektrode S beispielsweise derart, dass Fehlsignale, die beispielsweise durch eine Einwirkung, insbesondere eine mechanische Beanspruchung oder Beaufschlagung mit Staub, Regen oder Schmutz, verursacht sind, erkannt werden und eine Fehlauslösung unterdrückt wird, indem eine Auslösung der Funktion F gesperrt oder unterdrückt wird.
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Ändert sich die Kapazität der Hauptelektrode S - der Elektrode 1-aufgrund einer Hand als annäherndes Objekt 2 über den vorgegebenen Referenzwert hinaus und damit stärker als die Änderungen der Kapazitäten an den Hilfselektroden H - den Elektroden 1.2 bis 1.9, so wird eine Betätigung der Hauptelektrode S detektiert. Somit kann mittels der Auswerteeinheit 3 auch im Fall einer Einwirkung durch Regen sicher eine Annäherung oder Berührung eines gewünschten Objektes 2 erfasst werden.
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Des Weiteren ist die Auswerteeinheit 3 eingerichtet, einen zeitlichen Versatz und/oder eine Reihenfolge der Änderungen der Kapazitäten der Hauptelektrode S und/oder der Hilfselektroden H zu ermitteln und derart auszuwerten, dass eine Geste, beispielsweise des Nutzers, detektiert wird.
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Weiterhin ist die Auswerteeinheit 3 eingerichtet, die Geste als eine Wischbewegung des Objekts 2, beispielsweise eine Wischbewegung einer Hand des Nutzers des Fahrzeugs zu erfassen, wenn der zeitliche Versatz einen bestimmten Schwellenwert überschreitet und/oder eine vorher vorgegebene Reihenfolge der Änderungen der Kapazitäten der Hauptelektrode S und/oder der Hilfselektroden H von der Auswerteeinheit 3 ermittelt wird.
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Die Auswerteeinheit 3 des Ausführungsbeispiels in 1 erfasst beispielsweise eine Wischbewegung von links nach rechts, wenn zuerst die Änderung der Kapazität der Elektrode 1.7 erfasst wird und anschließend Änderungen der Kapazitäten der Elektroden 1.4 und 1.5, der Elektrode 1.1, der Elektroden 1.2 und 1.3 und abschließend der Elektrode 1.6 erfasst werden. In einer ähnlichen Weise ist es möglich eine Wischbewegung von rechts nach links, von oben nach unten, von unten nach oben oder diagonal zu erfassen.
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Die Auswerteeinheit 3 kann eine Funktion F aktivieren, wenn die Auswerteeinheit 3 eine Wischbewegung oder eine Betätigung der Hauptelektrode S erfasst. Beispielsweise erzeugt die Auswerteeinheit 3 hierzu ein Steuersignal SI, sodass eine entsprechende Funktion F ausgelöst oder gesperrt wird.
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Die Aktivierung der Funktion F umfasst beispielsweise, dass eine Fahrzeugtür automatisch entriegelt, eine Fahrzeugtür automatisch verriegelt, ein Fahrzeugfenster automatisch geschlossen oder geöffnet wird; eine Schiebetür des Fahrzeugs automatisch geöffnet oder geschlossen und verriegelt wird und/oder eine Lüftung, Sitzheizung und/oder Standheizung eingeschaltet wird.
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Die Auswerteeinheit 3 entriegelt oder verriegelt beispielsweise eine Fahrzeugtür, wenn die Betätigung der Hauptelektrode S erfasst wird und die ermittelten Änderungen der Kapazität der Hilfselektroden H einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreiten. Dabei können die ermittelten Werte der Elektroden 1.1 bis 1.9 miteinander verglichen werden. Zusätzlich können die ermittelten Werte der Elektroden 1.1 bis 1.9 auch mit für die jeweilige Elektrode 1.1 bis 1.9 hinterlegten Schwellenwerten verglichen werden. Dabei können je Elektrode 1.1 bis 1.9 mehrere Schwellenwerte für eine differenzierte Erkennung von Objekten 2 hinterlegt sein. Beispielsweise kann die Hauptelektrode S bei Regen weiterhin von dem Objekt 2 betätigt werden, obwohl die Auswerteeinheit 3 Änderungen der Kapazität der Hilfselektroden H detektiert hat.
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In einer Ausführungsform öffnet oder schließt die Auswerteeinheit 3 ein Fahrzeugfenster automatisch und/oder öffnet oder schließt und verriegelt eine Schiebetür des Fahrzeugs automatisch und/oder schaltet eine Lüftung, Sitzheizung und/oder Standheizung ein oder aus, wenn eine von der Auswerteeinheit 3 erfasste Wischbewegung mit einer vorgegebenen Wischbewegung übereinstimmt. Beispielsweise wird das Fahrzeugfenster bei einer Wischbewegung von unten nach oben automatisch geschlossen. Beispielsweise wird die Schiebetür bei einer Wischbewegung von links nach rechts automatisch verschlossen und verriegelt.
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Weiterhin ist eine Erfassungsgenauigkeit der Wischbewegung durch eine Sensorgeometrie und/oder durch eine Anordnung der Hauptelektrode S und der Hilfselektroden H beeinflussbar. Beispielsweise weist das Ausführungsbeispiel in 3 aufgrund einer höheren Anzahl von Hilfselektroden H und deren Anordnung eine höhere Erfassungsgenauigkeit auf als die Ausführungsbeispiele in 1 und 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoranordnung
- 1.1 bis 1.9
- Elektrode
- 2
- Objekt
- 3
- Auswerteeinheit
- F
- Funktion
- H
- Hilfselektroden
- S
- Hauptelektrode
- AH
- Außenfläche Hilfselektrode
- AS
- Außenfläche Hauptelektrode
- SI
- Steuersignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017215333 A1 [0003]
