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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung sowie ein elektromechanisches Bremssystem mit einer solchen Bremsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems.
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Hintergrund
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Zum Abbremsen bzw. Verzögern von Kraftfahrzeugen verfügen die Kraftfahrzeuge über ein Bremssystem, welches die Räder des Fahrzeuges abbremsen kann. Gegenwärtig werden hierfür überwiegend hydraulische Bremssysteme eingesetzt. Darüber hinaus finden zunehmend auch elektromechanische Bremssysteme Verwendung.
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Die Druckschrift
WO 2000/29268 A1 beschreibt beispielsweise eine elektrisch betätigbare Feststellbremsanlage.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Bremsvorrichtung sowie ein elektromechanisches Bremssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Bremsvorrichtung mit einem Bremselement, einem Getriebe, einer Asynchronmaschine und einer Steuereinrichtung. Das Bremselement ist dazu ausgelegt, eine Kraft auf einen Bremsbacken auszuüben. Insbesondere kann bei der Ausübung der Kraft auf den Bremsbacken der Bremsbacken gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden. Das Getriebe ist dazu ausgelegt, eine Antriebswelle der Asynchronmaschine mit dem Bremselement mechanisch zu koppeln. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Asynchronmaschine anzusteuern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Asynchronmaschine unter Verwendung einer quasistationären Rotorposition ansteuern. Mit anderen Worten, bei der Ansteuerung der Asynchronmaschine geht die Steuereinrichtung von einer zumindest annähernd konstanten Rotorposition aus.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Ein elektromechanisches Bremssystem mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung, einer Bremsscheibe und mindestens einem Bremsbacken. Der mindestens eine Bremsbacken ist hierbei dazu ausgelegt, von der Bremsvorrichtung gegen die Bremsscheibe gedrückt zu werden.
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Schließlich ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems, insbesondere eines elektromechanischen Bremssystems, welches von einer Asynchronmaschine angesteuert wird. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Empfangen eines Sollwerts für eine einzustellende Bremskraft. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ansteuern der Asynchronmaschine. Insbesondere kann die Asynchronmaschine unter Verwendung des empfangenen Sollwerts für die einzustellende Bremskraft und einer quasistationären Rotorposition der Asynchronmaschine angesteuert werden.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für ein Betätigen einer elektromechanischen Bremse ein elektrischer Antrieb erforderlich ist.
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Hierbei werden in elektromechanischen Bremssystemen bevorzugt bürstenlose Motoren, insbesondere permanent erregte Synchronmaschinen, eingesetzt.
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Der Betrieb derartiger erfordert jedoch Synchronmaschinen in einem quasistatischem Zustand oder bei geringer Drehzahl zwingend die Ermittlung einer Rotorlage, beispielsweise mittels eines zusätzlichen Rotorlagesensors.
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Es ist nun eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und einen möglichst einfachen und robusten Antrieb für ein elektromechanisches Bremssystem zu schaffen. Insbesondere soll ein elektromechanisches Bremssystem geschaffen werden, welches durch eine robuste elektrische Maschine ohne Rotorlagensensor angetrieben werden kann.
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Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das elektromechanische Bremssystem mittels einer Asynchronmaschine anzutreiben. Aufgrund der relativ kleinen Bewegungen der Bremselemente, insbesondere der Bremsbacken, während eines Bremsvorgangs kann davon ausgegangen werden, dass der Rotor einer solchen Asynchronmaschine während des Bremsvorgangs nur eine sehr geringe Drehbewegung ausübt. Entsprechend kann für die Ansteuerung der Asynchronmaschine eine zumindest annähernd konstante Rotorposition angenommen werden. Somit kann die Ansteuerung der Asynchronmaschine auch ohne zusätzlichen Rotorlagensensor für eine Ermittlung einer Drehbewegung des Rotors der Asynchronmaschine erfolgen.
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Für die Ansteuerung einer Asynchronmaschine ist es ausreichend, die Frequenz der Phasenspannungen an der Asynchronmaschine auf Grundlage des sogenannten Schlupfes, das heißt der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotor und dem rotierenden Magnetfeld zu stellen. Das resultierende Drehmoment ist hierbei proportional zu dem magnetischen Fluss und dem Schlupf.
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Wie zuvor bereits ausgeführt, sind für das Betätigen einer elektromechanischen Bremse nur sehr geringe Bewegungen erforderlich. Entsprechend ist auch die Drehbewegung im Rotor der elektrischen Maschine nur sehr gering. Somit kann das durch die erfindungsgemäß verwendete Asynchronmaschine einzustellende Drehmoment auf Grundlage eines zumindest annähernd stillstehenden Rotors eingestellt werden. Folglich ist kein Rotorlagensensor zur Ermittlung der Drehbewegung des Rotors erforderlich.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Bremsvorrichtung dazu ausgelegt, einen Sollwert für eine einzustellende Bremskraft zu empfangen. Entsprechend kann die Steuereinrichtung an der Asynchronmaschine ein Drehmoment unter Verwendung des empfangenen Sollwerts für die einzustellende Bremskraft einstellen. Da das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment und somit auch die Kraft, die das Bremselement auf die Bremsbacken ausübt, proportional zum magnetischen Fluss und dem Schlupf in der Asynchronmaschine ist, kann die Steuereinrichtung unter der Annahme eines quasistationären Zustands für den Rotor in der Asynchronmaschine auf einfache Weise die Bremskraft einstellen, ohne dass hierzu ein Rotorlagensensor an der Asynchronmaschine erforderlich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, einen Sensorwert von einem Drehzahlsensor zu empfangen. Dieser Drehzahlsensor kann insbesondere eine Drehzahl eines abzubremsenden Rades erfassen. Das abzubremsende Rad kann beispielsweise mechanisch mit einer Bremsscheibe gekoppelt sein, welche durch den oder die Bremsbacken abgebremst werden, die durch das Bremselement der Bremsvorrichtung betätigt werden. Entsprechend kann die Steuereinrichtung ferner dazu ausgelegt sein, an der Asynchronmaschine ein Drehmoment unter Verwendung des empfangenen Sensorwerts von dem Drehzahlsensor zu empfangen. Durch die Auswertung der Sensorwerte von dem Drehzahlsensor kann eine Drehbewegung des Rades bzw. der Bremsscheibe ermittelt werden. Während des Bremsvorgangs kann somit eine Verzögerung, das heißt Reduktion der Drehzahl überwacht werden. Entsprechend kann das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment gemäß der ermittelten Drehzahl angepasst werden, um eine vorgegebene Bremskraft auszuüben. So kann auch beispielsweise durch die Überwachung der Sensorwerte von dem Drehzahlsensor ein Blockieren des Rades sehr rasch erkannt werden. Daraufhin kann beispielsweise das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment vermindert werden, um die Bremskraft zu verringern und damit ein weiteres Blockieren des Rades zu vermeiden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, elektrische Phasenströme an der Asynchronmaschine unter Verwendung des einzustellenden Drehmoments einzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektromechanischen Bremssystems ist in dem elektromechanischen Bremssystem ein Drehzahlsensor vorgesehen. Dieser Drehzahlsensor ist dazu ausgelegt, eine Drehzahl der Bremsscheibe oder eines mit der Bremsscheibes mechanisch gekoppelten Rades zu erfassen.
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Entsprechend ist die Steuereinrichtung dabei dazu ausgelegt, die Asynchronmaschine unter Verwendung der erfassten Drehzahl anzusteuern. Auf diese Weise kann ein Verzögern des Rades überwacht werden. Daraufhin kann die Bremskraft durch Anpassen des von der Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes angepasst werden. Insbesondere kann ein Blockieren des Rades sehr rasch erkannt werden und daraufhin die Bremskraft reduziert werden, um das blockierte Rad wieder freizugeben.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Bremssystems mit einer Bremsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
- 2: ein Ablaufdiagramm wie es einem Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Bremssystems 1 gemäß einer Ausführungsform. Das elektromechanische Bremssystem 1 umfasst eine Bremsscheibe 50, welche mechanisch über eine kraftschlüssige Verbindung mit einem Rad 60 gekoppelt ist. An dem Rad 60 oder gegebenenfalls an der Bremsscheibe 50 kann ein Drehzahlsensor 61 vorgesehen sein. Dieser Drehzahlsensor 61 kann die Drehbewegung des Rades 60 und somit auch der Bremsscheibe 50 sensorisch überwachen und ein zu der Drehzahl korrespondierendes Sensorsignal D bereitstellen.
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Zum Abbremsen des sich drehenden Rades 60 können ein oder mehrere Bremsbacken 41, 42, gegen die Bremsscheibe 50 gedrückt werden. Hierbei wird die Rotation der Bremsscheibe 50 entsprechend der von den Bremsbacken 41, 42 ausgeübten Kraft abgebremst.
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Während bei konventionellen Bremssystemen die Bremsbacken 41, 42 in der Regel mittels eines hydraulischen Systems gegen die Bremsscheibe 50 gedrückt werden, ist bei dem in 1 dargestellten elektromechanischen Bremssystem eine Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Antrieb vorgesehen. Das Funktionsprinzip dieses elektrischen Antriebs wird im Nachfolgenden näher erläutert.
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Zum Ausüben einer Bremskraft der Bremsbacken 41, 42 auf die Bremsscheibe 50 ist in dem elektromechanischen Bremssystem 1 eine Asynchronmaschine 10 vorgesehen, welche über ein Getriebe 20 mindestens einen Bremsbacken 41 gegen die Bremsscheibe 50 drückt. Gegebenenfalls kann ein mechanisches Bauelement 43 vorgesehen sein, welches es ermöglicht, dass die von dem Getriebe 20 abgegebene Kraft gleichmäßig auf die beiden Bremsbacken 41, 42 verteilt wird, so dass die Bremsscheibe 50 von beiden Seiten über die Bremsbacken 41, 42 abgebremst werden kann. Beispielsweise kann die von dem Getriebe 20 abgegebene Kraft zunächst auf ein Bremselement 30 wirken, an welchem ein Bremsbacken 41 befestigt sein kann.
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Im Ruhezustand, das heißt wenn von den Bremsbacken 41, 42 keine Bremskraft auf die Bremsscheibe 50 ausgeübt werden soll, besteht zwischen den Bremsbacken 41, 42 und der Bremsscheibe 50 lediglich ein sehr geringer Abstand. Folglich müssen für das Ausüben einer Bremskraft auf die Bremsscheibe 50 die Bremsbacken 41 bzw. 42 nur sehr wenig bewegt werden. Dies führt dazu, dass auch die Drehachse der Asynchronmaschine 10 nur sehr wenig, das heißt um nur einen sehr geringen Winkel drehen muss, um den oder die Bremsbacken 41, 42 gegen die Bremsscheibe 50 zu drücken. Aufgrund der sehr geringen Distanz der Bremsbacken 41, 42 von der Bremsscheibe 50 im Ruhezustand ist selbst durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 20 nur eine sehr geringe Drehbewegung der Antriebsachse von der Asynchronmaschine 10 erforderlich. Dies führt dazu, dass für die nachfolgend beschriebene Ansteuerung der Asynchronmaschine 10 von einem zumindest annähernd stationären Zustand der Antriebsachse und somit des Rotors der Asynchronmaschine 10 ausgegangen werden kann. Dies wird im Folgenden als quasistationäre Rotorposition bezeichnet.
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Für das Einstellen einer vorgegebenen Bremskraft ist es erforderlich, die Bremsbacken 41 und 42 mit einer zu der vorgegebenen Bremskraft korrespondierenden Kraft gegen die Bremsscheibe 50 zu drücken. Hierzu muss die Asynchronmaschine 10 ein entsprechendes Drehmoment am Eingang des Getriebes 20 bereitstellen. Das von der Asynchronmaschine 10 abgegebene Drehmoment ist dabei proportional zu dem magnetischen Fluss und dem Schlupf, das heißt der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotor und dem rotierenden Magnetfeld, in der Asynchronmaschine. Da, wie im Vorausgehenden dargelegt wurde, in dem beschriebenen Bremssystem 1 von einer quasistationären Rotorlage ausgegangen werden kann, ist es somit möglich, alleine mit der Frequenz der Phasenspannungen an der Asynchronmaschine den gewünschten Schlupf und somit das von der Asynchronmaschine 10 abgegebene Drehmoment einzustellen. Somit ist eine Steuerung der Bremskraft ohne zusätzlichen Rotorlagensensor an der Asynchronmaschine 10 möglich.
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Das Ansteuern der Asynchronmaschine 10 kann beispielsweise mittels einer Steuereinrichtung 11 erfolgen. Diese Steuereinrichtung 11 kann an der Asynchronmaschine 10 elektrische Phasenströme und Phasenspannungen bereitstellen, die dazu geeignet sind, durch die Asynchronmaschine 10 das gewünschte Drehmoment an das Getriebe 20 abzugeben.
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Hierzu kann beispielsweise an der Steuereinrichtung 11 ein Sollwert S für eine Bremskraft vorgegeben werden. Die Steuereinrichtung 11 kann unter Verwendung dieses Sollwerts S für die einzustellende Bremskraft an der Asynchronmaschine 10 geeignete elektrische Ströme und Spannungen einstellen. Beispielsweise können in der Steuereinrichtung 11 eine entsprechende Korrespondenz zwischen der vorgegebenen Bremskraft und den einzustellenden Strömen bzw. Spannungen in einem Speicher abgespeichert sein. Alternativ ist es auch möglich, den Zusammenhang zwischen einzustellender Bremskraft und den Strömen bzw. Spannungen als funktionalen Zusammenhang zu spezifizieren und die jeweiligen Ströme bzw. Spannungen unter Verwendung eines solchen funktionalen Zusammenhangs gemäß der vorgegebenen Bremskraft zu berechnen. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Verfahren zur Ermittlung der einzustellenden Ströme bzw. Spannungen gemäß einem Sollwert S für die einzustellende Bremskraft möglich.
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Weiterhin ist es auch möglich, die Drehzahl des Rades 60 bzw. der Bremsscheibe 50 mit in die Ansteuerung der Asynchronmaschine 10 einzubeziehen. Hierzu können beispielsweise die von dem zuvor beschriebenen Drehzahlsensor 61 bereitgestellten Sensorwerte D durch die Steuereinrichtung 11 ausgewertet werden. Beispielsweise kann aus der Veränderung der Drehzahl, insbesondere einer Verringerung der Drehzahl während des Bremsvorgangs, ein Rückschluss über die aktuelle Verzögerung durch das elektromechanische Bremssystem 1 ermittelt werden. Entsprechend kann auch gemäß der aktuellen Veränderung der Drehzahl und der daraus abgeleiteten Verzögerung eine weitere Regelung des von der Asynchronmaschine 10 abgegebenen Drehmoments bzw. der einzustellenden Phasenströme bzw. -spannungen vorgenommen werden. Auf diese Weise ist eine sehr rasche Anpassung des Bremsverhaltens durch das elektromechanische Bremssystem 1 möglich.
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Insbesondere kann beispielsweise durch Auswertung der Sensorsignale D von dem Drehzahlsensor 61 auch ein Blockieren des Rades 60 erkannt werden. In einem solchen Fall, das heißt bei der Detektion eines blockierenden Rades 60 kann das von der Asynchronmaschine 10 abgegebene Drehmoment und somit auch die Kraft, mit der die Bremsbacken 41 und 42 auf die Bremsscheibe 50 wirken, verringert werden. Hierdurch kann die Bremskraft soweit reduziert werden, dass das Rad nicht länger blockiert. Auf diese Weise ist sehr rasch ein Eingriff in das Bremsverhalten möglich, sodass ein Fahrzeug mit einem solchen Bremssystem 1 besser beherrschbar ist.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Hierbei kann es sich insbesondere um das zuvor beschriebene elektromechanische Bremssystem mit einer Asynchronmaschine 10 handeln. Entsprechend kann das Verfahren beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit dem elektromechanischen Bremssystem 1 beschrieben worden sind. Analog kann auch das zuvor beschriebene elektromechanische Bremssystem 1 Komponenten umfassen, die zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
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In Schritt S1 kann ein Sollwert S für eine einzustellende Bremskraft empfangen werden.
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Daraufhin kann in Schritt S2 die Asynchronmaschine 10 des elektromechanischen Bremssystems unter Verwendung des empfangenen Sollwerts S angesteuert werden. Die Ansteuerung der Asynchronmaschine 10 erfolgt dabei unter Verwendung einer quasistationären Rotorposition der Asynchronmaschine.
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Darüber hinaus können auch beliebige geeignete weitere Parameter, beispielsweise eine Drehzahl eines abzubremsenden Rades oder Ähnliches mit in die Ansteuerung der Asynchronmaschine einbezogen werden.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein elektromechanisches Bremssystem. Die für den Bremsvorgang erforderliche Kraft wird hierbei mittels einer Asynchronmaschine bereitgestellt. Die Asynchronmaschine und insbesondere das von der Asynchronmaschine abgegebene Drehmoment wird unter Verwendung einer quasistationären Rotorlage für den Rotor der Asynchronmaschine eingestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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