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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuse und einer, in einem Aufnahmeraum (erster Getrieberaum) des Gehäuses angeordneten Differenzialeinheit, wobei ferner an einer Unterseite des Gehäuses, in Bezug auf eine geplante Einbaulage (des Getriebes) im Gravitationsfeld betrachtet, ein Ölsammelraum angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb dieses Getriebes.
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Gattungsgemäße Getriebe sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Diesbezüglich offenbart beispielsweise die
EP 3 534 042 A1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Getriebe. Hierbei ist ein Auffangbehälter in einem Gehäuse des Getriebes vorgesehen, der Schmieröl speichert. Ein Zuführpfad ist des Weiteren in diesem Gehäuse zum Zuführen des Schmieröls eingebracht, welches durch einen Differenzialgetriebemechanismus während einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges eingebracht wird. Ein Auslasskanal, der mit einer Auslassöffnung einer Ölpumpe verbunden ist, ist des Weiteren ebenfalls mit dem Auffangbehälter verbunden.
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Bei bisherigen Getriebeausführungen hat es sich herausgestellt, dass bestehende Übertragungsverluste insbesondere durch die erzeugten Schleppmomente bei einem Bewegen / Rotieren der Getriebebestandteile, wie der Differenzialeinheit, durch einen Ölsumpf des Getriebes entstehen. Zugleich sollen die einzelnen Bestandteile des Getriebes, wie Zahnräder, Lager und Wellen, ausreichend geschmiert / gekühlt werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe zur Verfügung zu stellen, dessen im Betrieb durch eine Kühl- und/oder Schmiermittelförderung verursachten Wirkungsgradverluste reduziert werden, wobei zugleich eine ausreichende Ölversorgung für eine Langlebigkeit des Getriebes sichergestellt wird.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ölsammelraum durch eine Zwischenwand von dem Aufnahmeraum räumlich separiert sowie mittels eines in der Zwischenwand eingebrachten Verbindungskanals direkt mit dem Aufnahmeraum (hydraulisch) verbunden ist.
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Dadurch ist es möglich, in dem zum Aufnahmeraum der Differenzialeinheit unmittelbar benachbarten Ölsammelraum (zweiter Getrieberaum) des Getriebegehäuses ein höheres Ölniveau im Betrieb aufrecht zu erhalten als im Aufnahmeraum selbst, um in dem Ölsammelraum ausreichend Öl zur Speicherung vorzuhalten, gleichzeitig die Differenzialeinheit innerhalb des Aufnahmeraums in einem möglichst geringen Ölniveau laufen zu lassen, um Schleppverluste zu vermeiden. Der Wirkungsgrad des Getriebes wird dadurch gesteigert.
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Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Diesbezüglich ist es auch von Vorteil, wenn der Ölsammelraum, insbesondere seitens seiner Zwischenwand, durch einen in dem Gehäuse eingesetzten Kunststoffbestandteil ausgeformt ist. Jener Kunststoffbestandteil ist fest in dem Gehäuse, etwa formschlüssig und/oder kraftschlüssig, angebracht. Dadurch wird der Herstellaufwand zur Erzeugung der Zwischenwand deutlich reduziert.
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Ist der Ölsammelraum zumindest abschnittsweise unterhalb des Aufnahmeraums (wiederum in Bezug auf das Gravitationsfeld betrachtet) angeordnet, wird eine verlässliche Funktionsweise des Getriebes ermöglicht.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Aufnahmeraum an seiner radialen Außenseite eine umlaufende Ölsammelrinne ausbildet / aufweist, innerhalb welcher Ölsammelrinne eine Außenverzahnung eines Eingangsrades der Differenzialeinheit angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Eingangsrad des Differenzials unmittelbar jenen Bestandteil bildet, der zugleich das Öl im Aufnahmeraum verteilt und weiter befördert. Dadurch ist die Funktionalität entsprechend sichergestellt.
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Zudem ist es zweckmäßig, wenn der Verbindungskanal radial auf Höhe der Ölsammelschiene, weiter bevorzugt radial auf Höhe eines die Außenverzahnung aufweisenden Verbreiterungsbereiches des Eingangsrades, angeordnet ist. Dadurch kann das im Betrieb in den Aufnahmeraum aus dem Ölsammelraum eintretende Öl direkt an die zur weiteren Förderung des Öls dienenden Bereiche des Eingangsrades gelangen. Dadurch ist es möglich, die Schleppverluste weiter zu reduzieren.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn in dem Aufnahmeraum ein der Differenzialeinheit zugeordnetes und/oder mit der Differenzialeinheit wirkverbundenes Zwischenzahnrad angeordnet ist und eine Öffnung in dem Gehäuse oder einem die Zwischenwand bildenden Bestandteil vorhanden ist, welche Öffnung den Ölsammelraum mit dem Aufnahmeraum im Bereich des Zwischenzahnrades verbindet.
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Für eine möglichst effiziente Arbeitsweise ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn ein Radialspalt zwischen einer Innenseite des Gehäuses / Aufnahmeraums und der Au-ßenverzahnung eine Höhe von zwischen 1 mm und 5 mm aufweist. Dadurch wird die benötigte Ölmenge im Betrieb weiter reduziert.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine Pumpe in dem Ölsammelraum integriert ist und / oder eine Ansaugseite der Pumpe mit dem Ölsammelraum verbunden ist. Bei der Pumpe handelt es sich besonders bevorzugt um eine nicht reversierbare Pumpe. Dadurch ist der Herstellaufwand wiederum weiter vereinfacht.
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Die Effizienz des Antriebs wird weiter erhöht, wenn die Pumpe mit einem eine elektrische Maschine durchströmenden Kühlkreislauf verbunden ist.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn benachbart zu dem Aufnahmeraum ein weiterer, zumindest eine weitere Getriebeeinheit aufnehmender Getrieberaum vorhanden ist, der zumindest hydraulisch mit dem Ölsammelraum verbunden ist. Dadurch werden im Betrieb durch dasselbe Öl weitere Getriebebestandteile effizient versorgt.
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Ist der Getrieberaum gar unmittelbar durch den Ölsammelraum mit ausgebildet bzw. umgekehrt der Ölsammelraum unmittelbar durch den Getrieberaum mit ausgebildet, wird der Herstellaufwand des Getriebes weiter reduziert.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemä-ßen Getriebes nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen, wobei bei rotierender Differenzialeinheit ein in dem Ölsammelraum aufgebautes Ölniveau oberhalb des Verbindungskanals gehalten wird.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine Ölzufuhr zwischen zwei separat voneinander vorgesehenen Getrieberäumen (Aufnahmeraum und Ölsammelraum) umgesetzt. Hierbei ist eine Öffnung (Verbindungskanal) zwischen den beiden Getrieberäumen für eine optimale Schmierung in den getrennten Getrieberäumen vorhanden.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umgesetzten, erfindungsgemäßen Getriebes, wobei eine Differenzialeinheit des Getriebes in Längsrichtung geschnitten dargestellt ist und eine hydraulische Verbindung eines die Differenzialeinheit aufnehmenden Aufnahmeraums mit einem Ölsammelraum mittels eines Verbindungskanal gut zu erkennen ist,
- 2 eine Detailansicht der 1 im Bereich des Verbindungskanals,
- 3 eine perspektivische Ansicht des Getriebes der 1 von einer Außenseite, wobei das Getriebe teilweise geschnitten dargestellt ist, sodass eine den Ölsammelraum relativ zu dem Aufnahmeraum räumlich trennende Zwischenwand zu erkennen ist, sowie
- 4 eine weitere Schnittansicht des teilweise abgebildeten Getriebes nach 1, wobei die Schnittebene nun derart gewählt ist, dass neben der Differenzialeinheit weitere Getriebebestandteile zu erkennen sind.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit 4 ist zunächst ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gesamtheitlich zu erkennen. Das Getriebe 1 weist eine Differenzialeinheit 4 auf. Die Differenzialeinheit 4 ist auf übliche Weise eingangsseitig mit weiteren Getriebebestandteilen, die hier allgemein als weitere Getriebeeinheit 14 gekennzeichnet sind, gekoppelt, und ausgangsseitig mit Rädern des Kraftfahrzeuges weiter verbunden.
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Die Differenzialeinheit 4 weist ein den Eingang ausbildendes Eingangsrad 12 auf. In 1 ist auch besonders gut die jeweilige mit einem Rad des Kraftfahrzeuges weiter verbundene Ausgangswelle 19a, 19b (Ausgang) der Differenzialeinheit 4 zu erkennen.
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Neben der Differenzialeinheit 4 weist das Getriebe 1 die weitere Getriebeeinheit 14 aufweisend weitere Zahnradstufen auf. Vorzugsweise ist das Getriebe 1 als ein Mehrganggetriebe / Schaltgetriebe ausgebildet und somit über mehrere verschiedene Übersetzungsstufen mit dem Eingangsrad 12 koppelbar.
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In diesem Zusammenhang sei prinzipiell auch darauf hingewiesen, dass das Getriebe 1 weiter bevorzugt als ein Hybridgetriebe ausgebildet ist und demzufolge in einer besonders bevorzugten Ausführung eine hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellte elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges aufweist. Die elektrische Maschine ist dann weiter bevorzugt ebenfalls in dem Gehäuse 2 des Getriebes 1 eingesetzt. Ein Ausgang / Rotor der elektrischen Maschine ist dann bevorzugt mittels der Getriebeeinheit 14 mit der Differenzialeinheit 4 verbunden.
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Des Weiteren ist zu erkennen, dass jener die Getriebeeinheit 14 aufnehmende Getrieberaum 15 einen Ölsammelraum 6 ausbildet. Dieser Ölsammelraum 6 ist in Bezug auf die beabsichtigte Einbaulage des Getriebes 1 im Gravitationsfeld betrachtet zu einer Unterseite 5 des Gehäuses 2 ausgebildet. Der auch als Ölsumpf bezeichnete Ölsammelraum 6 dient somit im Betrieb zum Auffangen und zwischenzeitlichen Speichern einer gewissen Ölmenge und ist daher an der der untersten Stelle des Gehäuses 2 vorgesehen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass eine hier lediglich schematisch angedeutete Pumpe 13 weiter bevorzugt ebenfalls in dem Gehäuse 2, insbesondere in dem Ölsammelraum 6 eingesetzt ist oder zumindest seitens ihrer der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Ansaugleitung mit diesem Ölsammelraum 6 verbunden ist. Jene Pumpe 13 dient dann zur Erzeugung eines eigenen Kühlkreislaufes, der die elektrische Maschine durchströmt. In dem Ölsammelraum 6 ist daher ein bestimmtes Ölniveau 16 zur Schmierung und Kühlung der entsprechenden Bestandteile des Getriebes 1 aufrechtzuerhalten.
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Wie schließlich in Verbindung mit den 1 bis 3 detailliert zu erkennen, ist die Differenzialeinheit 4 in einem Aufnahmeraum 3 untergebracht, der räumlich von dem Ölsammelraum 6 und somit auch von dem Getrieberaum 15 getrennt ist. Der Aufnahmeraum 3 bildet daher ebenfalls einen (ersten) Getrieberaum, der von dem die Getriebeeinheit 14 aufnehmenden (zweiten) Getrieberaum 15 separiert ist.
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Die Differenzialeinheit 4 ist über ein der Differenzialeinheit 4 zugeordnetes, mit dem Eingangsrad 12 unmittelbar in Zahneingriff befindliches Zwischenzahnrad 22 mit der Getriebeeinheit 14 verbunden. Das Zwischenzahnrad 22 ist dabei noch in dem Aufnahmeraum (zumindest teilweise) angeordnet. Es ist ferner in Verbindung mit 4 angedeutet, dass eine Öffnung 23 in dem Gehäuse 2 bzw. dem die Zwischenwand 7 bildenden Kunststoffbestandteils / Bestandteils 17 vorhanden ist, welche Öffnung 23 den Ölsammelraum 6 mit dem Aufnahmeraum 3 im Bereich des Zwischenzahnrades 22 verbindet.
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Axial zwischen dem Aufnahmeraum 3 und dem Ölsammelraum 6 ist eine Zwischenwand 7 eingesetzt. Jene Zwischenwand 7 ist unmittelbar durch einen rinnenförmigen / bogenförmigen, teilweise umlaufenden Kunststoffbestandteil 17 ausgeformt. Jener Kunststoffbestandteil 17 ist unter Betrachtung der 4 zugleich mit dem Getrieberaum 15 verbunden und sorgt somit auch für die Zufuhr von Öl in den Getrieberaum 15.
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Der Aufnahmeraum 3 ist durch einen in der Zwischenwand 7 eingebrachten Verbindungskanal 8 zu der Unterseite 5 des Gehäuses 2 hin mit dem Ölsammelraum 6 verbunden. Jener Verbindungskanal 8 ist derart dimensioniert, dass er eine Ölmenge im Betrieb des Getriebes 1 bei rotierender Differenzialeinheit 4 dem Aufnahmeraum 3 zuführt, die zugleich einer Abführmenge / durch das Eingangsrad 12 abtransportierten Menge entspricht.
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Es ist hinsichtlich der Position des Verbindungskanals 8 auch zu erkennen, dass dieser, in Bezug auf eine Drehachse 20 der Differenzialeinheit 4 gesehen, auf radialer Höhe (radial ist Richtung senkrecht zu der Drehachse 20) mit der Außenverzahnung 11 des Eingangsrades 12 angeordnet ist. Insbesondere ist der Verbindungskanal 8 auf radialer Höhe eines Verdickungsbereiches 21 des Eingangsrades 12, der wiederum die Außenverzahnung 11 unmittelbar ausbildet, angeordnet. Jener Verdickungsbereich 21 ist weiterhin in einer verbreiterten Ölsammelrinne 10 des Aufnahmeraums 3 angeordnet. Die Ölsammelrinne 10 bildet unmittelbar die radiale Außenseite 9 des Aufnahmeraums 3 aus. Ein Radialspalt 18 zwischen der Außenseite der Außenverzahnung 11 und der Innenseite des Gehäuses 2 ist in diesem Bereich vorzugsweise ca. 1 mm dick/ hoch (radiales Maß) ausgebildet.
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In 1, 2 und 4 wird zudem der im Betrieb üblicherweise bestehende Befüllzustand des Ölsammelraums 6 mit Öl dargestellt. Es ist hierbei zu erkennen, dass gemäß einem bevorzugten Verfahren zum Betrieb des Getriebes 1 die entsprechenden Zuführvorrichtungen, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt sind, und die Pumpe 13 derart betrieben sind, dass ein Ölniveau 16 innerhalb des Ölsammelraums 6 höher / oberhalb des Verbindungskanals 8 liegt / gehalten wird. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei entsprechender Kurvenfahrt die ausreichende Ölzuführung in dem Aufnahmeraum 3 stattfinden kann.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, basiert der erfindungsgemäße Abfangmechanismus auf einer Ölförderung innerhalb des Getrieberaums eines Getriebes 1, das als ein Standardgetriebe oder ein Hybridgetriebe ausgebildet sein kann. Als Grundprinzip ist hier ein Beölungssystem vorgeschlagen, bei dem das Öl über das Differentialrad (Eingangsrad 12) geschleudert wird. Anschließend wird das Öl in einem oder mehreren Behältern gesammelt und von dort aus durch das Getriebe 1 verteilt, um eine Schmierung der Lager, Zahnräder und Wellen zu ermöglichen. Im Getriebe 1 befindet sich eine Ölpumpe (Pumpe 13) für die Kühlung der E-Maschine/-n. Die Pumpe 13 saugt das Öl im Sumpf durch einen Ölfilter, am tiefsten Punkt des Getriebes 1.
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Das Differentialrad ist in eine Wanne (Ölsammelrinne 10) eingetaucht, die über eine Trennwand (Zwischenwand 7) vom Getriebesumpf (Ölsammelraum 6) getrennt ist. Mittels des Getriebesumpfes können zwei unterschiedliche Ölniveaus aufgebaut werden. Ein höheres Ölniveau im Pumpen-Ansaugbereich (in Ölsammelraum 6) garantiert, dass die Ansaugung immer, d.h. auch bei Kurvenbeschleunigung, in Öl getaucht ist. Eine zweiter Raum (Aufnahmeraum 3) im Bereich des Differenzialrads ist mit einem begrenzten Ölniveau befüllt. Dadurch wird nur das benötigte Öl für die Schmierung der Zahnräder und Lager hochtransportiert. Es ergibt sich ein Beölungssystem mit begrenzten Planschverlusten, einem reduzierten Schleppmoment und erhöhtem Wirkungsgrad.
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Erfindungsgemäß ist somit ein spezieller Ölförderungsmechanismus zwischen Getrieberäumen (Aufnahmeraum 3 und Ölsammelraum 6 / Getrieberaum 15) vorgesehen.
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Der Ölsammelraum 6 benötigt ein höheres Ölniveau, um die Ansaugfähigkeit der Kühlkreispumpe (Pumpe 13) während Kurvenbeschleunigungen / der Bremsphase zu gewährleisten.
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In dem weiteren Raum (Aufnahmeraum 3) befindet sich das Differenzialrad. Das Differenzial benötigt eine permanente Ölförderung, um die Funktion des Beölungssystems zu gewährleiten. Zwischen den beiden Getrieberäumen (Aufnahmeraum 3 und Ölsammelraum 6) besteht eine kalibrierte Öffnung (Verbindungskanal 8), der als Kommunikationskanal zwischen den beiden Getrieberäumen wirkt. Die Öffnung ist so ausgebildet und dimensioniert, dass alle Schmierstellen des Getriebes 1 die genau erforderliche Ölmenge durch die Pumpenwirkung des Differenzials (Differenzialeinheit 4) erhalten. Die Summe der benötigten Ölmenge für alle Lageschmierstellen und Zahnradkontakte erfolgt durch diese kalibrierte Öffnung und die resultierend abgestimmte Ölförderung (über das Eingangsrad 12). Die Beölung erfolgt damit nur mit der erforderlichen Ölmenge und Planschverluste werden minimiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Aufnahmeraum
- 4
- Differenzialeinheit
- 5
- Unterseite
- 6
- Ölsammelraum
- 7
- Zwischenwand
- 8
- Verbindungskanal
- 9
- Außenseite
- 10
- Ölsammelrinne
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Eingangsrad
- 13
- Pumpe
- 14
- Getriebeeinheit
- 15
- Getrieberaum
- 16
- Ölniveau
- 17
- Kunststoffbestandteil
- 18
- Radialspalt
- 19a
- erste Ausgangswelle
- 19b
- zweite Ausgangswelle
- 20
- Drehachse
- 21
- Verdickungsbereich
- 22
- Zwischenzahnrad
- 23
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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