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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug.
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Kompakte, pixelierte Lichtquellen mit geringen Abständen zwischen den leuchtenden Flächen ermöglichen bereits heute die Realisierung sehr kompakter Modulkonzepte. Entsprechende Modulkonzepte werden auch als SSL-Technologie bezeichnet. Durch die direkte Abbildung der leuchtenden Fläche in den Verkehrsraum kann so bereits die gewünschte Lichtverteilung wie beispielsweise ein blendfreies Fernlicht (ADB) realisiert werden, ohne das Lichtbild mit Hilfe einer Primäroptik manipulieren zu müssen. Ein Beispiel für ein derartiges Lichtmodul findet sich in der
DE 2017 105 888 A1 . Dort ist zwischen den matrixartig angeordneten Leuchtdioden (LED) und der Projektionsoptik lediglich eine Linse angeordnet. Der weitgehende Verzicht auf eine Primäroptik erlaubt, dass optische System auf deutlich kleinerem Bauraum bei gleichzeitig höherer Effizienz zu realisieren. Gleichzeitig kann die Variantenvielfalt eingeschränkt werden, da die Lichtverteilung durch die Pixelierung softwarebasiert den jeweiligen Homologationsbereichen angepasst werden kann.
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Derartige kompakte Konzepte sind jedoch nur für Fernlichtverteilungen bekannt. Kompakte Lösungen zur Realisierung einer aus einem Abblendlicht und einem Fernlicht bestehenden vollen Lichtverteilung aus einem Modul wären wünschenswert, um insbesondere die Bauraum- und Effizienzvorteile der SSL-Technologie zu nutzen. Aktuelle Konzepte, die auf der SSL-Technologie basieren, erlauben je nach Pixelierung die Umsetzung von Fernlichtfunktionalitäten und allenfalls eines Reichweiteanteils einer Abblendlichtverteilung. Zur Umsetzung einer vollen Lichtverteilung muss bisher ein zweites Modul eingesetzt werden, das entweder ein volles Abblendlicht generiert oder beispielsweise zumindest den Vorfeldanteil und die Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung generiert.
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Aktuell verfügbare Konzepte zur Erzeugung von Fernlicht- und Abblendlichtverteilungen in einem Modul nutzen aufwändig gestaltete Primäroptiken zur Vorformung der Lichtverteilung. Ein Beispiel eines derartigen Scheinwerfers findet sich in der
DE 10 2016 109 132 A1 . Die damit verbundenen Nachteile sind ein hoher Bauraumbedarf, insbesondere eine große Bautiefe durch den notwendigen optischen Pfad, eine vergleichsweise geringe Effizienz des Systems durch den optischen Wirkungsgrad der Primäroptiken, ein großer Variantenreichtum durch die Anpassung der Primäroptiken für verschiedene Homologationsbereiche sowie ein hoher Entwicklungsaufwand beziehungsweise eine lange Entwicklungszeit, beispielsweise für mehrere unterschiedlichen Optiken eines Moduls für unterschiedliche Fahrzeuge, und damit erhöhte Entwicklungskosten. Die Nachteile aktueller Systeme widersprechen damit klar den Zukunftstrends des Automobilmarktes: ein hoher Kostendruck, kürzere Entwicklungszeiten, kleinere Bauräume im Scheinwerfer sowie ein Fokus auf Effizienz im Rahmen der Elektrifizierung.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung eines Scheinwerfers der eingangs genannten Art, der eine aus einem Abblendlicht und einem Fernlicht bestehenden volle Lichtverteilung aus einem kompakten Modul erzeugen kann.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß Anspruch 1 umfasst der Scheinwerfer
- - eine erste Leuchtfläche, wobei der Scheinwerfer dazu eingerichtet ist, dass von der ersten Leuchtfläche Licht ausgeht, das zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung dient,
- - eine zweite Leuchtfläche, wobei der Scheinwerfer dazu eingerichtet ist, dass von der zweiten Leuchtfläche Licht ausgeht, das zur Erzeugung eines Vorfeldanteils einer Abblendlichtverteilung dient, sowie
- - eine Projektionsoptik, die dazu eingerichtet ist, das von der ersten und von der zweiten Leuchtfläche ausgehende Licht in den Außenraum des Kraftfahrzeugs zu projizieren.
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Damit lässt sich ein kompaktes Modul realisieren, das eine aus einem Abblendlicht und einem Fernlicht bestehenden volle Lichtverteilung erzeugen kann. Die erfinderische Gestaltung kann Vorteile der SSL-Technologie aufweisen wie insbesondere einen geringen Bauraum, eine hohe Effizienz, die Verringerung der Varianten, einen geringeren Logistikaufwand, schnellere Entwicklungszeiten, geringere Entwicklungskosten und Synergieeffekte, die sich aus der Verwendung von Gleichteilen für verschiedene Fahrzeugtypen ergeben. Die erfinderische Gestaltung erlaubt insbesondere die technische Kompatibilität zu aktuell eingesetzten SSL-Konzepten, aber auch zukünftig zu SSLIHD-Konzepten.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Leuchtfläche in der gleichen Ebene wie die zweite Leuchtfläche angeordnet ist, insbesondere wobei die Ebene, in der die erste und die zweite Leuchtfläche angeordnet sind, der Abbildungsebene der Projektionsoptik entspricht. Insbesondere können dabei die erste Leuchtfläche und die zweite Leuchtfläche in der Ebene der Leuchtflächen zueinander einen Abstand zwischen 0 µm und 200 µm aufweisen. Durch die Anordnung der ersten Leuchtfläche und der zweiten Leuchtfläche in der Abbildungsebene der Projektionsoptik wird dort die in dem Außenraum des Kraftfahrzeugs zu erzeugende Lichtverteilung realisiert.
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Es besteht die Möglichkeit, dass auf der ersten Leuchtfläche leuchtende Segmente zur gezielten Erzeugung von Pixeln einer Fernlichtverteilung matrixartig angeordnet sind. Die benachbarten leuchtenden Segmente können auf der ersten Leuchtfläche zueinander einen Abstand zwischen 0 µm und 100 µm aufweisen. Weiterhin können die leuchtenden Segmente auf der ersten Leuchtfläche als Leuchtdioden oder als Laserdioden ausgebildet sein, insbesondere wobei die erste Leuchtfläche der aktiven Fläche eines Solid-State-LED-Arrays entspricht. Es kann sich bei dem Solid-State-LED-Array auch um ein SSL-HD-LED handeln.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer dazu eingerichtet ist, dass das von der ersten Leuchtfläche ausgehende Licht nicht nur zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung dient, sondern auch zur Erzeugung eines Reichweiteanteils einer Abblendlichtverteilung und/oder zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung dient.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die zweite Leuchtfläche dazu eingerichtet ist, eine sich über die Fläche verändernde Leuchtdichte aufzuweisen. Dabei kann im Betrieb des Scheinwerfers die Leuchtdichte auf der zweiten Leuchtfläche in zwei zueinander senkrechten Richtungen voneinander verschiedene Gradienten aufweisen. Auf diese Weise kann eine Abblendlichtverteilung oder zumindest der Vorfeldanteil einer Abblendlichtverteilung auf der zweiten Leuchtfläche vorgegeben werden und durch die Projektionsoptik in den Außenraum des Kraftfahrzeugs projiziert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer eine Mehrzahl von Leuchtdioden umfasst, deren aktive Flächen zusammen die zweite Leuchtfläche bilden. Insbesondere kann auch die zweite Leuchtfläche von der aktiven Fläche eines Solid-State-LED-Arrays gebildet werden.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer Konvertermittel oder Streumittel sowie mindestens eine Leuchtdiode umfasst, wobei die zweite Leuchtfläche durch die Konvertermittel oder die Streumittel gebildet wird und wobei die mindestens eine Leuchtdiode im Betrieb des Scheinwerfers die Konvertermittel oder Streumittel beleuchtet. Dadurch kann die Lichterzeugung beabstandet von der zweiten Leuchtfläche durch die mindestens eine Leuchtdiode erfolgen, deren Licht von den Konvertermitteln oder Streumitteln in die gewünschte Verteilung auf der zweiten Leuchtfläche umgewandelt wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer eine Mehrzahl von Lichtleitern sowie mindestens eine Leuchtdiode umfasst, wobei die Auskoppelflächen der Lichtleiter zusammen die zweite Leuchtfläche bilden. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Lichterzeugung beabstandet von der zweiten Leuchtfläche durch die mindestens eine Leuchtdiode erfolgen, deren Licht durch die Lichtleiter zu der zweiten Leuchtfläche gelangt.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer mindestens eine Primäroptik oder mindestens einen Reflektor sowie mindestens eine Leuchtdiode umfasst, wobei die Lichtaustrittsfläche der mindestens einen Primäroptik oder des mindestens einen Reflektors die zweite Leuchtfläche bildet. Auch bei dieser Ausführungsform kann die Lichterzeugung beabstandet von der zweiten Leuchtfläche durch die mindestens eine Leuchtdiode erfolgen, deren Licht durch die mindestens eine Primäroptik zu der zweiten Leuchtfläche gelangt oder von dem mindestens einen Reflektor zu der zweiten Leuchtfläche reflektiert wird.
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Es besteht die Möglichkeit, dass der Scheinwerfer dazu eingerichtet ist, dass das von der zweiten Leuchtfläche ausgehende Licht nicht nur zur Erzeugung eines Vorfeldanteils einer Abblendlichtverteilung dient, sondern auch zur Erzeugung eines Reichweiteanteils einer Abblendlichtverteilung und/oder zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung dient.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Leuchtfläche kleiner ist als die zweite Leuchtfläche.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Draufsicht auf die Leuchtflächen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
- 2 ein Detail gemäß dem Pfeil II in 1;
- 3 eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 1;
- 4 ein Schema zur Verdeutlichung der Auslegungsmöglichkeiten der zweiten Leuchtfläche eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
- 5 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
- 6 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
- 7 ein Detail gemäß dem Pfeil VII in 6;
- 8 eine schematische Draufsicht auf die zweite Leuchtfläche einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
- 9 die Leuchtdichte längs des Pfeils IX in 8;
- 10 die Leuchtdichte längs des Pfeils X in 8.
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In den Figuren sind gleiche und funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in den Figuren teilweise abgebildeten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers umfassen jeweils eine erste Leuchtfläche 1, eine zweite Leuchtfläche 2 (siehe 1) sowie eine in 3 lediglich schematisch angedeutete Projektionsoptik 3. Die Leuchtflächen 1, 2 sind in einer Ebene 4 angeordnet, die der Abbildungsebene der Projektionsoptik 3 entspricht. Die erste Leuchtfläche 1 und die zweite Leuchtfläche 2 können in der Ebene 4 einen Abstand 5 zueinander zwischen 0 µm und 200 µm aufweisen (siehe 2).
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Aus den Abbildungen ist ersichtlich, dass die erste Leuchtfläche 1 kleiner ist als die zweite Leuchtfläche 2. Es besteht durchaus die Möglichkeit, die beiden Leuchtflächen gleich groß auszubilden oder die zweite Leuchtfläche 2 kleiner als die erste Leuchtfläche 1 auszubilden.
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Die erste Leuchtfläche 1 ist matrixartig in leuchtende Segmente 6 unterteilt. Dabei weisen benachbarte leuchtende Segmente 6 auf der ersten Leuchtfläche 4 zueinander einen Abstand zwischen 0 µm und 100 µm auf. Insbesondere entspricht die erste Leuchtfläche 1 der aktiven Fläche eines Solid-State-LED-Arrays 7 (siehe 5).
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Das die erste Leuchtfläche 1 bildende Solid-State-LED-Array 7 kann derart angesteuert werden, dass auf der ersten Leuchtfläche 1 eine Leuchtdichteverteilung entsteht, durch deren Projektion in den Außenraum des Kraftfahrzeugs mit der Projektionsoptik 3 eine Fernlichtverteilung entsteht. Alternativ kann das von der ersten Leuchtfläche 1 ausgehende Licht nicht nur zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung dienen, sondern auch zur Erzeugung eines Reichweiteanteils einer Abblendlichtverteilung und/oder zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung.
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Auch die zweite Leuchtfläche 2 kann matrixartig in leuchtende Segmente unterteilt sein (nicht abgebildet). In diesem Fall kann auch die zweite Leuchtfläche 2 der aktiven Fläche eines Solid-State-LED-Arrays 8 entsprechen. 5 verdeutlicht eine Ausführungsform, bei der sowohl die erste Leuchtfläche 1 als auch die zweite Leuchtfläche 2 jeweils von der aktiven Fläche eines Solid-State-LED-Arrays 7, 8 gebildet werden, die auf einem gemeinsamen Kühlkörper 9 angeordnet sind sowie insbesondere auch auf einer gemeinsamen, nicht abgebildeten Leiterplatte angeordnet sind.
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Das die zweite Leuchtfläche 2 bildende Solid-State-LED-Array 8 kann derart angesteuert werden, dass auf der ersten Leuchtfläche 2 eine Leuchtdichteverteilung entsteht, durch deren Projektion in den Außenraum des Kraftfahrzeugs mit der Projektionsoptik 3 zumindest ein Vorfeldanteil einer Abblendlichtverteilung entsteht. Alternativ kann das von der zweiten Leuchtfläche 2 ausgehende Licht nicht nur zur Erzeugung eines Vorfeldanteils einer Abblendlichtverteilung dienen, sondern auch zur Erzeugung eines Reichweiteanteils einer Abblendlichtverteilung und/oder zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung.
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4 verdeutlicht diese Möglichkeiten. Auf der zweiten Leuchtfläche 2 kann im in 4 links dargestellten Fall eine Leuchtdichteverteilung erzeugt werden, durch deren Projektion in den Außenraum des Kraftfahrzeugs ein Vorfeldanteil 10 einer Abblendlichtverteilung entsteht. Alternativ kann auf der zweiten Leuchtfläche 2 im in 4 mittig dargestellten Fall eine Leuchtdichteverteilung erzeugt werden, durch deren Projektion in den Außenraum des Kraftfahrzeugs eine Kombination 11 eines Vorfeldanteils mit einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung entsteht. Alternativ kann auf der zweiten Leuchtfläche 2 im in 4 rechts dargestellten Fall eine Leuchtdichteverteilung erzeugt werden, durch deren Projektion in den Außenraum des Kraftfahrzeugs eine Kombination 12 eines Vorfeldanteils mit einer Hell-Dunkel-Grenze sowie mit einem Reichweiteanteil einer Abblendlichtverteilung und damit eine vollständige Abblendlichtverteilung entsteht.
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Die zweite Leuchtfläche 2 kann auch als eine nicht segmentierte leuchtende Fläche ausgebildet sein, die im Betrieb einen der zu erzeugenden Abblendlichtverteilung entsprechenden Leuchtdichteverlauf aufweist. 9 und 10 zeigen die Leuchtdichteverläufe 13, 14 in zwei zueinander senkrechten Richtungen x, y, die den Pfeilen IX, X in 8 entsprechen. Es zeigt sich, dass die Leuchtdichte auf der zweiten Leuchtfläche 2 in zwei zueinander senkrechten Richtungen voneinander verschiedene Gradienten aufweist.
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Die als Fläche mit entsprechendem Leuchtdichteverlauf ausgebildete zweite Leuchtfläche 2 kann durch ein Array von Leuchtdioden gebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Scheinwerfer Konvertermittel 15 oder Streumittel sowie mindestens eine Leuchtdiode 16 umfasst, wobei die zweite Leuchtfläche 2 durch die Konvertermittel 15 oder die Streumittel gebildet wird und wobei die mindestens eine Leuchtdiode 16 im Betrieb des Scheinwerfers die Konvertermittel oder Streumittel beleuchtet (siehe 6).
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Dabei ist die mindestens eine Leuchtdiode 16 von den Konvertermitteln 15 oder Streumitteln beabstandet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können das die erste Leuchtfläche 1 bildende Solid-State-LED-Array 7 und die mindestens eine für die Beleuchtung der Konvertermittel 15 oder Streumittel dienende Leuchtdiode 16 auf dem gleichen Kühlkörper 9 angeordnet sein. Allerdings sind dabei das Solid-State-LED-Array 7 auf einer ersten Leiterplatte 17 (siehe 7) und die mindestens eine Leuchtdiode 16 auf einer zweiten, von der ersten verschiedenen, nicht abgebildeten Leiterplatte angeordnet, die entsprechend in 6 nach links gegenüber der ersten Leiterplatte 17 versetzt ist.
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Wichtig ist dabei, dass der Abstand 18 zwischen dem Rand des Kühlkörpers 9 und dem die erste Leuchtfläche 1 bildenden Solid-State-LED-Array 7 möglichst nicht größer als 200 µm wird (siehe 7). Auch die mindestens eine Leuchtdiode 16 sollte dabei nahe der in dem Kühlkörper 9 gebildeten Stufe 19 platziert werden (siehe 6).
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Die als Fläche mit entsprechendem Leuchtdichteverlauf ausgebildete zweite Leuchtfläche 2 kann alternativ auch von den Auskoppelflächen einer Mehrzahl von nicht abgebildeten Lichtleitern gebildet werden, in die das Licht der mindestens einen Leuchtdiode 16 eingekoppelt wird.
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Die als Fläche mit entsprechendem Leuchtdichteverlauf ausgebildete zweite Leuchtfläche 2 kann alternativ auch von Lichtaustrittsflächen mindestens einer nicht abgebildeten Primäroptik oder mindestens eines nicht abgebildeten Reflektors gebildet werden, wobei das Licht der mindestens einen Leuchtdiode 16 durch die mindestens eine Primäroptik zu der zweiten Leuchtfläche 2 gelangt oder von dem mindestens einen Reflektor zu der zweiten Leuchtfläche 2 reflektiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Leuchtfläche
- 2
- zweite Leuchtfläche
- 3
- Projektionsoptik
- 4
- Ebene, in der die Leuchtflächen angeordnet sind
- 5
- Abstand zwischen der ersten der zweiten Leuchtfläche
- 6
- Segment auf der ersten Leuchtfläche
- 7
- ein die erste Leuchtfläche bildendes Solid-State-LED-Array
- 8
- ein die zweite Leuchtfläche bildendes Solid-State-LED-Array
- 9
- Kühlkörper
- 10
- Vorfeldanteil einer Abblendlichtverteilung
- 11
- Kombination eines Vorfeldanteils mit einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung
- 12
- Kombination eines Vorfeldanteils mit einer Hell-Dunkel-Grenze und mit einem Reichweiteanteil einer Abblendlichtverteilung
- 13, 14
- Leuchtdichteverläufe auf der zweiten Leuchtfläche
- 15
- Konvertermittel
- 16
- Leuchtdiode
- 17
- erste Leiterplatte
- 18
- Abstand zwischen dem Rand des Kühlkörpers und dem die erste Leuchtfläche bildenden Solid-State-LED-Array
- 19
- Stufe des Kühlkörpers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2017105888 A1 [0002]
- DE 102016109132 A1 [0004]
