DE102011005169A1 - Device for adjusting rigidity of adaptive energy absorbing structure of vehicle, has transmission device transferring portion of relative movement of mass element to die adjustable unit to adjust rigidity of energy absorbing structure - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur, auf eine adaptive Energieabsorptionsstruktur sowie auf eine Deformationsrolle zum Deformieren eines Deformationselements in einer Energieabsorptionsstruktur.The present invention relates to an apparatus for adjusting a rigidity of an adaptive energy absorption structure, an adaptive energy absorption structure, and a deformation roller for deforming a deformation element in an energy absorption structure.
Bei einer herkömmlichen verstellbaren Energieabsorptionsstruktur für Aufprallenergie bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Struktur mittels einer Aktuatorik einzustellen. Voraussetzung ist, dass in irgendeiner Weise die Art eines Crashs klassifiziert wird, beispielsweise mittels eines sogenannten Upfront-Sensors. Klassische nicht adaptive Crashboxen sind in der Regel einfache Blechbauteile ohne jegliche Intelligenz Sensorik und Aktuatorik treiben daher die Kosten einer herkömmlichen verstellbaren Energieabsorptionsstruktur in die Höhe.In a conventional adjustable energy absorption structure for impact energy, there are various possibilities for adjusting the structure by means of an actuator system. The prerequisite is that in some way the type of a crash is classified, for example by means of a so-called upfront sensor. Classic non-adaptive crash boxes are usually simple sheet metal parts without any intelligence. Sensors and actuators therefore increase the cost of a conventional adjustable energy absorption structure.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur, eine adaptive Energieabsorptionsstruktur sowie eine Deformationsrolle zum Deformieren eines Deformationselements in einer Energieabsorptionsstruktur gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an apparatus for adjusting a rigidity of an adaptive energy absorption structure, an adaptive energy absorption structure and a deformation roller for deforming a deformation element in an energy absorption structure according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Relativgeschwindigkeit zwischen einem Deformationselement und einer Energieabsorptionsstruktur, in die das Deformationselement zur Energieabsorption eingeführt wird, ein Maß für einen Energiegehalt eines Aufpralls ist, dessen Energie durch die Energieabsorptionsstruktur zu absorbieren ist. Durch ein drehbares Element kann die Relativgeschwindigkeit in eine Drehbewegung umgewandelt werden, indem das drehbare Element beispielsweise auf dem Deformationselement abrollt. Die Drehbewegung ruft in dem drehbaren Element Fliehkräfte hervor, die ein Maß für die Relativgeschwindigkeit repräsentieren. Durch eine Übertragung einer von den Fliehkräften motivierten Bewegung beweglicher Masseelemente innerhalb des drehbaren Elements auf eine Verstelleinrichtung der Energieabsorptionsstruktur lässt sich eine Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur entsprechend der Relativgeschwindigkeit einstellen.The invention is based on the finding that a relative velocity between a deformation element and an energy absorption structure into which the energy absorption deformation element is introduced is a measure of an energy content of an impact whose energy is to be absorbed by the energy absorption structure. By a rotatable element, the relative speed can be converted into a rotational movement by the rotatable element rolls, for example, on the deformation element. The rotational movement causes centrifugal forces in the rotatable element, which represent a measure of the relative speed. By transmitting a centrifugal force-motivated movement of movable mass elements within the rotatable element to an adjusting device of the energy absorption structure, it is possible to set a stiffness of the energy absorption structure in accordance with the relative speed.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur bei einem durch die adaptive Energieabsorptionsstruktur zu absorbierenden Aufprall, mit folgenden Merkmalen:
einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist, und der ausgebildet ist, um ansprechend auf den Aufprall in Drehung versetzt zu werden, wobei eine Drehgeschwindigkeit des Rotors abhängig von einer Energie des Aufpralls ist;
zumindest einem Masseelement, das mit dem Rotor gekoppelt ist, und ausgebildet ist, um bei einer Drehung des Rotors zusammen mit dem Rotor um die Drehachse zu drehen und eine von einer Größe der Drehgeschwindigkeit abhängige Relativbewegung mit zumindest einem Anteil senkrecht zur Drehachse auszuführen; und
einer Übertragungseinrichtung zum Übertragen zumindest des Anteils der Relativbewegung des Masseelements auf eine Matrizenverstelleinheit zum Einstellen der Steifigkeit der Energieabsorptionsstruktur.The present invention provides an apparatus for adjusting a stiffness of an adaptive energy absorption structure in an impact to be absorbed by the adaptive energy absorption structure, comprising:
a rotor rotatably supported about an axis of rotation and configured to be rotated in response to the impact, wherein a rotational speed of the rotor is dependent on an energy of the impact;
at least one mass element, which is coupled to the rotor, and is designed to rotate about the axis of rotation together with the rotor during rotation of the rotor and to carry out a relative movement dependent on a magnitude of the rotational speed with at least a portion perpendicular to the axis of rotation; and
a transmission device for transmitting at least the portion of the relative movement of the mass element to a Matrizenverstelleinheit for adjusting the rigidity of the energy absorption structure.
Unter einer adaptiven Energieabsorptionsstruktur kann eine Vorrichtung zum Abbau von Aufprallenergie eines Aufpralls, beispielsweise eines Fahrzeugs auf ein Hindernis verstanden werden. Beispielsweise kann die Energieabsorptionsstruktur zwischen einem Querträger und einem Längsträger eines Fahrzeugs angeordnet sein. Zur Energieabsorption kann ein Deformationselement irreversibel umgeformt werden, beispielsweise plastisch gestaucht, plastisch geweitet oder getrennt werden. Dazu wird das Deformationselement von dem Aufprall durch oder über eine Matrize in der Energieabsorptionsstruktur bewegt. Die Matrize wirkt auf das Deformationselement und formt es um. Je nachdem, wie stark das Deformationselement umgeformt wird, wird mehr oder weniger Energie pro deformierter Länge des Deformationselements benötigt, und damit von der Aufprallenergie abgebaut. Um unterschiedliche Deformationen zu erreichen, kann die Matrize von einer Matrizenverstelleinheit in zumindest einem für die Deformation relevanten Maß verstellt werden. Bei einer Verjüngungsmatrize kann beispielsweise ein Verjüngungsdurchmesser verstellt werden. Unter einem Rotor kann ein zumindest teilweise rotationssymmetrisches Element verstanden werden, das eine drehbare Lagerung in der Energieabsorptionsstruktur aufweist. Da die Aufprallenergie in direktem Zusammenhang mit einer Aufprallgeschwindigkeit steht, kann die Aufprallgeschwindigkeit als lineare Geschwindigkeit eines bewegten Elements an einem wirksamen Umfang des Rotors über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung als tangentiale Umfangsgeschwindigkeit auf den Rotor übertragen werden. Dadurch kann der Rotor in Drehung versetzt werden. In dem Rotor oder zumindest drehfest mit dem Rotor verbunden, kann ein Masseelement durch eine aus der Drehung resultierende Zentrifugalbeschleunigung eine zumindest teilweise von der Drehachse weggerichtete Relativbewegung zu dem Rotor ausführen, wenn sich der Rotor dreht. Dabei kann das Masseelement auf einer Bahnkurve beweglich sein, die beispielsweise durch Führungsflächen oder Führungselemente, wie Hebel definiert ist. Unter einer Übertragungseinrichtung kann ein Verbindungselement verstanden werden, das zumindest einen Teil der Relativbewegung des Masseelements als beispielsweise Zug, Druck oder Torsion auf die Verstelleinrichtung der Matrize überträgt. Beispielsweise kann die Übertragungseinrichtung ein Seil oder ein seilförmiges Element, ein Hebel oder stangenförmiges Element oder eine Welle oder ein torsionssteifes Element sein. Ebenso kann die Übertragungseinrichtung eine Kombination der Elemente sein.An adaptive energy absorption structure can be understood as an apparatus for reducing the impact energy of an impact, for example of a vehicle, on an obstacle. For example, the energy absorption structure may be arranged between a cross member and a longitudinal member of a vehicle. For energy absorption, a deformation element can be irreversibly reshaped, for example plastically compressed, plastically widened or separated. For this purpose, the deformation element is moved by the impact through or via a die in the energy absorption structure. The matrix acts on the deformation element and transforms it. Depending on how strongly the deformation element is reshaped, more or less energy per deformed length of the deformation element is needed, and thus degraded by the impact energy. In order to achieve different deformations, the die can be adjusted by a Matrizenverstelleinheit in at least one relevant to the deformation measure. In a tapering die, for example, a tapering diameter can be adjusted. A rotor may be understood to mean an at least partially rotationally symmetrical element which has a rotatable mounting in the energy absorption structure. Since the impact energy is directly related to an impact velocity, the impact velocity can be transmitted as a linear velocity of a moving element at an effective circumference of the rotor via a non-positive and / or positive connection as a tangential peripheral speed to the rotor. As a result, the rotor can be rotated. In the rotor, or at least non-rotatably connected to the rotor, a mass element can, by means of a centrifugal acceleration resulting from the rotation, carry out a relative movement towards the rotor, at least partially directed away from the axis of rotation, as the rotor rotates. In this case, the mass element can be movable on a trajectory, which is defined for example by guide surfaces or guide elements, such as levers. A transmission device can be understood as meaning a connection element which transmits at least part of the relative movement of the mass element, for example tension, pressure or torsion, to the adjusting device of the matrix. For example, the transmission device may be a cable or a rope-shaped element, a lever or rod-shaped element or a shaft or a torsionally rigid element. Likewise, the transmission device may be a combination of the elements.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Rotor ausgebildet sein, um bei dem Aufprall durch ein Deformationselement der Energieabsorptionsstruktur in Drehung versetzt zu werden. Dadurch kann der Aufprall direkt an der Energieabsorptionsstruktur ermittelt werden und die Energieabsorptionsstruktur unmittelbar auf eine anteilig pro Energieabsorptionsstruktur zu absorbierende Energie reagieren.According to an embodiment of the present invention, the rotor may be configured to be rotated upon impact by a deformation element of the energy absorbing structure. As a result, the impact directly on the energy absorption structure can be determined and the energy absorption structure can react directly to a energy to be absorbed proportionately per energy absorption structure.
Ferner kann auch der Rotor über eine formschlüssige Kraftübertragungsstruktur mit dem Deformationselement verbunden sein. Unter einer formschlüssigen Kraftübertragungsstruktur kann beispielsweise eine Verzahnung verstanden werden. Ebenso kann eine Mikroverzahnung als formschlüssige Kraftübertragungsstruktur verwendet werden. Dadurch kann ein Schlupf zwischen dem Deformationselement und dem Rotor verhindert werden und der Aufprall vollständig in der Drehung des Rotors abgebildet werden.Furthermore, the rotor can also be connected to the deformation element via a form-fitting force transmission structure. By a positive power transmission structure, for example, a toothing can be understood. Likewise, a micro-toothing can be used as a positive power transmission structure. Thereby, a slip between the deformation element and the rotor can be prevented and the impact can be fully mapped in the rotation of the rotor.
Auch kann die Vorrichtung zumindest eine Feder aufweisen, die mit dem Massenelement gekoppelt ist, um eine Federkraft auf das Massenelement zu übertragen. Dabei kann die Feder der Relativbewegung entgegenwirken, und zusätzlich oder alternativ das Massenelement in einer Ruhelage halten, wenn der Rotor keine Drehgeschwindigkeit aufweist. Dadurch kann der Aufprall lageunabhängig erfasst werden und die Energieabsorptionsstruktur in einem Gleichgewicht zwischen Zentrifugalkraft und rückstellender Federkraft entsprechend einer Aufprallschwere eingestellt werden.Also, the device may include at least one spring coupled to the mass member for transmitting a spring force to the mass member. In this case, the spring can counteract the relative movement, and additionally or alternatively hold the mass element in a rest position when the rotor has no rotational speed. As a result, the impact can be detected independently of position and the energy absorption structure can be set in a balance between centrifugal force and restoring spring force corresponding to an impact severity.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Rotor als Deformationsrolle gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ausgebildet sein, und die Übertragungseinrichtung kann ausgebildet sein, um den Rotor auf der Drehachse entsprechend der Drehgeschwindigkeit zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu positionieren. Dadurch kann das Deformationselement unmittelbar die Bewegung auf den Rotor übertragen. Durch eine Abrollbewegung wird ein Reibungseinfluss beim Verformen des Deformationselements minimiert. Die Übertragungseinrichtung kann direkt auf die Deformationsrolle wirken. Die Geschwindigkeit des Deformationselements in der Energieabsorptionsstruktur ist unmittelbar maßgeblich für die Deformation des Deformationselements.In a further embodiment of the present invention, the rotor may be formed as a deformation roller according to the approach presented here, and the transmission device may be configured to position the rotor on the axis of rotation according to the rotational speed between the first position and the second position. As a result, the deformation element can directly transmit the movement to the rotor. A rolling movement minimizes the influence of friction during deformation of the deformation element. The transfer device can act directly on the deformation roller. The speed of the deformation element in the energy absorption structure is directly responsible for the deformation of the deformation element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung einen zusätzlichen Rotor umfassen, der auf der Drehachse beweglich angeordnet ist. Dabei kann die Übertragungseinrichtung ausgebildet sein, um den zusätzlichen Rotor auf der Drehachse entsprechend der Drehgeschwindigkeit zwischen einer zusätzlichen ersten Position und einer zusätzlichen zweiten Position zu positionieren. Die zusätzliche erste Position und die zusätzliche zweite Position können der ersten Position und der zweiten Position auf der Drehachse symmetrisch gegenüber angeordnet sein. Durch eine symmetrische Anordnung der Rotoren können eingeleitete Kräfte in die Energieabsorptionsstruktur gleichmäßig verteilt werden.According to a further embodiment of the present invention, the device may comprise an additional rotor, which is arranged movably on the axis of rotation. In this case, the transmission device can be designed to position the additional rotor on the axis of rotation according to the rotational speed between an additional first position and an additional second position. The additional first position and the additional second position may be arranged symmetrically opposite the first position and the second position on the rotation axis. By a symmetrical arrangement of the rotors introduced forces can be evenly distributed in the energy absorption structure.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine adaptive Energieabsorptionsstruktur zum Deformieren eines Deformationselements, mit folgenden Merkmalen:
einer Matrize zum Deformieren des Deformationselements, wenn das Deformationselement relativ zu der Energieabsorptionsstruktur bewegt wird;
einer Matrizenverstelleinheit zum Verstellen einer Position der Matrize; und
zumindest einer Vorrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur, gemäß dem hier vorgestellten Ansatz.Furthermore, the invention also includes an adaptive energy absorption structure for deforming a deformation element, having the following features:
a die for deforming the deformation member when the deformation member is moved relative to the energy absorption structure;
a die adjusting unit for adjusting a position of the die; and
at least one device for adjusting a stiffness of the adaptive energy absorption structure, according to the approach presented here.
Somit kann der erfindungsgemäße Ansatz zur Einstellung der Steifigkeit bei einer bekannten Energieabsorptionsstruktur eingesetzt werden. Dabei kann die Energieabsorptionsstruktur eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Einstellen der Steifigkeit der adaptiven Energieabsorptionsstruktur aufweisen, wobei die Vorrichtungen um das Deformationselement herum angeordnet sein können. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Deformation des Deformationselements erreicht werden.Thus, the stiffness adjustment approach of the invention can be used in a known energy absorption structure. In this case, the energy absorption structure may comprise a plurality of devices for adjusting the stiffness of the adaptive energy absorption structure, wherein the devices may be arranged around the deformation element. As a result, a particularly uniform deformation of the deformation element can be achieved.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Deformationsrolle zum Deformieren eines Deformationselements in einer Energieabsorptionsstruktur, um Energie zu absorbieren, mit folgenden Merkmalen:
einer Lagerstelle zum drehbaren Lager der Deformationsrolle in der Energieabsorptionsstruktur; und
eine Deformationsfläche, die ausgebildet ist, um bei einem Einführen des Deformationselements in die Energieabsorptionsstruktur auf dem Deformationselement abzurollen um das Deformationselement in einer Radialrichtung der Deformationsrolle zu verformen.Further, the present invention provides a deformation roller for deforming a deformation element in an energy absorption structure to absorb energy, having the following features:
a bearing for rotatably supporting the deformation roller in the energy absorption structure; and
a deformation surface, which is designed to be in an insertion of the deformation element in the Unwind energy absorption structure on the deformation element to deform the deformation element in a radial direction of the deformation role.
Unter einer Deformationsrolle kann ein Wälzkörper verstanden werden, der mit einer Deformationsfläche in Kontakt zu einem Deformationselement stehen kann, wobei das Deformationselement die Deformationsrolle über die Deformationsfläche in Drehung versetzen kann, wenn das Deformationselement durch die Energieabsorptionsstruktur bewegt wird. Dabei kann die Deformationsrolle zur Vermeidung von Reibungseinflüssen auf dem Deformationselement abwälzen, und eine Kontur der Deformationsfläche in das Deformationselement einprägen. Die Deformationsfläche kann eine dem Deformationselement entsprechende Oberflächenkontur aufweisen. Die Oberflächenkontur kann auch einer Oberflächenkontur des Deformationselements angenähert sein. Die Deformationsrolle kann einen kreiszylindrischen Grundkörper aufweisen. Die Deformationsrolle kann auch einen prismatischen Grundkörper mit kreissegmentförmiger Grundfläche aufweisen. Ebenfalls kann die Deformationsrolle über zumindest einen Teilbereich der Deformationsfläche einen steigenden oder fallenden Abstand von der Deformationsfläche zur Lagerstelle aufweisen, um eine steigende oder fallende Deformation des Deformationselements über die Drehung der Deformationsrolle zu ermöglichen.A deformation roller can be understood as meaning a rolling body which can be in contact with a deformation element with a deformation surface, wherein the deformation element can set the deformation roller in rotation via the deformation surface when the deformation element is moved by the energy absorption structure. In this case, the deformation role roll on the deformation element to avoid friction influences, and impress a contour of the deformation surface in the deformation element. The deformation surface may have a surface contour corresponding to the deformation element. The surface contour can also be approximated to a surface contour of the deformation element. The deformation role may have a circular cylindrical body. The deformation role may also have a prismatic body with a circular segment-shaped base. Likewise, the deformation roller over at least a portion of the deformation surface may have an increasing or decreasing distance from the deformation surface to the bearing point to allow an increasing or decreasing deformation of the deformation element via the rotation of the deformation role.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Lagerstelle auf einer Drehachse verschiebbar angeordnet sein. Dabei kann die Deformationsrolle ausgebildet sein, das Deformationselement mit einer ersten Deformation zu deformieren, wenn die Deformationsrolle eine erste Position auf der Drehachse einnimmt. Ferner kann die Deformationsrolle ausgebildet sein, das Deformationselement mit einer zweiten Deformation zu deformieren, wenn die Deformationsrolle eine zweite Position auf der Drehachse einnimmt. Schließlich kann die Deformationsrolle ausgebildet sein, um das Deformationselement mit zumindest einer weiteren Deformation zu deformieren, wenn die Deformationsrolle zumindest eine weitere Position auf der Drehachse einnimmt, wobei die weitere Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position angeordnet ist. Die erste Position und die zweite Position, sowie die weitere Position können auf der Drehachse senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des Deformationselements ausgerichtet sein. Durch eine axiale Verschiebung der Deformationsrolle auf der Drehachse kann ein Abstand zwischen der Deformationsrolle und dem Deformationselement verändert werden. Dadurch kann die Deformation des Deformationselements verändert werden.According to a further embodiment of the present invention, the bearing can be arranged displaceably on a rotation axis. In this case, the deformation roller may be designed to deform the deformation element with a first deformation when the deformation roller assumes a first position on the axis of rotation. Furthermore, the deformation roller may be configured to deform the deformation element with a second deformation when the deformation roller assumes a second position on the axis of rotation. Finally, the deformation roller can be designed to deform the deformation element with at least one further deformation when the deformation roller occupies at least one further position on the rotation axis, the further position being arranged between the first position and the second position. The first position and the second position, as well as the further position may be aligned on the axis of rotation perpendicular to a main extension direction of the deformation element. By an axial displacement of the deformation roller on the axis of rotation, a distance between the deformation roller and the deformation element can be changed. Thereby, the deformation of the deformation element can be changed.
In einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Drehachse in einem spitzen Winkel zu der Deformationsfläche angeordnet sein, und die Deformationsfläche kann tangential an dem Deformationselement anliegen. Dadurch kann die Deformationsfläche einen Druck auf das Deformationselement senkrecht zu einer Oberfläche des Deformationselements ausüben und die Deformation kann besonders gleichmäßig erfolgen.In an additional embodiment of the present invention, the axis of rotation may be disposed at an acute angle to the deformation surface, and the deformation surface may be tangent to the deformation element. As a result, the deformation surface exert a pressure on the deformation element perpendicular to a surface of the deformation element and the deformation can be particularly uniform.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Die Vorrichtung
Die Grundlage des hier vorgestellten Ansatzes ist es, Fliehkräfte zur Einstellung der adaptiven Crashstruktur zu nutzen, die bei rotierenden Massen
Prinzipiell sind verschiedene Varianten zur Einstellung der Crashstruktur anwendbar. Die
Jedem Rad
Die Matrizensegmente
Das Rohr
Somit werden die Sperrelemente
Die Räder
Über je zwei Seile
Die Seile
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden vorteilhafterweise mindestens zwei entsprechend
In
Bei Drehung der Walzen
Die Fliehkraftmassen in Form der Kugeln
Alternativ können die Fliehkraftmassen
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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