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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ultraschallkommunikation zwischen wenigstens zwei Fahrzeugen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art sowie ein Fahrzeug zumindest mit einer Recheneinheit und einer Ultraschall-Sende/Empfangseinheit.
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Fahrzeug verfügen heutzutage oftmals über verschiedene Kommunikationseinrichtungen zur Datenübertragung. Diese Kommunikationseinrichtungen verwenden meist eine elektromagnetische Trägerwelle zur Übertragung der Daten. Beispiele hierfür sind funkbasierte Datenübertragungen mittels Bluetooth, Mobilfunk oder Wireless Lan. Auch eine Datenübertragung im optischen Bereich, beispielsweise unter Nutzung von Laserlicht oder Infrarotlicht, ist bekannt. Dabei kann es vorkommen, dass sich ein Fahrzeug an einem Ort aufhält, an welchem ein eingeschränkter Empfang zum Übertragen und/oder Empfangen von mittels elektromagnetischen Wellen übertragenen Daten vorliegt. Beispielsweise kann ein Fahrzeug keine Daten über Mobilfunk empfangen oder versenden, wenn es durch eine Region mit einer schlechten Netzabdeckung, also ein „Funkloch“, fährt. Ebenso kann der Empfang bzw. die Fähigkeit Daten zu senden beim Aufenthalt in einer Tiefgarage eingeschränkt sein. So können beispielsweise Mobilfunksignale oder von globalen Positionssatellitensystemen versendete Signale nicht zum Fahrzeug vordringen. Auch eine Kommunikation mittels optischer Systeme ist problematisch, da diese oftmals auf eine direkte Sichtverbindung zweier kommunizierender Sende- bzw. Empfangseinheiten angewiesen sind.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik generell Vorrichtungen zur Übertragung von Daten unter Verwendung von Schall bekannt. Dabei bietet das Versenden von Daten unter Nutzung einer akustischen Trägerwelle Vorteile wenn eine Datenübertragung unter Nutzung einer elektromagnetischen Welle nicht möglich ist, beispielsweise bei Aufenthalt eines Fahrzeugs in einem Parkhaus, einer Tiefgarage oder dergleichen. So können elektromagnetische Wellen nur schwer durch massive Betonwände und Decken einer Tiefgarage vordringen. Schall kann sich jedoch, insbesondere durch das Reflektieren von Schallwellen an Begrenzungsflächen, dank der Erzeugung von Echos vergleichsweise gut innerhalb der Tiefgarage ausbreiten. So ist auch eine Kommunikation zwischen zwei sich an verschiedenen Punkten in der Tiefgarage aufhaltenden Fahrzeugen möglich, auch wenn diese keine direkte Sichtverbindung zueinander aufweisen. Eine Verwendung von Ultraschall bietet dabei den Vorteil, dass Menschen entsprechende Schallwellen nicht wahrnehmen können, somit auch nicht gestört werden. Typischerweise werden hierzu Schallfrequenzen oberhalb einer Wahrnehmbarkeitsgrenze des menschlichen Gehörs genutzt, insbesondere Frequenzen oberhalb von 16 kHz.
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Ferner können mittels Schall Informationen über vergleichsweise große Distanzen unter Wasser übertragen werden. So werden elektromagnetische Wellen von Wasser so stark gedämpft, dass sich die elektromagnetischen Wellen oftmals nur wenige Meter im Wasser ausbreiten können. Schallwellen können jedoch über sehr weite Distanzen bis in eine Größenordnung von mehreren hundert Kilometern in Wasser übertragen werden. Gegenstand aktueller Forschungsthemen sind beispielsweise das Erzeugen eines akustikbasierten Internets unter Wasser sowie eine Fernsteuerung unbemannter Unterwasserfahrzeuge mittels per Schall übertragener Daten.
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Zudem ist aus dem Stand der Technik bekannt Informationen zwischen Fahrzeugen über Ultraschall zu übertragen. So offenbart die
DE 102 29 032 A1 eine Ultraschall-Sende/Empfangseinheit für ein Kraftfahrzeug. Fahrzeuge weisen oftmals bereits Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtungen auf. Beispielsweise handelt es sich dabei um Ultraschallsensoren zur Ortung von Objekten im Nahbereich, welche insbesondere als Einparkhilfe verwendet werden. Durch Aussenden von Pulsen oder Pulsfolgen von Akustiksignalen und Reflektieren dieser Signale an Objekten lässt sich ein Abstand bzw. eine Relativposition und Relativgeschwindigkeit eines Objekts zum Sender der Akustiksignale ermitteln. Die Druckschrift beschreibt dabei eine Integration einer Datenübertragungsfunktion in eine in einem Fahrzeug bestehende Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtung. Die in der Druckschrift offenbarte Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtung erlaubt zum einen eine unidirektionale Datenübertragung als auch eine bidirektionale Datenübertragung. Es wird auch beschrieben, gleichzeitig sowohl Abstandsmessungen durchzuführen, als auch Daten zu übertragen. Dabei ist eine erste Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtung an einem Fahrzeug vorgesehen, insbesondere einer Einparkhilfe, und eine zweite Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtung in Form einer stationären oder dynamischen Vorrichtung vorgesehen. Bei einer statischen Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Türöffner, beispielsweise eines Garagentors, um einen akustischen Lichtschalter oder eine Alarmanlage. Neben Berechtigungssignalen wie Signalen zur Zugangskontrolle und/oder Navigationssignalen werden auch Identifikationssignale, Gebührensignale sowie Service- und/oder Diagnosesignale über Schall ausgetauscht. Bei einer dynamischen Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine zweite, ebenfalls von einem Fahrzeug umfasste Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtung. Die Druckschrift beschreibt dabei lediglich das Vorsehen einer solchen Ultraschall-Sende/Empfangsvorrichtung an einem Fahrzeug, beschreibt jedoch nicht, welchen Zweck diese dient und/oder welche Informationen zwischen den Fahrzeugen ausgetauscht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ultraschallkommunikation zwischen wenigstens zwei Fahrzeugen anzugeben, mit dessen Hilfe eine Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Ultraschallkommunikation zwischen wenigstes zwei Fahrzeugen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mittels eines Fahrzeugs zumindest mit einer Recheneinheit und einer Ultraschall-Sende/Empfangseinheit gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
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Bei einem Verfahren zur Ultraschallkommunikation zwischen wenigstes zwei Fahrzeugen der eingangs genannten Art übermittelt erfindungsgemäß das erste Fahrzeug eine Information über ein in kürze stattfindendes Fahrmanöver an zumindest ein weiteres Fahrzeug mittels Ultraschallkommunikation.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich ein Fahrzeug besonders sicher betreiben. So warnt das erste Fahrzeug wenigstens ein weiteres Fahrzeug vor einem geplanten Fahrmanöver des ersten Fahrzeugs, wodurch das wenigstens eine weitere Fahrzeug entsprechend auf das Fahrmanöver des ersten Fahrzeugs reagieren kann. Beispielsweise führt das zweite Fahrzeug ein Brems- oder Ausweichmanöver durch, um eine Kollision mit dem ersten Fahrzeug zu vermeiden.
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Eine Übertragung von Fahrmanöverinformationen zwischen Fahrzeugen ist generell bekannt. Hierzu wird typischerweise eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle wie eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationsschnittstelle verwendet. Auch ein Erfassen des ersten Fahrzeugs mit Hilfe einer Kamera des zweiten Fahrzeugs und Auswerten entsprechender Kamerabilder ließe sich als Datenübertragung verstehen. So deutet das Aufleuchten von an einem Heck des ersten Fahrzeugs angeordneten Bremsleuchten beispielsweise auf ein Bremsmanöver des ersten Fahrzeugs hin oder das Setzen eines Blinkers auf einen geplanten Spurwechsel. Dabei werden Informationen mittels Licht, also analog zu einer Nutzung einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationsschnittstelle unter Nutzung einer elektromagnetischen Welle, übertragen. Dabei kann es jedoch vorkommen, dass eine Datenübertragung unter Nutzung elektromagnetischer Wellen wie Funk oder Licht nicht möglich ist, beispielsweise weil keine direkte Sichtverbindung zwischen den beiden Fahrzeugen besteht, weil sich Fahrzeuge außerhalb einer gemeinsamen Funkreichweite befinden oder weil eine Funk-Empfangs/Sendeanlage beschädigt ist. In einem solchen Fall können die Fahrzeuge auf eine ultraschallbasierte Informationsübertragung zurückgreifen.
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Bei dem Fahrmanöver kann es sich um ein beliebiges Fahrmanöver des ersten Fahrzeugs handeln. Beispielsweise kann das erste Fahrzeug beschleunigen, bremsen oder in eine beliebige Richtung lenken. Ebenso ist es denkbar, dass die per Ultraschallkommunikation versendete Information eine Information umfasst, dass das erste Fahrzeug bewegungsunfähig ist. Ein in kürze stattfindendes Fahrmanöver bedeutet dabei, dass das erste Fahrzeug plant, in einen vergleichsweise kurzen Zeitabstand wie einigen wenigen Sekunden bis Millisekunden oder aber auch genau zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ultraschallkommunikation stattfindet, das Fahrmanöver durchzuführen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit der empfangenen Information zumindest im zweiten Fahrzeug wenigstens ein Aktor zur Durchführung eines vom Fahrmanöver des ersten Fahrzeugs abhängiges Fahrmanöver vorkonditioniert wird. Hierdurch kann eine Sicherheit im Straßenverkehr noch zuverlässiger erhöht werden. Gibt das erste Fahrzeug beispielsweise eine Information darüber aus, dass es eine Notbremsung durchführt, so kann das weitere Fahrzeug, insbesondere ein dem ersten Fahrzeug folgendes Fahrzeug, eine Bremse durch Erzeugen und Bereitstellen eines erhöhten Bremsdrucks vorkonditionieren. Somit kann das weitere Fahrzeug stärker bzw. schneller bremsen, wodurch ein Bremsweg verkürzt werden kann. Somit lässt sich die Gefahr eines Auffahrunfalls auf das erste Fahrzeug reduzieren.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens überträgt das erste Fahrzeug zumindest mittels zwei voneinander unabhängigen Ultraschall-Sendeeinheiten, insbesondere Lautsprechern, Informationen per Ultraschall. Dabei senden die wenigstens zwei Ultraschall-Sendeeinheiten jeweils mit einer individuellen Schallfrequenz. Indem mehrere Ultraschall-Sendeeinheiten mit einer individuellen Schallfrequenz, auch als Tonhöhe bezeichnet, senden, lassen sich Informationen schneller bzw. eine größere Informationsmenge bei gleicher Übertragungszeit übermitteln. So kann beispielsweise eine erste Information zu einer ersten Schallfrequenz und eine zweite Information zu einer zweiten Schallfrequenz übertragen werden. Dies ermöglicht insbesondere eine gleichzeitige Übermittlung verschiedener Informationstypen. Zum Empfangen von den Ultraschall-Sendeeinheiten ausgesendeten Ultraschallsignale kann eine Empfangseinheit in Form eines oder mehrerer Mikrofone dienen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ferner vor, dass wenigstens zwei Fahrzeuge kodierte Informationen austauschen, insbesondere mittels Morse-Code oder Binärcode kodierte Informationen. Generell ist es denkbar, dass alleine über ein Akustiksignal mit einer festen Schallfrequenz bzw. Tonhöhe eine Information übertragen wird. So kann beispielsweise eine Sinusschwingung mit einer Frequenz von 16 kHz auf ein Bremsmanöver hindeuten, und eine Sinusschwingung mit einer Frequenz von 20 kHz auf einen Rechtsabbiegevorgang. Indem per Ultraschall kodierte Informationen übertragen werden, lässt sich jedoch eine mit einer akustischen Trägerwelle übermittelte Informationsmenge erhöhen. Beispielsweise lassen sich die Informationen in Form von maschinenlesbaren Daten kodieren. Dabei stellen Morse-Code als auch Binärcode bewährte Kodierungsmethoden dar. Hierzu kann ein Ultraschallsignal beliebig während des Aussendens des Ultraschallsignals moduliert werden. Beispielsweise kann eine Tonhöhe, Aussendedauer, Amplitude, Phasenlage oder dergleichen des Ultraschallsignals variiert werden. Dabei können auch bekannte Methoden zur Vermeidung und/oder Kompensation von Datenverlust wie einem Paketverlust aufgrund von Jitter, angewendet werden.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens führt das erste Fahrzeug nur dann eine Ultraschallkommunikation durch, wenn ein Informationsaustausch mit zumindest einem Zielfahrzeug über eine auf elektromagnetischer Strahlung basierende Kommunikationstechnik nicht möglich ist. So lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren als Backup Lösung verstehen für den Fall, dass bewährte Datenübertragungsmechanismen wie eine Datenübertragung per Funk, Radiowellen, Bluetooth, WiFi oder dergleichen nicht möglich sind.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht ferner vor, dass die Information über das in kürze stattfindende Fahrmanöver zumindest eine der folgenden Inhalte umfasst:
- - eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine zu einem festgelegten Zeitpunkt erreichte Fahrzeuggeschwindigkeit;
- - ein Routenereignis; und/oder
- - ein geplanter Eingriff in eine Längs- und/oder Querführung des ersten Fahrzeugs.
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Dabei stellen eine Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation sowie eine Information über einen geplanten Eingriff in eine Längs- und/oder Querführung besonders relevante Informationen dar. So kann das zweite Fahrzeug unter einer Auswertung der genannten Informationen beispielsweise eine vom ersten Fahrzeug gewählte Trajektorie bestimmen und diese mit einer vom zweiten Fahrzeug geplanten Trajektorie vergleichen, wobei eine potenzielle Unfallgefahr droht, wenn sich die beiden Trajektorien schneiden. So kann das zweite Fahrzeug beispielsweise dem ersten Fahrzeug ausweichen oder zur Vermeidung einer Kollision bremsen. Durch Versenden einer Information bezüglich eines Routenereignisses lassen sich noch umfangreichere Informationen übermitteln. Beispielsweise kann es sich bei dem Routenereignis über das Erkennen einer temporären Baustelle handeln, welches mit einer Reduktion eines aktuell geltenden Tempolimits behaftet ist. Wird diese Information vom ersten an das zweite Fahrzeug übergeben, kann beispielsweise das zweite Fahrzeug eine Geschwindigkeitsregelanlage frühzeitig auf das künftig geltende reduzierte Tempolimit einstellen.
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Bevorzugt führt das zweite Fahrzeug nach Empfangen der Information eine Plausibilitätsprüfung der empfangenen Information durch. Beispielsweise kann es vorkommen, dass eine per Ultraschallkommunikation übertragene Information fehlerbehaftet ist oder falsch ausgewertet wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein bei einer Signalüberlagerung mit destruktiver Interferenz oder bei einem Übertönen eines Ultraschallsignals durch ein lauteres Geräusch, beispielsweise durch einen Presslufthammer. So wertet das zweite Fahrzeug mit einer eigenen Sensorik, insbesondere Umgebungssensoren wie einem Abstandsradar, einem Laserscanner oder einer Kamera eine Fahrzeugumgebung aus. So lassen sich unerwünschte vom zweiten Fahrzeug durchgeführte Fahrmanöver, welche sich auf eine Falschinterpretation oder eine Auswertung lückenhafter Daten zurückführen lassen, verhindern.
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Bei einem Fahrzeug mit zumindest einer Recheneinheit und einer Ultraschall-Sende/Empfangseinheit ist erfindungsgemäß die Recheneinheit dazu eingerichtet, ein im Vorigen beschriebenes Verfahren auszuführen. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges Fahrzeug wie einen Pkw, Lkw, Transporter, Bus, Motorrad oder dergleichen handeln. Die Sendeeinheit umfasst insbesondere einen oder mehrere Lautsprecher und die Empfangseinheit ein oder mehrere Mikrofone. Durch Vorsehen eines Richtmikrofons lassen sich auch aus einer vergleichsweise großen Distanz ausgesendete akustische Signale empfangen. Die Verwendung eines Mikrofonarrays, insbesondere durch Vorsehen mehrerer Mikrofone an verschiedenen Seiten eines Fahrzeugs, lassen sich unter Umständen schwer auszuwertende akustische Signale, beispielsweise durch eine Auslöschung bestimmter Signalbereiche durch destruktive Interferenz bei einer Signalüberlagerung mit einem Echo oder durch das Aufweisen von Rauschen, zuverlässiger auswerten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Fahrzeugs ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben wird.
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Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipdarstellung zweier mittels Ultraschallkommunikation Informationen austauschender Fahrzeuge.
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Die Figur zeigt zwei auf einer Fahrbahn 4 hintereinander herfahrende Fahrzeuge 1.1 und 1.2. Beide Fahrzeuge 1.1 und 1.2 verfügen über eine Vielzahl an Ultraschall-Sende/Empfangseinheiten 2.1, 2.2. Bei den Ultraschall-Sendeeinheiten 2.1 handelt es sich insbesondere um Lautsprecher und bei den Ultraschall-Empfangseinheiten 2.2 um Mikrofone. Die jeweiligen Ultraschall-Sende/Empfangseinheiten 2.1, 2.2 sind jeweils über nicht dargestellte Datenleitungen, beispielsweise ein Bussystem, an eine Recheneinheit 3 des jeweiligen Fahrzeugs 1.1 und 1.2 angeschlossen. Die Recheneinheit 3 dient dabei einem Auswerten von den Ultraschall-Empfangseinheiten 2.2 aufgezeichneten Akustiksignalen bzw. zum Kodieren von über die Ultraschall-Sendeeinheiten 2.1 ausgegebener Informationen mittels Ultraschallkommunikation.
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Führt das erste Fahrzeug 1.1 beispielsweise ein starkes Bremsmanöver durch, so kann es über die Ultraschall-Sendeeinheiten 2.1 eine Information „Bremsmanöver“ ausgeben. Das dem ersten Fahrzeug 1.1 folgende Fahrzeug 1.2 kann diese Informationen mittels der Ultraschall-Empfangseinheiten 2.2 empfangen und auf der Recheneinheit 3 auswerten. Hieraus kann die Recheneinheit 3 Steuersignale zur Vorkonditionierung eines Aktors des Fahrzeugs 1.2 ausgeben, beispielsweise zum Bereitstellen eines erhöhten Bremsdrucks, damit das Fahrzeug 1.2 besonders schnell und stark bremsen kann, um nicht auf das erste Fahrzeug 1.1 aufzufahren. Hierdurch lässt sich eine Sicherheit im Straßenverkehr erhöhen. Generell ist es denkbar, dass solche Fahrmanöverinformationen auch über bewährte Kommunikationsschnittstellen wie beispielsweise eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationsschnittstelle übertragen werden. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass eine Datenübertragung über eine solche bewährte Kommunikationsschnittstelle nicht möglich ist. In diesem Falle ist eine Informationsübertragung mittels Ultraschall eine mögliche Backup-Variante, um die Informationen dennoch übertragen zu können.
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Insbesondere sind die Ultraschall-Sende/Empfangseinheiten 2.1, 2.2 jeweils rund herum um ein jeweiliges Fahrzeug 1.1, 1.2 angeordnet. Dies erlaubt beispielsweise ein zielgerichtetes Ausgeben von Informationen. So kann beispielsweise das vorausfahrende Fahrzeug 1.1 ausschließlich Schallwellen 5 entgegen einer Fahrtrichtung F zur Warnung des hinterherfahrenden Fahrzeugen 1.2 aussenden. Indem mehrere Ultraschall-Empfangseinheiten 2.2 um ein jeweiliges Fahrzeug 1.1, 1.2 angeordnet sind, lassen sich Ultraschallsignale noch zuverlässiger auswerten. So kann es vorkommen, dass, insbesondere bei einer Reflektion von Schallwellen 5 an einem Hindernis wie einer Wand oder Mauer 6, Echos 7 erzeugt werden, welche sich so überlagern, dass destruktive Interferenz stattfindet. Da sich die jeweiligen Ultraschall-Empfangseinheiten 2.2 an einem unterschiedlichen Ort am Fahrzeug 1.1 bzw. 1.2 befinden, erlaubt dies eine Auswertung eines akustischen Signals zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. verschiedenen Phasenlagen, wodurch gegebenenfalls von Echos oder weiteren Störgeräuschen überlagerte akustische Signale zuverlässig ausgewertet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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