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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Drehstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 101 20 799 A1 offenbart ein Verfahren zur Drehlagebestimmung einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, der ein Nockenwellensensor zugeordnet ist, und die mit einem Nockenwellengeberrad versehen ist, sowie mit einem Steuergerät, welches zumindest einen konfigurierbaren Steuergeräteeingang umfasst. Nach Erkennen einer Fehlfunktion eines Kurbelwellendrehlagegebers wird der mindestens eine Steuergeräteeingang auf die Auswertung eine der Flanken oder aller Flanken von Impulssegmenten geschaltet. Dabei erfolgen Einspritzungen von Kraftstoff in Zylinder der Brennkraftmaschine, bis ein sich einstellender Drehzahlgradient erkannt wird.
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Das Verfahren weist weiteres Potential auf, den Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere nach Fehlfunktion des Kurbelwellendrehlagegebers verbessert aufrecht zu halten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Drehstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die einen verbesserten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Drehstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einem solchen Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Drehstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Hubkolbenmaschine, für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, wird die Drehstellung der Kurbelwelle in Abhängigkeit von einem zumindest eine Drehstellung einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signal einer der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung ermittelt. Die Erfassungseinrichtung umfasst beispielsweise einen Drehgeber, mittels welchem das die Drehstellung der Nockenwelle charakterisierende Signal erzeugt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beim Ermitteln der Drehstellung der Kurbelwelle in Abhängigkeit von dem Signal der der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung die Drehstellung der Kurbelwelle zugleich auch in Abhängigkeit von einem die Drehstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signal einer der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung ermittelt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung sowie die der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung gleichzeitig verwendet, um die Drehstellung der Kurbelwelle zu ermitteln. Dadurch wird die Drehstellung der Kurbelwelle redundant mittels der zumindest zwei Erfassungseinrichtungen ermittelt.
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Fällt während eines Betriebs der Brennkraftmaschine eine der Erfassungseinrichtungen aus oder liegt eine Fehlfunktion vor, so kann auf das Signal der entsprechend anderen Erfassungseinrichtung zurückgegriffen werden und anhand dieses Signals die Drehstellung der Kurbelwelle weiterhin ermittelt werden. Dies ermöglicht es, dass auch bei Ausfall einer der Erfassungseinrichtungen Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum, insbesondere einen Zylinder, der Brennkraftmaschine eingespritzt und/oder ein in dem Brennraum vorliegendes Kraftstoff-Luft-Gemisch, beispielsweise mittels einer Zündeinrichtung, gezündet werden kann, und das insbesondere auch bei Drehstellungen der Kurbelwelle, bei welchen das Einspritzen und/oder die Zündung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine sowie hinsichtlich des Fahrverhaltens derselben vorteilhaft und gewünscht ist. Dies ist der Fall, da mittels der erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest nahezu stets die zumindest nahezu genaue Drehstellung der Kurbelwelle erfasst bzw. ermittelt werden kann.
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Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit von dem Signal der der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung zumindest ein erster die Drehstellung der Kurbelwelle charakterisierender Wert ermittelt. Dieser Wert dient beispielsweise als Zwischengröße, da beispielsweise Flanken des Signals der der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung oder anderweitige Signaleigenschaften, welche die Drehstellung der Nockenwelle charakterisieren, nicht unbedingt synchron zu der Drehstellung oder den Drehstellungen der Kurbelwelle vorliegen, zu welchen die Einspritzung bzw. die Einspritzungen und/oder die Zündung bzw. die Zündungen erfolgen sollen.
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Ferner wird in Abhängigkeit von dem Signal der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung zumindest ein zweiter die Drehstellung der Kurbelwelle charakterisierender Wert ermittelt, wobei der erste Wert anhand des zweiten Werts korrigiert wird. Mit anderen Worten charakterisiert der erste Wert die Drehstellung der Kurbelwelle im Vergleich zum zweiten Wert ungenauer, so dass der zweite Wert dazu dienen kann, den ersten Wert zu korrigieren, um die Einspritzungen und/oder die Zündungen zu besonders vorteilhaften Drehstellungen der Kurbelwelle durchzuführen, woraus ein niedriger Kraftstoffverbrauch sowie geringe CO2-Emissionen resultieren. Dennoch kann der erste Wert als Zwischengröße dazu fungieren, die Drehstellung der Kurbelwelle, zu denen die Einspritzungen und/oder die Zündungen erfolgen sollen, zu ermitteln, so dass auch bei Ausfall der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung die Einspritzungen und/oder die Zündungen erfolgen kann bzw. können. So kann der Betrieb sowie das Fahrverhalten der Brennkraftmaschine auch bei Ausfall einer der Erfassungseinrichtungen, insbesondere bei Ausfall der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung, beibehalten werden, da das Signal der der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung zumindest eine vorläufige Berechnung der Drehstellungen ermöglicht, bei denen die Einspritzungen und die Zündungen erfolgen sollen.
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Durch die parallele Berücksichtigung des Signals der der Kugelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung zum Ermitteln der Drehstellung kann das Signal bzw. der Wert der der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung kurzfristig vor Erreichen der Drehstellung, zu welcher gezündet und/oder eingespritzt werden soll, korrigiert werden. Auf diese Art und Weise wird jede Einspritzung und/oder jede Zündung redundant berechnet bzw. ermittelt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Wert zeitlich vor dem zweiten Wert ermittelt wird. Erfolgt beispielsweise aufgrund eines Defekts oder einer Fehlfunktion der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung keine Erzeugung bzw. kein Erfassen des Signals der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung, so kann dieser zeitlich zuvor ermittelte erste Wert genutzt werden, um die Drehstellungen der Kurbelwelle, bei denen eingespritzt werden soll (Einspritzzeitpunkt) und/oder die Drehstellungen, bei denen gezündet werden soll (Zündzeitpunkt), zu ermitteln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es insbesondere auch, Drehzahlschwankungen, insbesondere Drehzahleinbrüche, der Brennkraftmaschine bei Ausfall der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung oder der der Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung zu vermeiden, so dass zumindest nahezu stets ein gewünscht niedriger Kraftstoffverbrauch und damit gewünscht niedrige CO2-Emissionen und ein erwünscht gutes Fahrverhalten der Brennkraftmaschine beibehalten werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zum Erzeugen des die Drehstellung der Kurbelwelle charakterisierenden Signals ein mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes 60 – 2-Zahnrad, welches auch als Geberrad bezeichnet wird, der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung verwendet. Das 60 – 2-Zahnrad weist 58 (60 – 2 = 58) Zähne auf, welche in Umfangsrichtung de Zahnrads über dessen Umfang verteilt angeordnet sind. Dadurch sind zwischen den 58 Zähnen 58 Zahnlücken gegeben. 57 der Zahnlücken sind dabei zumindest im Wesentlichen gleich groß. Das heißt, diese Zahnlücken erstrecken sich in Umfangsrichtung des 60 – 2-Zahnrads über einen zumindest im Wesentlichen gleichen Winkelbereich. Eine der 58 Zahnlücken (die 58.) ist demgegenüber größer, insbesondere dreimal so groß. Das heißt, diese Zahnlücke erstreckt sich in Umfangsrichtung des 60 – 2-Zahnrads über einen größeren, insbesondere dreimal so großen, Winkelbereich. Die Zähne sind dabei alle zumindest im Wesentlichen gleich breit, das heißt sie erstrecken sich in Umfangsrichtung über einen zumindest im Wesentlichen gleich großen Winkelbereich.
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Durch Erfassen der Zähne und der Zahnlücken bei sich drehender Kurbelwelle und sich drehendem 60 – 2-Zahnrad kann ein elektrisches Rechtecksignal erzeugt werden, welches aufsteigende und abfallende Flanken aufweist. Die aufsteigenden Flanken sind dabei jeweils voneinander beabstandet, ebenso die abfallenden Flanken. Die Anzahl der Abstände zwischen den Flanken entspricht dabei der Anzahl an Zahnlücken. Somit sind 58 Abstände zwischen den aufsteigenden bzw. abfallenden Flanken gegeben. 57 dieser Abstände sind nun zumindest im Wesentlichen gleich groß. Sie korrespondieren zu den 57 zumindest im Wesentlichen gleich großen Zahnlücken. Einer der 58 Abstände ist demgegenüber größer, insbesondere dreimal so groß. Dieser größere Abstand korrespondiert zu der größeren der Zahnlücke. Mit anderen Worten korrespondiert dieser größere Abstand zu einer Drehstellung der Kurbelwelle, bei welcher die größere Zahnlücke von der der Kurbelwelle zugeordnete Erfassungseinrichtung erfasst wird. Dadurch kann anhand des Rechtecksignals die Drehstellung der Kurbelwelle besonders genau erfasst werden.
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Somit können auch anhand des Signals, insbesondere des Rechtecksignals, der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung obere und untere Totpunkte eines in dem zumindest einen Brennraum translatorisch bewegbaren Kolben identifiziert werden und die Zündungen und/oder die Einspritzungen in den Brennraum zumindest im Wesentlichen exakt bei der gewünschten Drehstellung relativ zu den Totpunkten durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur einen Verlauf eines Signals, welches Drehstellungen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Personenkraftwagen charakterisiert, einen Verlauf eines Signals, welches Drehstellungen einer Einlassnockenwelle der Brennkraftmaschine charakterisiert und einen Verlauf eines Signals, welches Drehstellungen einer Auslassnockenwelle der Brennkraftmaschine charakterisiert.
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Die Figur zeigt einen Verlauf 10 eines Signals 12, welches Drehstellungen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern eines Personenkraftwagens während des Betriebs der Brennkraftmaschine charakterisiert. Bei dem Signal 12 handelt es sich um ein elektrisches Rechtecksignal, welches zwischen der Spannung 0 Volt und 5 Volt alterniert und aufsteigende sowie abfallende Flanken aufweist.
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Mit der Kurbelwelle sind über jeweilige Pleuel Kolben verbunden, welche in den Zylindern translatorisch bewegbar aufgenommen sind. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine bewegen sich die Kolben translatorisch in den Zylindern, wobei die translatorische Bewegung durch die Kurbelwelle in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird.
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Wie der Figur zu entnehmen ist, sind einigen abfallenden Flanken des Signals 12 Drehstellungen 14 in der Einheit Grad Kurbelwinkel [°KW] der Kurbelwelle zugeordnet, bei welchen die jeweiligen Kolben in den jeweiligen Zylindern ihre oberen Zündtotpunkte (ZOT – oberer Zündtotpunkt) einnehmen. Dreht sich die Kurbelwelle zweimal, so legt sie dabei 720° Kurbelwinkel zurück und jeder Zylinder bewegt sich einmal in seinen oberen Zündtotpunkt. Den Zylindern bzw. den Kolben sind Nummern 16 zugeordnet, welche wiederum den Drehstellungen 14 und damit den entsprechenden Flanken des Signals 12 zugeordnet sind. Zur Darstellung eines ruhigen Laufs der Brennkraftmaschine werden die Zylinder in der in der Figur gezeigten und von links nach rechts zu lesenden Reihenfolge der Nummern 16 gezündet. Bei 0 bzw. 720° Kurbelwinkel wird Zylinder 1 gezündet. Bei 120° Kurbelwinkel wird dann Zylinder 4 gezündet, bei 240° Kurbelwinkel wird dann Zylinder 3 gezündet. Bei 360° Kurbelwinkel wird Zylinder 6 gezündet, bei 480° Kurbelwinkel wird Zylinder 2 gezündet und bei 600° Kurbelwinkel wird Zylinder 5 der sechs Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine gezündet.
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Der in der Figur dargestellte Verlauf 10 bzw. das elektrische Signal 12 wird mittels eines sogenannten 60 – 2-Geberrads erzeugt. Bei dem 60 – 2-Geberrad handelt es sich um ein mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes Zahnrad, welches 58 zumindest im Wesentlichen gleiche, insbesondere gleich breite, Zähne umfasst. Die 58 Zähne sind in Umfangsrichtung des 60 – 2-Geberrads über dessen Umfang hinweg verteilt angeordnet, so dass sich die Zähne und zwischen den Zähnen angeordneten Zahnlücken in Umfangsrichtung abwechseln. Dies bedeutet, dass das Zahnrad 58 Zähne und damit 58 Zahnlücke zwischen jeweiligen Zähnen aufweist.
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Die Zähne und damit die Zahnlücken sind nun in Umfangsrichtung des 60 – 2-Geberrads derart angeordnet, dass zwischen zweien der 58 Zähne eine Zahnlücke gegeben ist, welche sich in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich erstreckt, welcher zumindest im Wesentlichen dreimal größer ist als der Winkelbereich, über welchen sich die restlichen 57 Zahnlücken zwischen den restlichen 57 Zähnen erstrecken. Mit anderen Worten sind 57 der 58 Zahnlücken in Umfangsrichtung gleich groß, während die 58-ste Zahnlücke dreimal so groß ist.
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Diese Anordnung der Zähne und Zahnlücken korrespondiert zu dem Verlauf 10 des elektrischen Signals 12. Bei dem Verlauf 10 korrespondiert beispielsweise ein Abstand zwischen zwei abfallenden oder aufsteigenden Flanken eines jeweiligen Rechtecks zu einer Zahnlücke bzw. zu dem Winkelbereich, über welchen sich die Zahnlücke erstreckt. Dadurch entsteht bei sich drehender Kurbelwelle und damit bei sich drehendem 60 – 2-Geberrad bei einer Umdrehung der Kurbelwelle 57 zumindest im Wesentlichen gleich große Abstände zwischen den entsprechenden Flanken und ein Abstand 18 zwischen entsprechenden Flanken, welcher dreimal so groß ist wie die restlichen 57 Abstände. Der Abstand 18 korrespondiert dabei zu der dreimal so großen Zahnlücke.
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Durch diese große Zahnlücke bzw. den großen Abstand 18 ist es möglich, den Flanken des Verlaufs 10 des Signals 12 die entsprechenden Zündtotpunkte der entsprechenden Zylinder zuzuordnen. So können Einspritzungen von Kraftstoff in die Zylinder und/oder Zündungen von sich in den Zylindern befindenden Kraftstoff-Luft-Gemischen bei gewünschten Drehstellungen der Kurbelwelle durchgeführt werden, so dass die Brennkraftmaschine einen besonders effizienten Betrieb mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und geringen CO2-Emissionen aufweist.
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Um den Betrieb sowie das Fahrverhalten, d. h. eine entsprechende Steuerbarkeit, der Brennkraftmaschine auch bei einer Störung des Signals 12, beispielsweise in Folge einer Fehlfunktion des 60 – 2-Geberrads oder einer anderweitigen Komponente zur Erzeugung und/oder zur Erfassung des Signals 12, zu gewährleisten, werden beim Ermitteln der Drehstellungen der Kurbelwelle in Abhängigkeit von dem Signal 12 die Drehstellungen der Kurbelwelle zugleich auch in Abhängigkeit von weiteren Signalen 20 und 22 ermittelt, deren jeweilige Verläufe 24 und 26 ebenso in der Figur dargestellt sind.
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Der Verlauf 24 des Signals 20 charakterisiert Drehstellungen einer Einlassnockenwelle der Brennkraftmaschine, während der Verlauf 26 des Signals 22 Drehstellungen einer Auslassnockenwelle der Brennkraftmaschine charakterisiert. Mittels der Einlassnockenwelle werden Einlassventile der Brennkraftmaschine betätigt, während mittels der Auslassnockenwelle Auslassventile der Brennkraftmaschine betätigt werden. Auch die Signale 20 und 22 alternieren zwischen der Spannung 0 Volt und 5 Volt.
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Die Signale 20 und 22 sind ebenso Rechtecksignale mit aufsteigenden und abfallenden Flanken. Zum Erzeugen der Signale 20 und 22 sind die Einlassnockenwelle und die Auslassnockenwelle jeweils mit einem Geberrad einer jeweilig zugeordneten Erfassungseinrichtung drehfest verbunden.
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Wie der Figur zu entnehmen ist, verlaufen die Flanken der Verläufe 24 und 26 der Signale 20 und 22 nicht synchron zu den Drehstellungen, zu welchen sich die Kolben in ihren oberen Zündtotpunkten befinden. Dennoch können die Verläuft 24 und 26 der Signale 20 und 22 als Zwischengrößen dazu genutzt werden, die Drehstellungen der Kurbelwelle, bei welchen sich die Kolben in ihren oberen Zündtotpunkten befinden, zu berechnen. Mit anderen Worten können Drehstellungen der Kurbelwelle anhand der Verläufe 24 und 26 der Signale 20 und 22 vorläufige ermittelt werden, bei denen Kraftstoff eingespritzt und/oder gezündet werden soll.
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Die anhand der Verläufe 24 und 26 der Signale 20 und 22 ermittelten Drehstellungen können anhand des gegenüber den Signalen 20 und 22 genaueren Verlaufs 10 des Signals 12 zeitlich kurz vor den Drehstellungen zum Einspritzen und/oder zum Zünden korrigiert werden, so dass die Einspritzung und/oder die Zündung zu einer besonders vorteilhaften Drehstellung erfolgt. Aufgrund dieser redundanten Ermittlung der Drehstellungen der Kurbelwelle, d. h. sowohl in Abhängigkeit von dem die Drehstellungen der Kurbelwelle charakterisierenden Signal 12 als auch von den die Drehstellungen der Nockenwellen charakterisierenden Signalen 20 und 22, können die vorteilhaften Einspritzungen von Kraftstoff in die Zylinder und/oder die Zündungen der jeweiligen Luft-Kraftstoff-Gemische in den Zylindern auch bei Ausfall der der Kurbelwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung oder der jeweilig den Nockenwelle zugeordneten Erfassungseinrichtung zumindest im Wesentlichen bei den vorteilhaften Drehstellungen der Kurbelwelle beibehalten und durchgeführt werden. Drehzahlschwankungen und insbesondere Drehzahleinbrüche der Kurbelwelle sind vermieden, da die Zündungen und/oder die Einspritzungen von Kraftstoff bei Ausfall oder Fehlfunktion einer der Erfassungseinrichtungen nicht unterbrochen werden müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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