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Die Erfindung betrifft einen Teleskoplader oder Radlader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aufgrund der Norm DIN EN 15000 (gültig für Flurförderzeuge), sowie des Normentwurfs für Erdbaumaschinen FprEN 474-3 (E) tr sind den Normen entsprechende Maschinen durch Systeme auszustatten, welche das Lastmoment in Längsrichtung der Maschinen anzeigen und begrenzen. Damit soll vermieden werden, dass der Bediener der Maschine deren Ladeanlage in eine Position verfährt, in der die Maschine aufgrund der aufgenommenen Nutzlast vornüber kippen kann. Die genannten Normen schreiben dies für Betriebszustände vor, in denen die Maschine nicht fährt und sich auf festem, ebenem Untergrund ohne Neigung zur Seite oder in Fahrtrichtung befindet.
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Am Beispiel eines Teleskopladers, sowie eines Teleskopradladers ergibt sich das Lastmoment, welches zum Kippen der Maschine führen kann folgendermaßen. Im statischen Fall, ohne Bewegung der Ladeanlage bewirkt die aufgenommene Nutzlast ein Moment um die Kontaktpunkte der Vorderräder mit dem Untergrund. Diesem Moment wirkt ein Moment entgegen, welches durch die Masse der Maschine selbst erzeugt wird. Aus der Differenz dieser Momente ergibt sich eine verbleibende Last, welche die Hinterachse der Maschine belastet. Üblicherweise wird diese Last auf der Hinterachse mittels einer DMS-Messung detektiert und anhand des Messwertes auf die Kippneigung der Maschine geschlossen.
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Befindet sich die Ladeanlage in Bewegung, so müssen weitere, das Lastmoment erhöhende, Kräfte berücksichtigt werden, die aus der Verzögerung der Ladeanlage bis hin zum Stillstand resultieren. Die Momentwirkung ist dabei abhängig von der Richtung, in welcher die Verzögerung wirkt, von der Verzögerung selbst, sowie von der sogenannten wirksamen Hebellänge, die sich aus dem senkrecht zur Verzögerungsrichtung gemessenen Abstand des Schwerpunkts der Nutzlast gegenüber den Aufstandspunkten der Vorderräder ergibt.
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Um ein Kippen der Maschine zu unterbinden wird bei den bekannten Ausführungen die Senk- bzw. Ausschubbewegung der Ladeanlage bei Erreichen eines entsprechenden Grenzwertes des an der Hinterachse gemessenen Lastsignals gestoppt. Häufig wird zusätzlich insbesondere die Senkbewegung schon vor Erreichen der Kippgrenze in ihrer Geschwindigkeit limitiert. Als Führungsgrößen für die Limitierung der Senkgeschwindigkeit dienen in der Regel das Lastsignal an der Hinterachse, sowie der Hubwinkel der Ladeanlage.
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Ein solches Vorgehen beschreibt beispielsweise auch die Druckschrift
EP 2 736 833 B1 , wobei dort optional eine wirksame Einsatzlänge L, die anhand des Hubwinkels zusammen mit dem gemessenen Hub der Teleskopstufe berechnet wird, als weitere Einflussgröße erwähnt wird. Diese wirksame Einsatzlänge spiegelt den Abstand der Last in horizontaler Richtung zum Fahrzeug wieder. Die Einsatzlänge soll laut der Formulierung anhand eines Kennfeldes berücksichtigt werden.
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Die gezielte Verwendung des Hubs der Teleskopstufe wird außerdem in der Druckschrift
EP 2 520 536 B1 beschrieben. Es dient hier insbesondere der genauen Berechnung der Lage der Last zur Anzeige über ein Display, aber auch zur Begrenzung der möglichen Senkgeschwindigkeiten, was nicht genauer beschrieben ist.
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Die Berücksichtigung von Hubwinkel und Lastsignal zur Begrenzung möglicher Hubgeschwindigkeiten der Ladeanlage kann den dynamischen Kräften beim Verzögern von Bewegungen, ohne den Hub der Teleskopstufe mit zu berücksichtigen, nur unzureichend Rechnung tragen. Um die Standsicherheit der Maschine zu gewährleisten, müssen Bewegungen mit nur gering ausgefahrener Teleskopstufe unnötig stark begrenzt werden.
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Erfahrungen zeigen, dass auch die Berücksichtigung einer Einsatzlänge L, wie sie im Stand der Technik beschrieben wird, die dynamischen Effekte nur unzureichend erfassen kann.
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Die Beachtung einer definierten Grenzgeschwindigkeit während der Fahrt führt zur Einschränkung möglicher Hubgeschwindigkeiten der Ladeanlage.
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Die Erfindung hat daher die Aufgabe, in einem großen Teil des mit der Ladeanlage durchfahrbaren Arbeitsraums schnellere Hubbewegungen zu ermöglichen, ohne dass die Standsicherheit der Maschine dadurch gefährdet wird. Außerdem sollen die unnötigen Bewegungseinschränkungen während der Fahrt vermieden werden, ohne das System zu deaktivieren.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Teleskoplader oder Radlader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Dementsprechend wird bei einer Baumaschine oder landwirtschaftliche Maschine, insbesondere bei einem Teleskoplader oder einem Radlader, nach dem Oberbegriff des Anspruchs die Kontrolleinheit zur Kontrolle der Ladeanlage dadurch verbessert, dass die Kontrolleinheit zusätzlich dazu ausgebildet ist, den Grenzwert für die Kontrolle Hubgeschwindigkeit einer Hubbewegung eines Hubzylinders abhängig von einem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter und/oder abhängig von einem dem Abstand der Last vom Bodenkontaktpunkt zugeordneten Parameter zu verändern.
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Durch diese Maßnahme können ein oder mehrere Grenzwerte flexibler und präziser an den jeweiligen Fahr- und/oder Lastzustand der Maschine angepasst werden. Dadurch können der oder die Grenzwerte bei passenden Fahr- und/oder Ladezuständen gelockert oder verschärft werden, woraus in unkritischen Zuständen schnellere Maschinenbewegungen zugelassen werden können, ohne jedoch das Sicherheitssystem zu deaktivieren.
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Ein der Fahrgeschwindigkeit zugeordneter Parameter oder ein der Position der Last relativ zum entsprechenden Bodenkontaktpunkt des Fahrwerks zugeordneter Parameter ist ein Parameter, aus dessen Wert der Wert der Fahrgeschwindigkeit oder die Position der Last relativ zum entsprechenden Bodenkontaktpunkt des Fahrwerks herleiten und somit bestimmen lässt.
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Die Veränderung des Grenzwertes zur Kontrolle der Hubgeschwindigkeit des entsprechenden Hubzylinders kann beispielsweise durch Multiplikation des Grenzwertes mit einem Veränderungsfaktor bewirkt werden. Wird ein Faktor größer 1 gewählt, so wird der Grenzwert vergrößert, was zu größeren Hubgeschwindigkeiten führt, während bei einem Faktor kleiner 1 der Grenzwert verkleinert wird, was wiederum zu einer stärkeren Limitierung führt. Auf diese Weise kann der Grad dessen, wie stark die Ladebewegungen während der Fahrt eingeschränkt werden, auf ein durch den Bediener akzeptiertes Maß begrenzt werden.
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Der Veränderungsfaktor kann abhängig von dem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter und/oder abhängig von dem der Position der Last relativ zu dem Bodenkontaktpunkt zugeordneten Parameter gewählt werden. Derartige Parameter haben sich als effektive Ausgangsgrößen zur Bestimmung eines Veränderungsfaktors erwiesen.
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Zur Bereitstellung des oder der Veränderungsfaktoren können verschiedene Maßnahmen vorgesehen werden. So kann beispielsweise die Kontrolleinheit einen Prozessor und ein Programm zur analytischen Bestimmung des Veränderungsfaktors abhängig von dem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter und/oder abhängig von dem dem Abstand der Last zu dem Bodenkontaktpunkt zugeordneten Parameter aufweisen. Damit lassen sich zu jedem Wert der Eingangsgrößen genaue Ausgangsgrößen bestimmen, wobei jedes Mal zunächst eine Rechnung durchzuführen ist, was bei schnellen oder häufigen Veränderungen der Eingangsgrößen zu Verzögerungen führen kann. Einer präzisen Bestimmung des oder der Veränderungsfaktoren stehen also mögliche Zeitverzögerungen gegenüber.
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Eine andere Möglichkeit zur Bereitstellung des oder der Veränderungsfaktoren besteht darin, dass die Kontrolleinheit einen Speicher für wenigstens eine Lookup-Tabelle mit vorgegebenen Werten des Veränderungsfaktors abhängig von dem der Fahrgeschwindigkeit der Maschine zugeordneten Parameter und/oder abhängig von dem dem Abstand der Last zu dem Bodenkontaktpunkt entsprechenden Parameter aufweist. In diesem Fall stehen bereits vorbestimmte Werte schnell zur Verfügung. Allerdings muss bei einem Eingangswert zwischen zwei Werten einer Tabelle entweder eine Auswahl eines an nächsten liegenden Eingangswertes oder eine Interpolation vorgenommen werden.
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Als Parameter für die Eingangsgröße bzw. als ein der Fahrgeschwindigkeit zugeordnete Parameter kann die Fahrgeschwindigkeit selbst verwendet werden. Es kann jedoch auch eine Führungsgröße verwendet werden, von der ausgehend die Fahrgeschwindigkeit der Maschine bestimmbar ist.
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Eine solche Führungsgröße kann beispielsweise eine Drehzahl aus dem Antriebsstrang, eine Drehzahl aus dem Verteilergetriebe, eine Drehzahl aus dem Fahrmotor eines hydrostatischen Fahrantriebs, eine Drehzahl eines Radantriebes oder eine Drehzahl wenigstens einer Achse eines Rad-oder Kettenantriebes sein. Welche Führungsgröße als anspruchsgemäßer Parameter Verwendung findet, kann so anhand der Maschinensensoren und der dadurch zur Verfügung stehenden Daten entschieden werden.
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Der Abstand der Last zum Bodenkontaktpunkt oder vom Drehpunkt des Lastarms bei der vertikalen Verschwenkung kann durch einen längenvariablen oder knickbaren Lastarm veränderbar sein.
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Insbesondere in einem solchen Fall kann der dem Abstand der Last zum Bodenkontaktpunkt entsprechende Parameter die Länge eines längenvariablen oder der Knickwinkel eines knickbaren Lastarms sein. Ausgehend von einem solchen Parameter kann in Verbindung mit den sonstigen Geometriedaten der Maschine der Abstand der Last zum Bodenkontaktpunkt leicht ermittelt werden. Die Zustandsdaten des Lastarms sind leichter zu erfassen als der Abstand der Last zum Bodenkontaktpunkt oder stehen je nach Ausführung der Maschine ohnehin zur Verfügung.
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Ein dem Abstand der Last zum Bodenkontaktpunkt entsprechender Parameter, der aus den Zustandsdaten des Lastarms ableitbar ist und der beispielsweise einen der aktuelle Hubhöhe der Last entsprechender Wert angibt, kann in der Länge eines längenvariablen oder dem Knickwinkel eines knickbaren Lastarms in Verbindung mit einem Hubwinkel der Ladeanalage bestehen.
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In einer besonderen Ausführung der Erfindung werden ein oder mehrere Hubzylinder des Lastarms mit einem Grenzwert und einem Veränderungsfaktor für die Kontrolle der Hubgeschwindigkeit kontrolliert. Ein solcher Zylinder kann beispielswies ein Ausschubzylinder eines längenvariablen Lastarms vorgesehen ist. So ist durch die Kontrolle eines solchen Zylinders eine Kontrolle der Bewegung zur Längenveränderung möglich. Ist der längenvariable Lastarm als Teleskoparm ausgebildet, so wird damit die Ausschubbewegung des Teleskoparms kontrolliert.
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Ein weiteres Beispiel für einen zu kontrollierenden Zylinder ist ein Hubzylinder, der zur vertikalen Verschwenkung des Lastarms vorgesehenen vorgesehen ist.
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In der o.a. Ausführung oder in einer weiteren besonderen Ausführung der Erfindung werden ein oder mehrere Hubzylinder des Lastarms mit einem Grenzwert und einem Veränderungsfaktor für die Kontrolle der Hubgeschwindigkeit kontrolliert.
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Die erfindungsgemäße Kontrolle einer Bewegung der Ladanlage kann bei verschiedenen Hubzylindern für die gleiche und/oder verschiedene Bewegungen Anwendung finden. Hierfür werden dann mehrere, also wenigstens zwei Grenzwerte für die Kontrolle der Hubgeschwindigkeit wenigstens zweier Hubzylinder und wenigstens zwei jeweils einem Grenzwert zugeordnete Faktoren zur Veränderung der Grenzwerte vorgesehen.
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In einer solchen Ausführung können Veränderungsfaktoren für einen oder mehrere Grenzwerte analytisch oder aus einer Lookup-Tabelle aus dem Speicher der Kontrolleinheit bestimmt werden. Für Veränderungsfaktoren unterschiedlicher Grenzwerte können auch unterschiedliche Bestimmungsarten gewählt werden. Werden Veränderungsfaktoren mehrerer, z. B. zweier Grenzwerte aus vorbestimmten Werten ermittelt, können die Werte aus unterschiedlichen, getrennt vorgesehenen Lookup-Tabellen oder auch aus einer für mehrere Grenzwerte zusammengefassten, entsprechend umfangreicheren Lookup-Tabelle ausgelesen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigen
- 1 einen Teleskoplader in der Seitenansicht,
- 2 einen Radlader in der Seitenansicht und
- 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Signalablaufs der Kontrolleinrichtung einer Ladeanlage.
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Der Teleskoplader 1 nach 1 und der Radlader 2 nach 2 weisen jeweils eine Ladeanlage 3 mit einem Lastarm 4 auf, der als Teleskoparm 5 mit einem Außenrohr 6 und einem Einschubteil 7 ausgebildet ist. Durch diese Ausbildung ist in beiden Fällen der Lastarm 4 längenvariabel. In 1 ist der Lastarm 4 in unterschiedlichen Stellungen 4, 4', 4'' und in unterschiedlicher Länge abgebildet. Am oberen Ende des Lastarms 4 ist jeweils eine Last 8 in Form einer Schaufel 9 oder einer Palettengabel 10 mit Ladung 11 abgebildet.
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Für beide Fahrzeugarten 1,2 ist daher eine erfindungsgemäße Kontrolle der Lastarmbewegung, insbesondere während der Fahrt von Vorteil, da beim Abbremsen der Fahrtgeschwindigkeit und beim Verändern der Lastarmlänge aufgrund der Massenträgheit Inertialkräfte auftreten. Verschiedene Vektorpfeile veranschaulichen unterschiedlich wirkende Kräfte. So sollen beispielsweise im Bereich der Last 8 die durchgezogen dargestellten Pfeile die Gewichtskraft der Last 8 nach unten und die durch Abbremsen der Fahrtgeschwindigkeit durch Massenträgheit auftretende Inertialkraft in Fahrtrichtung darstellen. Die unterbrochen dargestellten Pfeile zeigen die durch Abbremsen der Absenkbewegung S des Lastarms 4 und durch Abbremsen der Ausschubbewegung A des Teleskoparms 5 auftretenden Inertialkräfte in Richtung des Lastarms und senkrecht zum Lastarm 4. Alle diese Kräfte wirken auf das Kippmoment der Maschine 1,2 um den vorderen Kontaktpunkt 12 am Boden 13 ein. Als Kippmoment wird das am vorderen Kontaktpunkt zum Boden ansetzende Drehmoment bezeichnet, das bei Überschreiten eines kritischen Wertes zu einer tatsächlichen Kippbewegung der Maschine führt. Es handelt sich dabei also um das anspruchsgemäße Merkmal des auf die Maschine wirkenden Drehmomentes um wenigstens einen in Richtung der Ladeanlage weisenden Bodenkontaktpunkt des Fahrwerkes.
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Dementsprechend ist ein erfindungsgemäßes Überlastsystem vor allem zur Beherrschung der dynamisch auftretenden Kräfte von Vorteil.
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Im Diagramm gemäß 3 ist eine schematische Darstellung der folgenden Bauelemente und Funktionen gezeigt.
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Ein Joystick 14 gibt ein Ausgangssignal 15 für die gewünschte Bewegung, z.B. das Absenken des Lastarms 4 aus. Hierfür ist je nach Betriebsmodus ein bestimmtes Joystick-Profil 16 mit einer Kennlinie 17 aktiv, das beispielsweise zum Absenken des Lastarms 4 die Stellung des Joysticks 14 mit einer gewünschten Absenkgeschwindigkeit in Bezug setzt und als Ausgabesignal 18 abgibt.
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Im Anschluss daran erfolgt eine Abfrage 19, ob sich der Lastarm 4 in der vollständig eingefahrenen Endposition 23 befindet. Ist dies der Fall, werden keine weiteren Beschränkungen aktiv 20 und das Kontrollventil 21 entsprechend der vorgesehenen Kennlinie 22 angesteuert.
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Ist das nicht der Fall erfolgt eine Abfrage 24, ob eine Überlastungsgrenze 25 überschritten ist. Ist dies der Fall, wird jede Absenkbewegung gestoppt 26, so dass nur noch der Einschub zum Verkürzen des Lastarms oder das Anheben möglich ist.
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Ist dies nicht der Fall, wird ein Grenzwert 30 für einen Bewegungsparameter, beispielsweise für den Hubzylinder für den Teleskopausschub, abgefragt 27. Dieser Grenzwert wird vorläufig abhängig von dem Laststatus 28 und einem Hubwinkel 29 des Lastarms bestimmt. Der Laststatus kann dabei mit Hilfe eines Lastsignals eines Sensors bestimmt werden, der das auf der Hinterachse verbleibende Restgewicht R der Maschine erfasst.
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Erfindungsgemäß wird nun im Anschluss daran dieser vorläufige Grenzwert 30 durch einen Faktor 31,32 verändert, der abhängig von der Fahrtgeschwindigkeit 33 und/oder dem Teleskopausschub 34, also der Länge des Lastarms bestimmt wird. Hierzu sind im Speicher der Kontrolleinheit Geschwindigkeitsprofile 35 und Ausschubprofile 36 als Lookup Tabellen oder Kennlinien hinterlegt. Die daraus resultierenden Veränderungsfaktoren 31,32 werden mit dem vorläufigen Grenzwert multipliziert. Mittels des daraus resultierenden endgültigen Grenzwertes wird das Kontrollventil 21 wiederum abhängig von der Kennlinie 22 angesteuert und die Bewegung ausgeführt.
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Der Ablauf gemäß 3 findet laufend während der Bewegung statt, so dass eine ständige Anpassung des Grenzwertes oder der Grenzwerte 30 und somit auch der zugehörigen Bewegung erfolgen kann.
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Diese Kontrolle kann für verschiedene Bewegungsparameter zur Kontrolle verschiedener Hubzylinder vorgesehen werden, die dabei abhängig oder unabhängig voneinander betrieben werden können. Auch eine hier nicht näher beschriebene Kopplung der Kontrolle verschiedener Parameter ist, beispielsweise über die hinterlegten Lookup Tabellen möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Teleskoplader
- 2
- Radlader
- 3
- Ladeanlage
- 4
- Lastarm
- 5
- Teleskoparm
- 6
- Außenrohr
- 7
- Einschubteil
- 8
- Last
- 9
- Schaufel
- 10
- Palettengabel
- 11
- Ladung
- 12
- Kontaktpunkt
- 13
- Boden
- 14
- Joystick
- 15
- Ausgangssignal
- 16
- Joystick-Profil
- 17
- Kennlinie
- 18
- Ausgabesignal
- 19
- Abfrage
- 20
- Beschränkung
- 21
- Kontrollventil
- 22
- Kennlinie
- 23
- Endposition
- 24
- Abfrage
- 25
- Überlastungsgrenze
- 26
- Stopp der Absenkbewegung
- 27
- Abfrage
- 28
- Laststatus/Lastsignal
- 29
- Hubwinkel
- A
- Ausschubbewegung
- S
- Absenkbewegung
- R
- Restgewicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2736833 B1 [0006]
- EP 2520536 B1 [0007]
