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Die Erfindung betrifft eine Parksperrenbetätigung mit einem elektrischen Aktuator, der über eine gemeinsame Welle eine Pumpe zur Versorgung von Kühl- und Schmiermittel betreibt, wobei die Pumpenwelle mechanisch trennbar mit der Parksperre verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betätigen einer Parksperre.
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Stand der Technik
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In hochintegrierten elektrischen Antriebssystemen ist das Ölmanagement von entscheidender Bedeutung, da einerseits die Schmierung aller erforderlichen Komponenten abgedeckt werden muss, das Schmier- und Kühlmedium aber auch bezüglich Kühlung der aktiven Komponenten verstärkt in den Fokus rückt. Bekannte aus Kostengründen an der Zwischenwelle integrierte mechanische Ölpumpen haben den Nachteil des fest vorgegebenen Fördervolumens über Drehzahl. Speziell im Stillstand bzw. im untersten Drehzahlbereich reicht jedoch aufgrund der immer höheren Leistungsanforderungen z.B. infolge Zusatzfunktionen, wie Hill-Hold bzw. Berganfahrsituationen, die mechanische Pumpe nicht mehr aus, da sie für geringste Drehzahlen kein bzw. nur unzureichend Schmier- und Kühlmedium zur Kühlung bereitstellen kann.
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Üblicherweise sind bei Systemen mit elektrischen Ölpumpen die jeweiligen Subsysteme wie eine Parksperre separat ausgeführt, so dass ein separater Kühlkreislauf mit zusätzlichem Aktuatorpfad zu einem erhöhten Bauteileaufwand führt.
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Aus der
DE 10 2016 109 553 A1 ist ein hydraulisches Betätigungssystem bekannt, wobei das Stellglied einen mechanisch wirkenden Stellmechanismus aufweist und über eine schaltbare Kupplungseinrichtung zumindest mittelbar mit der Pumpeinrichtung oder mit den der Pumpeinrichtung zugeordneten Pumpenantriebsgliedern derart verkoppelbar ist, dass die Parksperre bei geschlossener Kupplungseinrichtung mittels des mechanisch wirkenden Stellmechanismus und zumindest mittelbar von den Pumpenantriebsgliedern angetrieben aus der Losstellung in die Sperrstellung und/oder aus der Sperrstellung in die Losstellung überführt werden kann. Die Ansteuerung des Stellglieds zur mechanischen Betätigung der Parksperre kann allein durch Schließen bzw. Öffnen der Kupplungseinrichtung erfolgen. Eine aufwendige Leitungsarchitektur und hydraulische Steuerelemente zur Ansteuerung eines hydraulischen Stellglieds sowie das Stellglied selbst können entfallen und die Anforderungen an die hydraulische Druckleistung der Pumpeinrichtung werden verringert.
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DE 10 2019 201 664 B4 zeigt ein System zur Betätigung einer Parksperre in einem Getriebe mit einer elektrischen Maschine, die über mindestens einen Freilauf mit einer Pumpe für das hydraulische System des Getriebes und mit einer Exzenter-Anordnung verbunden ist, wobei die Exzenter-Anordnung eine Parksperre ein- und auslegt.
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Durch die Bündelung zweier Aufgaben an einem elektrischen Antrieb wird dieser effizienter genutzt und ein weiterer elektrischer Motor für die Aktuierung einer Parksperre eingespart.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, durch eine Funktionserweiterung eines bereits vorhandenen Aktuatorpfades durch ein mechanisches Schaltelement, den elektrischen Pumpenbetrieb zu verbessern.
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Ziel ist es z.B. für Primäraggregate mit Parksperre den Aktuatormotor in einer Doppelfunktion zu betreiben, da beide Betriebszustände voneinander getrennt bedienbar sind nämlich die Parksperre bei abgestelltem Fahrzeug und die Ölversorgung bei aktivem System.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Parksperrenbetätigung mit elektrischem Aktuator, der über eine gemeinsame Welle eine Pumpe zur Versorgung von Kühl- und Schmiermittel betreibt, wobei die Pumpenwelle mechanisch trennbar mit der Parksperre verbunden ist, wobei die Trennung des elektrischen Aktuators von der Mechanik der Parksperre mindestens über eine Kupplungsanordnung erfolgt, wobei das Einlegen und das Auslegen der Parksperre durch Drehrichtungsumkehr des Aktuators und eine zusätzliche hydraulische oder elektrische Aktuierung der Kupplungsanordnung erfolgt.
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Als Kupplungsanordnung wird dabei die Gesamtheit der mechanischen Komponenten beschrieben, die zusammen mit den eigentlichen Kupplungsteilen zu einer Bewegung der Kupplungsteilen relativ zueinander notwendig sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt durch eine einfache Drehrichtungsumkehr sowohl ein Ankoppeln als auch ein Auskoppeln der Parksperre zu.
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Bei einer hydraulischer Aktuierung verschiebt ein hydraulischer Zylinder eine Verlängerungsstange axial in die Kupplungsanordnung. Über diese einfache axiale lineare Bewegung wird der Vorgang des Einkuppelns ausgelöst.
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Die hydraulische Aktuierung erfolgt durch Drehrichtungsumkehr des elektrischen Aktuators und eine entsprechende Ventilsteuerung. Mit entsprechender Ventilsteuerung ist gemeint, dass durch die Drehrichtungsumkehr des elektrischen Aktuators aus eine Ventilanordnung aktiviert wird, die nur zur Ansteuerung der Parksperre dient. Die Pumpe fördert in diesem Moment keinen Volumenstrom mehr, sondern betätigt den hydraulischen Zylinder.
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Das zweite Kupplungsteil ist mit Hilfe einer auf dem zweiten Kupplungsteil angebrachten Schaltstange linear auf das erste Kupplungsteil hin verschiebbar.
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Die Verbindung der Pumpenwelle mit der Parksperrenwelle treibt eine Welle einer Nocke an, wodurch ein Stift nach oben gedrückt wird, und in einen Hebel eingreift, der durch die Kraft der Verlängerungsstange um seinen Drehpunkt drehbar ist.
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Ein erstes Kupplungsteil weist eine Kulisse auf, an der eine Schaltgabel anliegt oder eingreift, wodurch die Verbindung zwischen Aktuator und Parksperre durch Führung entlang der Kulisse trennbar ist.
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Die Trennung der beiden Kupplungsteile erfolgt durch Drehrichtungsumkehr im Vergleich zur Situation der verbundenen Kupplungsteilen. Die Trennung der beiden Kupplungsteile erfolgt durch eine mechanische Koppelbedingung. Sobald eine Endposition der Parksperre erreicht ist, wirkt eine Nockenkulisse auf einen Pin, der durch ein mechanisches Stellglied die Schaltstange in eine axiale Kulisse drängt und aufgrund der Drehzahl der Antriebswelle das zweite Kupplungsteil linear Richtung Öffnen verschiebt.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betätigen einer Parksperre gelöst, wobei durch Drehrichtungsumkehr eines elektrischen Aktuators ein hydraulischer Zylinder mit Druck beaufschlagt wird, wobei der hydraulische Zylinder eine Verlängerungsstange verschiebt, sodass sie an einem Hebel zur Anlage kommt, wobei der Hebel sich um seinen Drehpunkt dreht und dabei eine Schaltstange freigibt, wobei die Schaltstange von einer Drehfeder mit Kraft beaufschlagt eine axiale Bewegung des zweiten Kupplungsteils auf das erste Kupplungsteil hin ausführt und so eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen herstellt, wobei die Parksperre betätigt ist, wobei ein Nocken in eine Betätigungsstellung gedreht wird, wobei ein Stift auf dem Nocken der Parksperreneinrichtung zur Arretierung des Hebels dient.
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Das Verfahren zur Betätigung einer Parksperre zeigt einen Ablauf, wobei zum Öffnen der Kupplung und zum Auslegen der Parksperre wieder eine Drehrichtungsumkehr des elektrischen Aktuator erfolgt, wobei über die Glocke der Stift aus der Arretierungsposition abgesenkt wird, wobei der Hebel wieder seine Ausgangsposition zurück dreht, wobei die Schaltstange mit einem Eingriffsbereich an oder in eine Kulisse des ersten Kupplungsteils eingreift und wobei über die Führung der Kulisse das zweite Kupplungsteil vom ersten Kupplungsteil axial abgehoben wird.
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Beschreibung der Figuren
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- 1 zeigt das Prinzip einer Parksperrenbetätigung mit einer mechanischen Kupplung,
- 2 bis 5 zeigen eine mögliche Ausführungsform und verschiedene Stufen der Betätigung der Parksperre.
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1 zeigt eine Parksperrenbetätigung 10. Die Parksperrenbetätigung 10 weist einen Aktuator 2 auf, der mit seiner Aktuatorwelle mit einer Pumpe 3 genauer mit dem Pumpenlaufrad starr verbunden ist. Die Pumpe 3 ist somit eine elektrisch betriebene Pumpe, deren Welle 3a an eine Kupplung 4 angebunden ist.
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Die Kupplung 4 ist mit der Mechanik einer Parksperre 5 verbunden. Die Mechanik der Parksperre 5 kann dabei einem konventionellen Aufbau folgen.
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Die Aktuatorwelle 3a ist mechanisch axial über eine Kulissenbetätigung 8 bestehend aus einer Nocke 7, einem Stift 6, sowie einer Kulisse 9 trennbar mit der Parksperre 5 verbunden.
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Die Parksperre 5 wird in einer ersten Drehrichtung durch den Aktuator 2 über die mechanische Kupplung 4 geschlossen. Es ist eine Kupplungsanordnung 15 vorgesehen, die aus zwei Kupplungsteilen, Hebeln und Stiften, Betätigungsstange und Federn aufgebaut ist.
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Wenn die Parksperre geöffnet werden soll, wird die Drehrichtung umgekehrt. Wiederum ist der Aktuator 2 mechanisch über die Kupplung 4 an der Parksperre gekoppelt, wobei aber eine axiale Trennung der Welle 3a erfolgt.
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Über den Drehwinkel wird über die Nocke 7 der Stift 6 nach oben gedrückt und greift in die Kulisse 8 ein.
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Durch die Drehzahl wird die Kulisse 8 axial nach links verschoben und entkoppelt die Verbindung zwischen Aktuator 2 und Parksperre 5. Damit ist die Parksperre abgetrennt und ein Pumpbetrieb der elektrischen Pumpe 3 möglich.
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In umgekehrter Richtung wird zum Schließen der Parksperre 5 die Kulisse 8 wieder axial zugeführt und die Parksperre gekoppelt.
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2-5 zeigen eine detailliertere Ausführung für die Kupplung 4 als axial trennbare Verbindung zwischen Pumpenaktuierung durch Aktuator 2 und der Parksperre 5, wobei ein Hydraulikkolben 1 die Betätigung vornimmt. Alternativ kann die Betätigung auch durch eine solenoidaktuierte initiale Verschiebung ausgelöst sein.
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Dabei wird die Kupplung 4 durch eine Klauenkupplung dargestellt. Der Aktuator 2 ist mit dem Pumpenlaufrad der Pumpe 3 verbunden und stellt über die, im Ruhestand geschlossene Klauenkupplung eine mechanische Verbindung zur Parksperre 5 her.
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Die Parksperre 5 wird mit einem unbestromten Solenoid ermöglicht, wobei die Parksperre 5 sowohl geschlossen als auch geöffnet werden kann.
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Für den Pumpenbetrieb wird der Solenoid bestromt und öffnet die Klauenkupplung gegen eine Federkraft einer Drehfeder 11 und entkoppelt somit Aktuator 2 von der Parksperrenmechanik.
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Der Aktuator 2 treibt in dieser Ausführungsform ausschließlich die Pumpe 3 an.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein Positionssensor an der Parksperre entfallen kann, da die Position sehr genau über den Solenoid festgestellt werden kann.
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2 zeigt den Zustand der Parksperrenbetätigung im Pumpenbetrieb, bei dem die Pumpe 3 vom Aktuator 2 angetrieben, aber die Kupplung 4 zur Parksperre geöffnet ist. Die Parksperre 5 ist nicht eingelegt.
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Ein Hydraulikkolben 1 weist eine Verlängerungsstange 1a auf, die im Ruhezustand an einem Hebel 9 anliegt. Der Hebel 9 ist drehbar um eine Achse 9c im Gehäuse der Parksperrenbetätigung 10 gelagert. Der Hebel 9 weist auf der Seite der Verlängerungsstange 1 a eine u-förmige Biegung 9a auf. Auf der anderen Seite des Hebels 9 besitzt er eine Auskragung 9b, in die ein Eingriffselement 12b der einen Schaltgabel 12 zu Anlage kommt. Die Schaltgabel 12 wiederum ist über einen Drehpunkt 12a im Gehäuse der Parksperrenbetätigung 10 gelagert. Sie ist über eine Feder, eine Drehfeder oder Spiralfeder 11, nahe am Drehpunkt 12a vorgespannt. Auf der Seite, die sich zum Hebel 9 hin erstreckt, liegt die Schaltgabel 12 mit ihrem Eingriffselement 12b am Hebel 9, genauer an der Ausnehmung 9b an. Der Hebel 9 ist mit seinem Drehpunkt 9c im Gehäuse gelagert und von einer nicht dargestellten Feder, die im Ruhezustand entspannt ist, gehalten.
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Die Kupplung 4 weist ein erstes Kupplungsbauteil 4a mit der Kulisse 8 auf. Das zweite Kupplungsteile 4b wird durch die Schaltgabel 12 axial in Position gehalten. Im Ruhezustand ist die Schaltgabel in der Auskragung 9b des Hebels 9 gelagert und gegen die Drehfeder 11 gespannt.
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Das erste Kupplungsbauteil 4a weist auf der Fläche 4d eine Verzahnung oder Wellenstruktur auf. Das zweite Kupplungsbauteil 4b besitzt auf seiner Fläche 4e eine entsprechende Verzahnung, die bei Kontakt einen sichere Drehverbindung herstellt.
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Der Aktuator 2 dreht die Pumpenwelle 3a in einer ersten Drehrichtung gegen die Uhrzeigerrichtung.
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Um die Parksperre einzulegen, muss wie in 3 dargestellt im nächsten Schritt die Kupplung 4 zwischen Pumpenwelle und Parksperre verbunden werden.
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Die mechanische Verbindung wird mit dem der hydraulischen Kolben 1 ausgelöst, indem dieser mit Druck beaufschlagt wird.
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Das geschieht durch das Umkehren der Drehung der Pumpenwelle 3a in die Uhrzeigerrichtung. Dadurch wird im hydraulischen System, dass hier nicht dargestellt wird, ein Ventil freigeschaltet, so dass Pumpendruck am hydraulischen Kolben 1 angelegt wird.
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Durch den hydraulischen Druck wird die Verlängerungsstange 1a in der 3 nach rechts verschoben, wobei die Verschiebung dem Pfeil P1 folgt. Durch die lineare Verschiebung dreht die Verlängerungsstange 1a den Hebel 9 um seinen Drehpunkt 9c.
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Mit der Drehung des Hebels 9 wird die Auskragung 9b an der von der Verlängerungsstange 1a abgewandten Seite des Hebels 9 von der Schaltgabel 12 abgehoben. Die von der Drehfeder 11 vorgespannte Schaltgabel 12 bewegt sich entlang des Pfeils P2, wobei die Schaltgabel 12 über ihren Verbindungpunkt 12c und ein an der Schaltgabel 12 angebrachter Mitnehmer das zweite Kupplungsteil 4b axial mitnimmt. Daher ist auch die Parksperrenwelle 5a auf Gleitlagern 13 gelagert. Die beiden Flächen 4b und 4e kommen aufeinanderzuliegen und stellen die Verbindung für die Rotation her.
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Die Parksperrenwelle 5a der Parksperre 5 beginnt zu rotieren und über ein Reduktionsgetriebe 5b wird die Welle 7a der Nocke 7 langsam gedreht.
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Die Nocke 7 schiebt einen Stift 6 in einer Bewegung entlang des Pfeils P3 nach oben in den u-förmigen Bereich 9a des Hebels 9 hinein. Dadurch wird der Hebel 9 in seiner Position arretiert. Die Parksperre 5 ist eingelegt.
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In 4 ist dargestellt, wie die Parksperre wieder ausgelegt wird. Dazu wird die Drehrichtung des Aktuators 2 wieder in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn verändert.
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Das Ventil, das den hydraulischen Kolben 1 mit Druck versorgt, ist geschlossen, der hydraulische Kolben zieht sich in seine Nullpunktposition zurück. Der Hebel 9 ist aber noch durch Stift 6 arretiert, um ein frühzeitiges Entkoppeln zu unterbinden. Durch weitere Drehung in den Uhrzeigersinn wird die Parksperre ausgelegt. Ab einem bestimmten Drehwinkel wirkt die Nocke 7 auf den Stift 6 und gibt den Hebel 9 frei, der durch seine interne Feder wieder in die Ausgangsposition zurückdreht.
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Durch die Drehbewegung des Hebels 9 übt der Bereich, in dem sich auch die Auskragung 9b befindet, eine Kraft auf das Eingriffselement 12b die Schaltgabel 12 aus. Das Eingriffselement 12b tritt somit in Kontakt mit der Kulisse 8 und greift in dafür vorgesehene Rillen oder Nuten ein. Durch die Drehung wird das Eingriffselement 12b geführt, so dass die Kulisse 8 die Schaltgabel 12 zusammen mit dem zweiten Kupplungsteile 4b nach rechts bewegt.
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In der 5 ist dargestellt, wie die Trennung der beiden Kupplungsteile 4a und 4b final erfolgt. Über die lineare Bewegung entlang des Pfeils P1, die die Schaltgabel 12 aufgrund der Kulissenführung durchführt, wird die Drehfeder 11 wieder vorgespannt. Die Schaltgabel 12 dreht sich um ihren Drehpunkt 12a, wobei der Eingriffsbereich sich von der Kulissenführungen löst und in die Auskragung 9b des Hebels 9 einschnappt. Die Drehfeder 11 ist dann wieder vorgespannt.
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Bezugszeichen
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- 1
- Hydraulikzylinder
- 1a
- Hydraulikstange
- 2
- Aktuator
- 3
- Pumpe
- 3a
- Pumpenwelle
- 4
- Kupplung
- 4a
- erstes Kupplungsteil
- 4b
- zweites Kupplungsteil
- 4c, 4d
- Verzahnungen
- 4e
- Gegenverzahnung
- 5
- Parksperre
- 5a
- Parksperrenwelle
- 5b
- Untersetzung
- 6
- Stift
- 7
- Nocke
- 7a
- Welle der Nocke
- 8
- Kulisse
- 9
- Hebel
- 9a
- Biegung
- 9b
- Auskragung
- 9c
- Drehpunkt
- 10
- Parksperrenbetätigung
- 11
- Drehfeder
- 12
- Schaltgabel
- 12a
- Drehpunkt Schaltgabel
- 12b
- Eingriffselement
- 12c
- Langlochlagerung
- 13
- Gleitlager
- 15
- Klauenkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016109553 A1 [0005]
- DE 102019201664 B4 [0006]
