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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Radbremsvorrichtung zum Bremsen mindestens eines Rads eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Radbremsvorrichtungen zum Bremsen mindestens eines Rads eines Kraftfahrzeugs, die eine magnetorheologische Suspension verwenden sind bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2013 221 084 A1 . Hierbei wird eine Suspension aus feinen, magnetisch polarisierten Partikeln in einer Trägerflüssigkeit als magnetorheologisches Material verwendet. Carbonyl-Eisenpulver kann hierbei eingesetzt werden. Carbonyl-Eisenpulver weist eine kristalline Struktur auf. Nachteilig hieran ist, dass die magnetische Koerzitivfeldstärke H
c mit der mechanischen Härte korreliert. Dies bedeutet, dass Partikel mit hoher magnetische Permeabilität und geringem H
c vollständig kristallin und somit mechanisch weich und folglich unter mechanischer Belastung leicht verformbar sind. Durch die Verformung werden Versetzungen ins Gefüge eingetragen, die zu einer Erhöhung der magnetischen Koerzitivfeldstärke H
c führen. Damit sinkt auch die Permeabilität der Partikel und die Stärke der benötigten magnetischen Felder zur Erhöhung der Viskosität der magnetorheologischen Suspension steigt. Der erhöhte H
c-Wert entspricht auch einem erhöhten magnetischen Restmoment der Partikel nach dem Verschwinden des zuvor angelegten magnetischen Felds. Dies führt dazu, dass sich die Partikel auch nach Abschalten des elektromagnetischen Felds magnetisch gegenseitig anziehen und zu einer Verklumpung neigen. Dies bereitet insbesondere Probleme, wenn in der Bremse zur Verringerung des Schleppmoments im Fahrbetrieb die magnetorheologische Suspension oder die Partikel der Suspension von einer rotierenden Scheibe getrennt werden sollen. Für einen nachfolgenden Bremsprozess ist eine schnelle Resuspension entscheidend.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Radbremsvorrichtung zum Bremsen mindestens eines Rads eines Kraftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Erhöhung der magnetischen Koerzitivfeldstärke der Partikel einer magnetorheologischen Suspension einer Radbremsvorrichtung bei der Benutzung der Radbremsvorrichtung über die Zeit wirksam zu verhindern.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Radbremsvorrichtung zum Bremsen mindestens eines Rads eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Radbremsvorrichtung magnetorheologisches Material, insbesondere eine magnetorheologische Suspension, umfasst, wobei die Radbremsvorrichtung zum Verändern einer Magnetfeldstärke, die auf das magnetorheologische Material wirkt, zum Verändern der Viskosität des magnetorheologischen Materials ausgebildet ist, wobei eine von der Radbremsvorrichtung auf das Rad ausgeübte Bremskraft von der Viskosität des magnetorheologischen Materials abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetorheologische Material ferromagnetische amorphe Partikel umfasst.
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Ein Vorteil hiervon ist, dass beim Einwirken mechanischer Kräfte auf die Partikel der magnetorheologischen Suspension im Allgemeinen keine Versetzungen in einem Kristallgitter der Partikel auftreten können. Somit erhöht sich die magnetische Koerzitivfeldstärke der Partikel bei mechanischen Beschädigungen der Partikel typischerweise im Wesentlichen nicht. Somit weist die magnetorheologische Suspension nach dem Verschwinden eines zuvor auf die magnetorheologische Suspension angelegten Magnetfelds in der Regel eine deutlich geringe Viskosität als während des Anliegens des Magnetfelds auf, da eine schnelle Resuspension stattfindet, weil die Partikel sich nicht bzw. kaum gegenseitig anziehen. Somit können zur Verringerung des Schleppmoments im Fahrbetrieb im Allgemeinen die magnetorheologische Suspension in der Radbremsvorrichtung oder die Partikel der Suspension in der Radbremsvorrichtung technisch einfach und ohne großen Kraftaufwand von einer (rotierenden) Scheibe der Bremse getrennt werden. Zudem können typischerweise mechanisch sehr harte Partikel verwendet werden, so dass mechanische Beschädigungen der Partikel durch den Betrieb der Radbremsvorrichtung im Wesentlichen verhindert werden.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Die Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, eine magnetorheologische Suspension mit Partikeln, die eine amorphe, d.h. nicht-kristalline, Struktur aufweisen, für eine Radbremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu verwenden, wobei die Viskosität der magnetorheologischen Suspension mittels Magnetfelder zum Bremsen des Rads verändert werden kann. Die Partikel können eine geringe magnetische Koerzitivfeldstärke aufweisen und können diese auch bei längerem und/oder intensivem Betrieb der Radbremsvorrichtung beibehalten.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Partikel metallisches Glas. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Partikel typischerweise eine besonders hohe mechanische Härte aufweisen. Somit ist die Radbremsvorrichtung in der Regel besonders langlebig bzw. es können große Intervalle zwischen den Wartungen Radbremsvorrichtung liegen. Zudem ist hierdurch im Allgemeinen technisch einfach sichergestellt, dass die Partikel eine amorphe Struktur aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Partikel eine eisenbasierte Legierung auf. Vorteilhaft hieran ist, dass die Partikel typischerweise technisch einfach und kostengünstig herstellbar sind. Zudem sind eisenbasierte Legierungen in der Regel einfach magnetisierbar.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Partikel Silizium, Bor, Niob, Aluminimum, Mangan, Kohlenstoff, Molybdän und/oder Phosphor. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Partikel in der Regel bei gleicher Härte eine besonders geringe magnetische Koerzitivfeldstärke aufweisen können. Zudem können die Partikel im Allgemeinen eine besonders große mechanische Härte aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Material der Partikel eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 5 A/cm, insbesondere weniger als 2 A/cm, vorzugsweise weniger als 1 A/cm, auf. Vorteilhaft hieran ist, dass typischerweise eine besonders schnelle Resuspension nach dem Verschwinden des zuvor angelegten Magnetfelds stattfindet. Zudem wird im Allgemeinen ein Verklumpen der Partikel durch gegenseitiges Anziehen nach dem Abschalten bzw. Anlegen des elektromagnetischen Felds sicher verhindert. Folglich weist die Radbremsvorrichtung im Allgemeinen eine besonders geringe Ansprechzeit auf. Zudem lösen sich die Partikel in der Regel technisch einfach von weiteren magnetischen Teilen der Radbremsvorrichtung (z.B. Scheiben der Radbremsvorrichtu ng).
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Grundmaterial der Partikel eine Vickershärte von mindestens 800, insbesondere mindestens 1000, auf. Vorteilhaft hieran ist, dass die Partikel in der Regel auch hohen Kräften ohne mechanische Beschädigungen standhalten. Folglich treten in der Regel auch keine Veränderungen der magnetischen Koerzitivfeldstärke der Partikel über die Zeit auf. Somit weist die Radbremsvorrichtung typischerweise eine besonders hohe Lebensdauer auf. Das Grundmaterial kann insbesondere das Material sein, aus dem die Partikel hauptsächlich bestehen.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt die Dehngrenze (Rp) des Materials der Partikel im Bereich von ca. 3 GPa bis ca. 4 GPa. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Partikel in der Regel besonders formstabil sind. Somit treten in der Regel keine oder nur sehr geringe Änderungen der magnetischen Koerzitivfeldstärke der Partikel über die Zeit auf.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Dichte der Partikel in dem magnetorheologische Material und/oder die Größe der Partikel in dem magnetorheologischen Material derart, dass beim Anlegen eines Magnetfelds an das magnetorheologische Material eine Kette von sich gegenseitig anziehenden Partikeln entsteht, die sich von einer ersten Seite des magnetorheologische Materials zu einer zweiten der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des magnetorheologischen Materials erstreckt (Dichte etc.). Vorteilhaft hieran ist, dass die Viskosität in der Regel besonders stark durch das Anlegen eines elektromagnetischen Felds geändert werden kann. Somit kann typischerweise technisch einfach eine besonders hohe Bremswirkung der Radbremsvorrichtung auf das Rad des Kraftfahrzeugs erreicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Radbremsvorrichtung zwei zueinander im Wesentlichen parallel verlaufende und relativ zueinander bewegliche Scheiben auf, wobei die beiden Scheiben jeweils ein magnetisierbares Material umfassen. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Radbremsvorrichtung im Allgemeinen technisch besonders effektiv innerhalb einer kurzen Ansprechzeit eine große Bremskraft auf das Rad des Kraftfahrzeugs aufbringen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Partikel im Wesentlichen die gleiche Größe auf. Ein Vorteil hiervon ist, dass die durch die Bremsung auftretenden Kräfte in dem magnetorheologischen Material typischerweise besonders gleichmäßig über das magnetorheologische Material verteilt sind. Hierdurch wird im Allgemeinen ein Verschleiß der Radbremsvorrichtung noch stärker vermindert.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Radbremse beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Radbremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Radbremsvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug.
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Das Kraftfahrzeug kann unter anderem ein PWK, LKW, Bus, Motorrad, ein Flugzeug oder ein schienengebundenes Fahrzeug, wie z.B. ein Zug, sein.
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Die Radbremsvorrichtung 10 kann eines oder mehrere Räder des Kraftfahrzeugs bremsen.
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Die Radbremsvorrichtung 10 weist eine statische bzw. feststehende Scheibe 30 und eine gegenüber der statischen Scheibe 30 bewegliche Scheibe 40 auf. Die beiden Scheiben 30, 40 sind beabstandet zueinander und parallel zueinander angeordnet. Die beiden Scheiben 30, 40 stellen Randbegrenzungen eines Behälters dar, in dem ein magnetorheologisches Material, insbesondere eine magnetorheologische Suspension 60, angeordnet ist.
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Die magnetorheologische Suspension 60 weist eine Flüssigkeit 70, z.B. Öl, und (Feststoff-)Partikel 80-85, die in der Suspension 60 verteilt sind, auf. Die Partikel 80-85 weisen eine amorphe, d.h. eine nicht-kristalline, Struktur auf. Die Partikel 80-85 sind ferromagnetisch. Die Partikel 80-85 können jeweils die gleiche Größe haben. Vorstellbar ist jedoch auch, dass die Partikel 80-85 (leicht) unterschiedliche Größen aufweisen. Die Partikel 80-85 können insbesondere im Wesentlichen kugelförmig sein.
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Die Partikel 80-85 können z.B. eine Verbindung oder einer Legierung auf Eisenbasis umfassen oder daraus bestehen. Zusätzlich können die Partikel 80-85 Silizium, Bor, Niob, Aluminimum, Mangan, Kohlenstoff und/oder Phosphor aufweisen bzw. daraus bestehen. Beispielsweise können die Partikel 80-85 eine Eisen-Kohlenstoff-Phosphor-Bor-Silizium-Molybdän-Verbindung bzw. -Legierung aufweisen bzw. daraus bestehen.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu können die Partikel 80-85 der Suspension 60 eine Eisen-Bor-Silizium-Niob-Verbindung bzw. -Legierung aufweisen.
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Auch können zusätzlich oder alternativ hierzu die Partikel 80-85 eine Eisen-Phosphor-Bor-Silizium-Legierung bzw. -Verbindung aufweisen.
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Die ferromagnetischen amorphen Partikel 80-85 können beispielsweise folgendes Material umfassen oder daraus bestehen:
Fe76-xC7Si3.3B5P8.7Mox, wobei x=1, 3 oder 5 beträgt
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Insbesondere können die Partikel 80-85 folgende Materialen aufweisen oder daraus bestehen: Fe73C7Si3.3B5P8.7Mo3, Fe73C7Si3.3B5P8.7Mo3 und/oder Fe76.8C6Si2.9B4.3P7.5Mo2.6 und/oder Fe80.2C5.1Si2.4B3.7P6.4Mo2.2 und/oder Fe72.2C6.9Si3.3B5P8.7M02.9Cu1.
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Beispielsweise können die Partikel 80-85 auch folgendes Material aufweisen oder daraus bestehen:
Fe79-xC4Si3B4P10Mox, wobei x im Bereich zwischen 0 und 6 liegt.
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Beispielsweise können die Partikel 80-85
Fe76C4Si3B4P10Mo3 Fe73.5SixB22.5-xNb3Cu1 (wobei x=11.5 oder 13.5 ist) und/oder Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1 umfassen oder daraus bestehen.
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Weitere Materialien, die Niob umfassen und die Teil der ferromagnetischen amorphen Partikel 80-85 sein oder aus denen die Partikel 80-85 bestehen können, sind beispielsweise folgende: Fe73.3Si13.3B8.8Nb4.6, (Fe0.75B0.15Si0.10)100-xNbx (wobei x=1, 2 oder 4 ist). Insbesondere folgende Materialien sind vorstellbar:
(Fe0.775B0.125Si0.10)98Nb2 und/oder Fe72B14.4Si9.6Nb4.
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Auch sind folgende Materialien vorstellbar:
Fe83.2-xCxSi3.3B4.8P8.7 (wobei x=3.9, 5.9 oder 7.9 ist).
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Beispielsweise können die Partikel 80-85 Fe77.3C5.9Si3.3B4.8P8.7, Fe77.3C5.9Si3.3B4.8P8.7 und/oder Fe76Si9B10P5 umfassen.
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Die Partikel 80-85 weisen beispielsweise eine Größe bzw. einen Durchmesser von einigen Mikrometern bis zu wenigen Millimetern auf.
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Die Partikel 80-85 weisen eine geringe magnetische Koerzitivfeldstärke auf bzw. eine geringe Remanenz auf. Dies bedeutet, dass die Partikel 80-85 nach einem Anlegen eines elektromagnetischen Felds auf das magnetorheologische Material und dem Verschwinden des angelegten elektromagnetischen Felds eine geringe Magnetisierung bzw. ein geringes magnetisches Moment zurückbehalten. Zum Beispiel kann das magnetische Moment, wenn kein elektromagnetisches Feld mehr vorhanden ist, weniger als ca. 8 A/cm, insbesondere weniger als ca. 5 A/cm, vorzugsweise weniger als 1 A/cm, betragen.
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Zudem werden die Partikel 80-85 beim Anlegen eines elektromagnetischen Felds schnell bzw. stark magnetisiert.
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Wenn ein Stromkreis geschlossen ist, wird durch einen Elektromagneten 50 ein elektromagnetisches Feld an den Behälter bzw. die magnetorheologische Suspension 60 derart angelegt, dass die Magnetfeldlinien 90-93 von einer Scheibe 30 zu der anderen Scheibe 40 verlaufen. Zwischen den beiden Scheiben 30, 40 bilden die Partikel 80-85 perkolierende (d.h. von einer Scheibe 30 zu der anderen Scheibe 40 verlaufende bzw. über die gesamte in 1 von oben nach unten verlaufende Höhe des Behälters verlaufende) Ketten.
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Zudem wird dadurch, dass sich die Partikel 80-85 gegenseitig anziehen, die Viskosität der magnetorheologische Suspension 60 stark erhöht (z.B. von 0,1 Pa s auf über 10 Pa s).
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Hierdurch wird eine Bewegung der beweglichen Scheibe 40 gegenüber der festen bzw. nicht-beweglichen Scheibe 30 stark vermindert bzw. sogar im Wesentlichen verhindert. Die bewegliche Scheibe 40 überträgt die Bremswirkung auf das Rad des Kraftfahrzeugs. Hierdurch wird mindestens ein Rad des Kraftfahrzeugs abgebremst. Die bewegliche Scheibe 40 kann insbesondere parallel zu der stationären Scheibe 30 beweglich sein.
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Die Partikel 80-85 weisen eine große mechanische Härte auf. Insbesondere kann die Vickershärte (HV1) des Materials der Partikel 80-85 (insbesondere wenn dieses als Bandmaterial bzw. bandförmiges Material vorliegt) bei ca. 1000 liegen.
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Die Dehngrenze (Rp) des Materials der Partikel 80-85 (insbesondere wenn dieses als Bandmaterial bzw. bandförmiges Material vorliegt) bei ca. 3 GPa bis ca. 4 GPa liegen.
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Beim Bremsen wirken große Kräfte auf die Partikel 80-85, u.a. Scherkräfte. Da die Partikel 80-85 eine große mechanische Härte aufweisen, werden die Partikel 80-85 beim Betrieb der Radbremsvorrichtung 10 nicht geschädigt bzw. verschleißt. Insbesondere findet kein Verschleiß der Partikel 80-85 statt. Somit weist die Radbremsvorrichtung 10 eine hohe Lebensdauer auf. Die Wartungsintervalle der Radbremsvorrichtung 10 können somit sehr groß sein.
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Die Partikel 80-85 können somit eine hohe mechanische Härte bei einem geringen Wert für die magnetische Koerzitivfeldstärke aufweisen. Dies führt dazu, dass auch bei großen auftretenden mechanischen Kräften beim Betriebe der Radbremsvorrichtung 10 sich die magnetische Koerzitivfeldstärke der Partikel 80-85 im Wesentlichen nicht ändert. Somit sind die Bremswirkung der Radbremsvorrichtung 10, wenn ein elektromagnetisches Feld anliegt, und das Nicht-Bremsen des Rads, wenn kein elektromagnetisches Feld anliegt, über die Zeit im Wesentlichen unverändert.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221084 A1 [0002]