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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Radarsensoren einer Kohärenzgruppe in einem Kraftfahrzeug, wobei die Radarsensoren zum insbesondere kohärenten Betrieb als multistatisches System über ein Oszillatorsignal und/oder ein daraus abgeleitetes Synchronisierungssignal miteinander synchronisiert werden. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Die Verwendung von Radarsensoren in Kraftfahrzeuge ist heutzutage gängig. Insbesondere spielt in heutigen Fahrzeugsystemen, insbesondere Fahrerassistenzsystemen, die Erfassung von dynamischen und statischen Objekten im Umfeld des eigenen Kraftfahrzeugs eine wichtige Rolle. Abhängig von erkannten Objekten im Umfeld kann eine Bewertung der Verkehrssituation durchgeführt werden und/oder bei Erfüllung eines Maßnahmenkriteriums eine Maßnahme, beispielsweise eine Warnung an den Fahrer, durchgeführt werden. Um Falsch- oder Fehlwarnungen in komplexen Verkehrssituationen zu vermeiden, ist die Anforderung an die Leistungsfähigkeit der Radarsensoren bezüglich der Auflösung und der Genauigkeit sehr hoch.
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Radarsensoren werden beispielsweise als Abstandssensoren für Fahrzeugsysteme eingesetzt, da die Radartechnologie den Vorteil bietet, Abstand, Geschwindigkeit und Winkel von Objekten im Umfeld des Kraftfahrzeugs in einem Messzyklus zu liefern. Dabei ist die verlässliche Erfassung und die Trennfähigkeit bei mehreren Objekten in einem komplexen Verkehrsszenario wichtig. Konkret wird in der Verarbeitung von Radarsignalen zwischen Abstands-, Geschwindigkeits- und Winkel-Trennfähigkeit unterschieden. Die Abstandsauflösung hängt dabei von der gesendeten Frequenzbandbreite ab, die Geschwindigkeitsauflösung von der Messdauer und die Winkelauflösung von der Apertur der Antennenanordnung des jeweiligen Radarsensors.
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Um eine gesteigerte Winkelauflösung zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, mehrere Radarsensoren eines Kraftfahrzeugs, die beispielsweise einer Kohärenzgruppe zugeordnet sein können, als ein multistatisches System zu nutzen, mithin die Radarsensoren kohärent oder zumindest quasi kohärent zu betreiben. Dabei sendet einer der Radarsensoren ein Radarsignal aus, welches nicht nur von diesem Radarsensor selbst, sondern auch von einem anderen Radarsensor der Kohärenzgruppe empfangen werden kann. Die Antennenanordnungen der verschiedenen Radarsensoren der Kohärenzgruppe wirken mithin als eine vergrößerte Gesamtantenne zusammen, so dass die Apertur erhöht ist und eine verbesserte Winkelauflösung gegeben ist.
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Dabei spielt die hochpräzise Synchronisation der Radarfrontends, insbesondere der Radartransceiver, der Radarsensoren eine entscheidende Rolle, insbesondere, um Phasenunterschiede tatsächlich feststellen zu können. Beispielsweise im Bereich der 77 GHz-Radarsensoren wurde daher vorgeschlagen, eine Synchronisationsleitung für ein Oszillatorsignal, insbesondere LO-Signal eines lokalen Oszillators, zu verwenden. Wird eine Leiterplatte mit mehreren, Radartransceiver realisierenden Radar-Chips verwendet, kann das Oszillatorsignal zwischen den Radartransceivern beispielsweise über eine Mikrostreifenleitung übertragen werden. Geht es allerdings um getrennte Radarsensoren mit separaten Leiterplatten, ist die Synchronisation, also die Verteilung des Oszillatorsignals über Kabel, erschwert. Zwar ist es unter Laborbedingungen denkbar, unter Verwendung definierter Längen der Kommunikationsleitungen eine hinreichend verlässliche Synchronisation für einen kohärenten oder zumindest quasikohärenten Betrieb der Radarsensoren zu realisieren, allerdings liegen innerhalb eines Kraftfahrzeugs diese Laborbedingungen nicht vor. Vielmehr verursachen Vibrationen, Temperaturschwankungen und dergleichen Fehlereffekte, insbesondere Jitter, in den Kommunikationsleitungen, so dass die Synchronisation fehlerhaft oder sogar unmöglich wird und entsprechend auch kein kohärentes Radarbild unter Nutzung der Radarsensoren erzeugt werden kann.
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DE 10 2006 017 178 A1 betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit einer drahtlosen Kommunikationsverbindung. Dabei ist wenigstens ein Sensor zur Erfassung des Verkehrsumfelds vorgesehen, dem eine zugehörige Auswerteeinheit mit der Benutzerschnittstelle zugeordnet ist. Der Sensor und die Auswerteeinheit kommunizieren über drahtlose Kommunikationsschnittstellen.
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DE 10 2010 029 659 A1 betrifft ein Verfahren zur Kommunikation mit einem Fahrzeug zur Übermittlung von Daten, wobei die Daten zur Programmierung, Parametrierung und/oder Diagnose einer Steuereinrichtung und/oder mindestens eines Sensors des Fahrzeugs dienen. Zur Reduzierung von Kosten für Stecker oder Aufsatzadapter wird vorgeschlagen, dass die Kommunikation drahtlos über mindestens einen Radarsensor des Fahrzeugs erfolgt.
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DE 10 2017 201 551 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb von zwei ein Gespann bildenden Kraftfahrzeugen während eines Abschleppvorgangs des einen abzuschleppenden Kraftfahrzeugs durch das andere abschleppende Kraftfahrzeug, wobei die Kraftfahrzeuge jeweils wenigstens das Vorfeld und den Rückraum des jeweiligen Kraftfahrzeugs erfassende Radarsensoren aufweisen, wobei die auf den Zwischenbereich zwischen den Kraftfahrzeugen gerichtete Untergruppe von Radarsensoren beider Kraftfahrzeuge in einen Abschleppbetriebsmodus versetzt werden, wobei die Radardaten der Untergruppe zur Überwachung des Abschleppvorgangs ausgewertet werden. Zudem kann auch eine Kraftfahrzeug-zu-Kraftfahrzeug-Kommunikation stattfinden, die über die Radarsensoren erfolgen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verlässliche, weniger fehleranfällige Möglichkeit zur Synchronisierung von als ein multistatisches Radarsystem zu betreibenden Radarsensoren eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Oszillatorsignal und/oder das Synchronisationssignal zwischen und/oder zu den Radarsensoren über eine drahtlose Kommunikationsverbindung übertragen wird.
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Erfindungsgemäß wird also eine robuste, kabellose Synchronisation der einzelnen Radarsensoren vorgeschlagen, die besonders bevorzugt über eine Funkverbindung erfolgt. Die kabellose Synchronisation hat sich als robuster und präziser als die kabelgebundene Synchronisation erwiesen. Entsprechend geeignete Funkkommunikationsbausteine wurden beispielsweise bereits im Rahmen der 60 GHz-Kommunikation vorgeschlagen.
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Um die Synchronisation mehrerer Radarsensoren, hier der Radarsensoren der Kohärenzgruppe, zu realisieren, ist es notwendig, das Signal eines Master-Zeitgebers, insbesondere eines lokalen Oszillators (LO-Signal) auf mehrere Radarsensoren zu verteilen. Beispielsweise ist es denkbar, das Oszillatorsignal, beispielsweise von einem Radarsensor mit einem Master-Zeitgeber aus, über die drahtlose Kommunikationsverbindung zu verteilen und, insbesondere bei Taktrückgewinnung, das Timing zur Synchronisation der Radar-Transceiver herzustellen. Auf diese Weise können die einzelnen Radarfrontends der Radarsensoren synchron betrieben werden, was insbesondere einen kohärenten Betrieb im Sinne eines multistatischen Radarsystems erlaubt. Der kohärente Betrieb der Radarsensoren der Kohärenzgruppe ermöglicht eine Vergrößerung der Antennenapertur einer gedachten Gesamtantenne, die aus den Antennenanordnungen der einzelnen Radarsensoren gebildet wird. Dabei entsteht der große Vorteil einer Erhöhung der Winkelauflösung ohne eine Vergrößerung der einzelnen Radarsensoren. Dadurch entstehen hinsichtlich der Integration der Radarsensoren im Kraftfahrzeug weitere Vorteile.
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Dabei kann das Oszillatorsignal bei einer Frequenz von größer oder gleich 10 GHz, beispielsweise bei 20 GHz oder 40 GHz, liegen. Insbesondere 20 GHz oder 40 GHz sind bereits heute eingesetzte Standard-LO-Frequenzen, welche beispielsweise bei Radarsensoren, die im 77 GHz-Band, insbesondere also im Bereich von 76 bis 81 GHz, arbeiten, eingesetzt werden.
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Als die drahtlose Kommunikationsverbindung wird bevorzugt eine Funkverbindung und/oder eine Direktverbindung verwendet. Dabei ist eine Direktverbindung, insbesondere eine Übertragung von dem den Master-Zeitgeber aufweisenden Radarsensor an einen jeweiligen anderen Radarsensor, besonders zweckmäßig, da dies der schnellste und einfachste Übertragungsweg ist. Eine solche direkte Übermittlung von einem Radarsensor zum anderen ist im Übrigen auch dann gegeben, wenn der das entsprechende Signal sendende Radarsensor das Oszillatorsignal und/oder Synchronisationssignal broadcasted. Der dabei entstehende Übertragungsweg soll auch als drahtlose Kommunikationsverbindung verstanden werden.
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Konkret kann mithin vorgesehen sein, dass einer der Radarsensoren, der einen Master-Zeitgeber zur Erzeugung des Oszillatorsignals aufweist, das Oszillatorsignal und/oder das Synchronisationssignal, gegebenenfalls auch als Broadcast, über die wenigstens eine jeweilige drahtlose Kommunikationsverbindung an die übrigen Radarsensoren sendet. Insbesondere im Fall eines Oszillatorsignals kann dieses dort, gegebenenfalls nach einer Verstärkung durch eine Verstärkungseinrichtung, unmittelbar verwendet werden. Möglich ist es aber auch, dass die übrigen Radarsensoren einen Slave-Zeitgeber aufweisen. Dann kann vorgesehen sein, dass die empfangenden Radarsensoren das Oszillatorsignal und/oder das Synchronisationssignal zur Synchronisierung eines lokalen Slave-Zeitgebers, beispielsweise wiederum eines lokalen Oszillators des jeweiligen empfangenden Radarsensors, nutzen.
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In der Anwendung kann das Oszillatorsignal zum synchronisierten Betreiben jeweiliger Radartransceiver der Radarsensoren und zum Feststellen von Phasendifferenzen empfangener und/oder gesendeter Radarsignale verwendet werden. Auf diese Weise kann mithin der kohärente, multistatische Betrieb umgesetzt werden, insbesondere im Hinblick auf eine Vergrößerung der Antennenapertur für das Gesamtsystem.
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Mit anderen Worten kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Radarsensoren kohärent so betrieben werden, dass ihre Antennenanordnungen als eine vergrößerte Gesamtantenne mit einer vergrößerten Apertur zusammenwirken. Dabei werden bei einem sendenden Radarsensor für das multistatische Radarsystem mithin die Antennenanordnungen als Antennenelemente der Gesamtantenne verstanden, so dass sich die verbesserte Winkelauflösung für das multistatische Radarsystem, das durch die Kohärenzgruppe gebildet wird, ergibt. Dies ermöglicht die Verwendung und somit vereinfachte Integration kleinbauender Radarsensoren im Kraftfahrzeug, beispielsweise von auf CMOS-Technologie basierenden Radarsensoren.
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Mit besonderem Vorteil kann das Oszillatorsignal analog bei seiner Frequenz übertragen werden, wobei das empfangene Oszillatorsignal unmittelbar genutzt wird. So wird auf Bauteile in den Radarsensoren verzichtet, die eine Signalverarbeitung bezüglich des Oszillatorsignals durchführen müssten, da derartige Bauteile gegebenenfalls eine nicht mehr tolerable Latenz/Verarbeitungszeit mit sich bringen könnten. Nachdem das Oszillatorsignal, beispielsweise bei Frequenzen größer oder gleich 10 GHz, ohnehin in Frequenzbereichen liegt, die sich für eine derartige (kurzstreckige) Funkübertragung eignen, sind letztlich lediglich entsprechende, auf die Frequenz des Oszillatorsignals abgestimmte Funkantennen, gegebenenfalls mit vor- und/oder nachgeschalteten Verstärkereinrichtungen ausreichend, um die Übertragung mit möglichst geringen Latenz- bzw. Verarbeitungszeiten zu erreichen und somit eine robuste, verlässliche Synchronisation der Radarsensoren der Kohärenzgruppe zu erzielen. Die Nutzung des Oszillatorsignals kann zur Synchronisation, falls ein lokaler Zeitgeber, insbesondere lokaler Oszillator, vorhanden ist, genutzt werden oder unmittelbar, so dass die entsprechende drahtlose Kommunikationseinrichtung letztlich als Ersatz für einen eigenen Zeitgeber in empfangenden Radarsensoren wirkt.
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Vorgesehen sein kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch, dass das Synchronisationssignal durch Heruntertaktung des Oszillatorsignals erzeugt wird und jeden n-ten Takt des Oszillatorsignals anzeigt, wobei n eine natürliche Zahl größer als 1 ist. Auf diese Weise kann mit niedrigeren Frequenzen gearbeitet werden, falls dies nötig ist, wobei allerdings gegebenenfalls durch eine notwendige Signalverarbeitung Abweichungen von einer idealen Synchronisation entstehen können, so dass beispielsweise nur eine Quasi-Kohärenz verbleibt.
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Die Radardaten der Radarsensoren können beispielsweise zur Ermittlung einer Umfeldkarte des Kraftfahrzeugs ausgewertet werden. Bei dieser ist dann eine verbesserte Winkelauflösung beim oben diskutierten Betrieb als multistatisches Radarsystem erzielbar. Die Umfeldkarte kann beispielsweise in einem Fahrzeugsystem zur wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, automatischen Führung des Kraftfahrzeugs Einsatz finden, jedoch auch in anderen Fahrzeugsystemen, beispielsweise Fahrerassistenzsystemen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere als multistatisches Radarsystem insbesondere kohärent zu betreibende Radarsensoren einer Kohärenzgruppe mit einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann dabei Steuereinheiten der einzelnen Radarsensoren umfassen. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugs übertragen, mit welchem mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeder Radarsensor eine drahtlose Kommunikationseinrichtung mit einer Funkantenne aufweist, um das Oszillatorsignal und/oder das Synchronisationssignal senden und/oder empfangen zu können.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass das Synchronisationssignal im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus auch ein Triggersignal sein kann, welches möglichst zeitgleich bei allen Radarsensoren ankommen soll.
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Das Triggersignal kann beispielsweise das Senden von Radarsignalen auslösen bzw. anzeigen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 2 das kohärente Zusammenwirken zweier Radarsensoren als ein multistatisches Radarsystem.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeugs 1 weist, vorliegend verdeckt in einem vorderen Stoßfänger 2 des Kraftfahrzeugs 1 verbaut, drei auf Halbleiter-Technologie, hier CMOS-Technologie, basierende Radarsensoren 3 einer Kohärenzgruppe auf, denen eine Steuereinrichtung 4 zugeordnet ist, die vorliegend wenigstens teilweise durch Steuereinheiten der Radarsensoren 3 realisiert ist. Die Radarsensoren 3 weisen Kommunikationseinrichtungen zur Herstellung von Funkverbindungen 5 als Kommunikationsverbindungen zu den anderen Radarsensoren 3 auf. Einer der Radarsensoren 3 weist einen hier als Teil der Steuereinrichtung 4 gezeigten Master-Zeitgeber 6, konkret einen lokalen Oszillator, auf, der ein Oszillatorsignal erzeugt, das zur Synchronisation der Radarsensoren 3 in jedem der Radarsensoren 3 gleich vorliegen soll. Dabei sei angemerkt, dass es prinzipiell auch denkbar ist, den Master-Zeitgeber 6 extern zu den Radarsensoren 3 vorzusehen und selbst mit einer Kommunikationseinrichtung zur Herstellung von Funkverbindungen zu den Radarsensoren 3 auszugestalten.
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Von dem den Master-Zeitgeber 6 aufweisenden Radarsensor 3 wird das Oszillatorsignal vorliegend analog und unmittelbar, gegebenenfalls verstärkt, unter Nutzung der Kommunikationseinrichtung über die Funkverbindungen 5 an die anderen Radarsensoren 3 gesendet. Die übrigen Radarsensoren 3 empfangen das Oszillatorsignal über ihre entsprechenden Kommunikationseinrichtungen, wobei das Oszillatorsignal beispielsweise als ein Broadcast gesendet sein kann. Nach einer optional in der Kommunikationseinrichtung vorzunehmenden Verstärkung kann das Oszillationssignal also nicht nur im sendenden, den Master-Zeitgeber 6 aufweisenden Radarsensor genutzt werden, sondern zeitlich im Wesentlichen identisch auch in den übrigen, empfangenden Radarsensoren 3, so dass eine Synchronisierung vorliegt. Das Oszillatorsignal wird dabei genutzt, um die Radarsensoren 3 der Kohärenzgruppe als multistatisches Radarsystem, mithin kohärent, derart zu betreiben, dass einer der Radarsensoren 3 ein Radarsignal aussendet und die reflektierten Radarsignale unter Nutzung aller Antennenanordnungen aller Radarsensoren 3 empfangen und gemeinsam ausgewertet werden. Mit anderen Worten wirken die der Übersichtlichkeit hier nicht näher gezeigten Antennenanordnungen der Radarsensoren 3 als eine große Gesamtantenne zusammen, so dass eine hervorragende Winkelauflösung auch bei kleinflächiger Ausbildung der Antennenanordnung der einzelnen Radarsensoren 3 gegeben ist.
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Das Oszillatorsignal wird dabei insbesondere im Radarfrontend, konkret also insbesondere dem Radar-Transceiver der einzelnen Radarsensoren 3 genutzt, was unmittelbar geschehen kann, wobei die Kommunikationseinrichtung letztlich als Ersatz für einen lokalen Oszillator/Zeitgeber wirkt, oder aber durch Synchronisation entsprechender Slave-Zeitgeber der empfangenden Radarsensoren 3 gemäß dem empfangenen Oszillatorsignal.
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Der letztgenannte Fall ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn ein Synchronisationssignal anstatt des Oszillatorsignals versendet wird, welches nur jeden n-ten Takt des Oszillatorsignals anzeigt, beispielsweise jeden fünften Takt oder dergleichen. Das Synchronisationssignal, welches im Übrigen auch zusätzlich zum Oszillatorsignal gesendet werden kann, kann auch ein Triggersignal sein.
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2 erläutert das erfindungsgemäße Konzept anhand zweier Radarsensoren 3 genauer. Jeder der Radarsensoren 3 weist ein Radarfrontend mit dem Radar-Transceiver 7 auf, worüber eine Antennenanordnung 8 des Radarsensors 3 betrieben wird. Sind die Radarsensoren 3 gemäß des Oszillatorsignals miteinander synchronisiert, beispielsweise bei einer Frequenz von 20 GHz oder 40 GHz, ist ein multistatischer Betrieb möglich. Sendet einer der Radarsensoren ein Radarsignal aus und wird dieses an einem Objekt 9 reflektiert, können die entsprechenden, durch Pfeile 10 angedeuteten reflektierten Radarsignale mit den Antennenanordnungen beider Radarsensoren 3 empfangen werden und wie empfangene Radarsignale einer größeren Gesamtantenne ausgewertet werden, da ja eine Synchronisierung vorliegt und auch Phasenunterschiede festgestellt werden können.
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Die Radarsensoren 3 weisen zur Synchronisierung ferner noch die Kommunikationseinrichtungen 11 mit entsprechenden Funkantennen 12 auf, wobei die Funkantennen 12 auf die Frequenz des Oszillatorsignals abgestimmt sind, so dass dieses direkt analog über die Funkverbindung 5 übertragen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006017178 A1 [0006]
- DE 102010029659 A1 [0007]
- DE 102017201551 A1 [0008]
