DE102017114325A1 - Compressor unit for motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (9), eine drehbar um eine Achse A gelagerte Kurbelwelle (2), ein Antriebselement (3) und eine zwischen Antriebselement (3) und Kurbelwelle (2) angeordnete Kupplungsvorrichtung (4), wobei das Antriebselement (3) auf der Kurbelwelle (2) drehbar gelagert ist und die Kupplungsvorrichtung (4) eine schaltbare Reibkupplung umfasst, wobei zur Schaltung der Reibkupplung Reibkupplungsteile (11, 12, 12a, b, 27, 28, 34, 35, 36), zumindest ein Federelement (6) und ein Betätigungselement (7) vorgesehen sind. Die Verdichtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (7) einen Kolben (8) aufweist, wobei der Kolben in dem Gehäuse (9) geführt istThe invention relates to a compressor unit (1) for a motor vehicle, comprising a housing (9), a crankshaft (2) rotatably mounted about an axis A, a drive element (3) and a coupling device arranged between drive element (3) and crankshaft (2) (4), wherein the drive element (3) on the crankshaft (2) is rotatably mounted and the coupling device (4) comprises a switchable friction clutch, wherein the circuit of the friction clutch friction clutch parts (11, 12, 12a, b, 27, 28, 34 , 35, 36), at least one spring element (6) and an actuating element (7) are provided. The compressor unit is characterized in that the actuating element (7) has a piston (8), wherein the piston is guided in the housing (9)
Description
Die Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung von Druckluft mit einer Kupplungsvorrichtung, über die ein Luftverdichter mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges gekoppelt werden kann.The invention relates to a compressor unit for motor vehicles for generating compressed air with a coupling device, via which an air compressor can be coupled to the drive train of the motor vehicle.
Mittels einer derartigen Verdichtereinheit, umfassend einen Luftverdichter und eine Speichereinheit, wird im allgemeinen Druckluft für verschiedene Aggregate des Kraftfahrzeugs bereitgehalten. Diese Aggregate sind in der Regel in voneinander getrennte Druckluftkreise eingebunden, wobei diese Druckluftkreise aufgrund des Druckluftverbrauchs durch die Aggregate und von Leckagen von Zeit zu Zeit mit Druckluft nachgespeist werden müssen. Beispielsweise ist für die Bremsen eines Nutzfahrzeugs im Straßenverkehr Druckluft erforderlich, welche aufgrund der Sicherheitsrelevanz des Bremssystems, mit hoher Verfügbarkeit, mit einem ausreichenden Luftdruck und in ausreichender Menge zur Verfügung stehen muss.By means of such a compressor unit comprising an air compressor and a storage unit, compressed air is generally kept ready for various units of the motor vehicle. These units are usually incorporated in separate compressed air circuits, these compressed air circuits must be fed with compressed air from time to time due to the compressed air consumption by the units and leaks. For example, for the brakes of a commercial vehicle on the road compressed air is required, which must be available due to the safety relevance of the brake system, with high availability, with sufficient air pressure and in sufficient quantity.
Druckluftversorgungssysteme mit einer Kupplungsvorrichtung weisen den Vorteil auf, dass durch die zwischengeschaltete Kupplung ein energetisch günstiges Ausschalten des Luftverdichters möglich ist, wenn eine Speisung des Fahrzeugdruckluftsystems aufgrund eines ausreichenden Druckniveaus im Speichersystem nicht notwendig ist. Compressed air supply systems with a coupling device have the advantage that an energetically favorable switching off the air compressor is possible by the intermediate coupling when a supply of the vehicle compressed air system is not necessary due to a sufficient pressure level in the storage system.
Wie in der
Eine Reibflächenkupplung für die Anwendung in Kraftfahrzeugen, z. B zum Schalten eines Luftkompressors wird in der
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine Verdichtereinheit vorzuschlagen, die eine Reibkupplungseinheit umfasst, die derart ausgelegt ist, dass es zu keiner wesentlichen Änderung der Einbausituation der Verdichtereinheit kommt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Steuern der Reibkupplungseinheit vorzuschlagen.One of the objects of the invention is to propose a compressor unit which comprises a friction clutch unit which is designed such that there is no significant change in the installation position of the compressor unit. Another object is to propose a method for controlling the friction clutch unit.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Verdichtereinheit gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben. According to the invention this object is achieved with a compressor unit according to claim 1 and a method according to
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verdichtereinheit für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse, eine drehbar um eine Achse A gelagerte Kurbelwelle, ein Antriebselement und eine Kupplungsvorrichtung. Die Verdichtereinheit kann eine oder mehrere Verdichterstufen aufweisen, die, wie aus dem Stand der Technik bekannt, als Kolbenverdichter ausgeführt sein können, wobei das Antriebselement auf der Kurbelwelle drehbar gelagert ist und die Kupplungsvorrichtung eine schaltbare Reibkupplung umfasst, wobei zur Schaltung der Reibkupplung Reibkupplungsteile, zumindest ein Federelement (
Die Verdichtereinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement einen Kolben aufweist, wobei der Kolben in dem Gehäuse geführt ist. The compressor unit is characterized in that the actuating element has a piston, wherein the piston is guided in the housing.
Das Gehäuse kann das Kurbelwellengehäuse oder ein Kurbelwellengehäuseflansch sein, der das Kurbelwellengehäuse verschließt. Der Kolben kann als Pneumatikkolben ausgeführt sein und pneumatisch angesteuert werden. The housing may be the crankshaft housing or a crankshaft housing flange that closes the crankshaft housing. The piston can be designed as a pneumatic piston and pneumatically controlled.
Unter einer Reibkupplung im Sinne der Erfindung wird eine Kupplung verstanden, die zumindest einen durch die Kupplungsteile gebildete Reibkontakt aufweist, wobei sich die Reibflächen an den Kupplungsteilen in der Schließstellung der Kupplung in diesem Reibkontakt berühren. Die Kupplungsteile werden auch als Synchronringe bezeichnet, die beispielsweise konisch ausgeführt sein können.A friction clutch in the sense of the invention is understood to mean a clutch which has at least one frictional contact formed by the coupling parts, the frictional surfaces touching the coupling parts in the frictional position of the clutch in this frictional contact. The coupling parts are also referred to as synchronizer rings, which may be conical, for example.
Die Ebene oder auch Fläche in der sich die Reibflächen der Bauteile berühren kann allgemein auch als Reibebene bezeichnet werden, wobei unter der Reibebene eine Ringfläche oder beispielsweise auch eine Kegelstupfflächen verstanden wird.The plane or even surface in which the friction surfaces of the components touch can generally also be referred to as a friction plane, wherein the friction plane is understood to mean an annular surface or, for example, also a cone plow surfaces.
Eine vorteilhafte Reibkupplung ist derart aufgebaut, dass die Reibkupplungsteile mittels des Federelements in eine erste Schaltstellung, der Schließstellung, geschaltet wird, in der ein Drehmoment von dem Antriebselement über die Reibkupplungsteile auf die Kurbelwelle übertragbar ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Reibkupplungsteile im Ruhezustand geschlossen sind, so dass mit dem Start des Motors des Kraftfahrzeugs direkt mit der Drucklufterzeugung begonnen wird, ohne von einer Schaltstellung in die Andere schalten zu müssen.An advantageous friction clutch is constructed such that the friction clutch parts by means of the spring element in a first switching position, the closed position, is switched, in which a torque from the drive element on the friction clutch on the crankshaft is transferable. This ensures that the friction clutch parts are closed in the idle state, so that is started with the start of the engine of the motor vehicle directly to the compressed air generation without having to switch from one shift position to the other.
Das Betätigungselement kann insgesamt ringförmig ausgeführt sein, wahlweise können aber auch mehrere segmentartige Betätigungselemente über den Umfang verteilt angeordnet werden.The actuating element can be made annular overall, but optionally also a plurality of segment-like actuating elements can be distributed over the circumference.
Um die Schaltbarkeit der Reibkupplungsteile zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass mittels des Betätigungselements zumindest ein Innenteil der Reibkupplungsteile auf der Kurbelwelle entlang der Achse A bewegbar ist, wobei zwischen Innenteil und Kurbelwelle eine drehfeste Verbindung vorgesehen ist. In order to achieve the switchability of the friction clutch, it can be provided that at least one inner part of the. By means of the actuating element Friction clutch parts on the crankshaft along the axis A is movable, wherein between the inner part and the crankshaft, a rotationally fixed connection is provided.
Weiterhin kann an dem Innenteil eine Kraftübertragungsfläche vorgesehen sein, die als Gleitlagerfläche ausgeführt ist und gegen die ein Gleitlagerflächenbereich des Betätigungselements entlang der Achse A bewegbar ist. Furthermore, it can be provided on the inner part of a force transmission surface, which is designed as a sliding bearing surface and against which a sliding bearing surface area of the actuating element along the axis A is movable.
In einer vorteilhaften Ausführung kann die Reibkupplung ein Außenteil und ein Innenteil umfassen, wobei zwischen dem Außenteil und dem Innenteil mindestens drei konisch ausgeführte Reibflächen derart angeordnet sind, dass die Reibflächen mittels des Federelements in Reibkontakt bringbar sind.In an advantageous embodiment, the friction clutch may comprise an outer part and an inner part, wherein between the outer part and the inner part at least three conical friction surfaces are arranged such that the friction surfaces can be brought into frictional contact by means of the spring element.
Unter Reibflächen oder auch Reibebenen ist eine Paarung von zwei aufeinander bringbaren Flächen zu verstehen, über die ein Reibmoment übertragbar ist.Frictional surfaces or friction planes are to be understood as meaning a pairing of two surfaces which can be brought into contact with one another via which a frictional torque can be transmitted.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Außenteil und dem Innenteil der Reibkupplung zwei bewegliche Ringelemente mit innen oder außen liegenden Reibbelägen angeordnet sind, wobei diese Ringelemente voneinander unabhängig in Axialrichtung verschiebbar sein können. In a first advantageous embodiment it can be provided that between the outer part and the inner part of the friction clutch, two movable ring elements are arranged with inner or outer friction linings, said ring elements can be displaced independently of each other in the axial direction.
Insbesondere können die Ringelemente derart angeordnet sein, dass bei fortschreitendem Verschleiß der Reibbeläge diese ihre Relativposition zum Außenteil und Innenteil derart ändern, dass die Reibkräfte in den Reibkontakten im Wesentlichen konstant bleiben, vorausgesetzt die Federelemente sind derart ausgelegt, dass die Federkraft über den Verschiebeweg konstant bleibt. Durch die konische Ausführung der Reibflächen werden die beweglichen Ringelemente beim Schießen der Kupplungsvorrichtung axial in die Position verschoben, dass die Reibkräfte in den Reibkontakten in ein Gleichgewicht kommen. In particular, the ring elements may be arranged such that with progressive wear of the friction linings change their relative position to the outer part and inner part such that the frictional forces in the Reibkontakten remain substantially constant, provided that the spring elements are designed such that the spring force remains constant over the displacement , Due to the conical design of the friction surfaces, the movable ring elements are axially displaced during the shooting of the coupling device into the position that the frictional forces in the friction contacts come into equilibrium.
In einer bevorzugten Ausführung ist jeweils ein Ringelement dem Außenteil bzw. dem Innenteil zugeordnet. So können die Ringelemente jeweils eine Drehmomentkopplung mit dem Innenteil bzw. dem Außenteil aufweisen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das äußere Ringelement mit dem Innenteil und das innere Ringelement mit dem Außenteil gekoppelt sind. In a preferred embodiment, a respective ring element is assigned to the outer part or the inner part. Thus, the ring elements may each have a torque coupling with the inner part or the outer part. Furthermore, it can be provided that the outer ring element are coupled to the inner part and the inner ring element to the outer part.
In einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung können das Außenteil und das Innenteil in Axialrichtung labyrinthartig ineinandergreifen und die Reibflächen in den Radialspalten angeordnet sein.In a second advantageous embodiment, the outer part and the inner part can mesh in the axial direction in a labyrinth-like manner and the friction surfaces can be arranged in the radial gaps.
Der Platzbedarf in Axialrichtung ist für beide Ausführungen sehr gering. Dadurch ist es auch möglich, eine Standardverdichtereinheit gegen eine Verdichtereinheit mit Kupplung auszutauschen. The space requirement in the axial direction is very low for both versions. This also makes it possible to replace a standard compressor unit with a compressor unit with a clutch.
Um die Ausrichtung der Reibflächen zueinander weiter zu verbessern und um die Einlaufzeiten zu verkürzen, wird weiterhin vorgeschlagen, das Außenteil und/oder das Innenteil zweiteilig auszuführen, wobei jeweils ein Keilringabschnitt über ein Federelement mit einem Trägerabschnitt des Außenteils und/oder des Innenteils verbunden ist.In order to further improve the alignment of the friction surfaces and to shorten the run-in times, it is further proposed to design the outer part and / or the inner part in two parts, one Keilringabschnitt is connected via a spring element with a support portion of the outer part and / or the inner part.
Des Weiteren kann eine Stützfeder vorgesehen sein, mittels der der Keilringabschnitt des Außenteils in Axialrichtung gestützt wird.Furthermore, a support spring can be provided, by means of which the wedge ring portion of the outer part is supported in the axial direction.
In allen Ausführungen kann die Kurbelwelle einen zentralen Ölkanal aufweisen, über den die Reibkupplungsteile, parallel zu den Lagerstellen auf der Kurbelwelle, mit Öl versorgbar ist. Um die Ölversorgung in den Reibkontakten weiterhin zu verbessern, kann der Ölkanal von der Kurbelwelle zwischen den Innenteilen oder durch einen Kanal im Innenteil bis an zumindest einen Reibkontakt weitergeführt werden. In all embodiments, the crankshaft may have a central oil passage through which the friction clutch parts, parallel to the bearing points on the crankshaft, can be supplied with oil. In order to further improve the oil supply in the friction contacts, the oil passage can be continued from the crankshaft between the inner parts or through a channel in the inner part to at least one frictional contact.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer Verdichtereinheit mit Kupplungsvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend eine Steuereinheit, einen Antriebsmotor, einen Druckluftspeicher und eine Verdichtereinheit, entsprechend einer der beschriebenen Ausführungen.The invention further comprises a method for controlling a compressor unit with coupling device for a vehicle, comprising a control unit, a drive motor, a compressed air reservoir and a compressor unit, according to one of the embodiments described.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im Druckspeicher ein Drucksensor vorgesehen ist, mittels dem beim Einleiten eines Startvorgangs des Antriebsmotors der Druck im Druckluftspeicher gemessen und bei Überschreitung eines Druckgrenzwertes in einem ersten Schritt ein Signal von der Steuerung generiert wird, durch das die Reibkupplungsteile von der Schließstellung in die Offenstellung geschaltet wird und in einem nachfolgenden Schritt der Startvorgang des Antriebsmotors eingeleitet wird. The method is characterized in that a pressure sensor is provided in the pressure accumulator, by means of which the pressure in the compressed air reservoir is measured when initiating a starting operation of the drive motor and when exceeding a pressure limit in a first step, a signal is generated by the controller, through which the friction clutch parts of the Closed position is switched to the open position and the starting process of the drive motor is initiated in a subsequent step.
Durch dieses Verfahren wird erreicht, dass das erforderliche Drehmoment zum Starten des Motors reduziert werden kann, wenn das Druckluftsystem über einen ausreichenden Luftvorrat / Luftdruck verfügt. Dies ist insbesondere bei der Start/Stopp Automatik in modernen Fahrzeugen von Vorteil.This method achieves that the torque required to start the engine can be reduced if the compressed air system has sufficient air supply / pressure. This is particularly advantageous for the start / stop automatic in modern vehicles.
Des Weiteren kann die Verdichtereinheit einen Zylinderkopf mit Mitteln zur Schaltung in einen Leerlaufbetrieb aufweisen, wobei die Mittel derart ausgelegt sind, das der Verdichtungsprozess umgeschaltet werden kann, von einer Befüllschaltung in eine Leerlaufschaltung. Derartige Zylinderköpfe mit Mitteln zur Schaltung in eine Leerlaufschaltung sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Im Wesentlichen werden dabei Ventile derart angesteuert, dass der Verdichter keine Druckluft mehr erzeugen kann, wodurch die erforderliche Antriebsleistung stark reduziert wird. Furthermore, the compressor unit may have a cylinder head with means for switching to an idling operation, wherein the means are designed such that the compression process can be switched from a filling circuit to an idling circuit. Such cylinder heads with means for switching to an idle circuit are well known in the art. in the Essentially valves are controlled such that the compressor can no longer generate compressed air, whereby the required drive power is greatly reduced.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Umschaltung von der Leerlaufschaltung in die Befüllschaltung während des Startvorgangs zeitverzögert zur Schaltung der Kopplungsvorrichtung erfolgten kann.Furthermore, it is proposed that the switchover from the no-load circuit into the filling circuit during the start-up process can be carried out with a time delay for switching the coupling device.
Während des Betriebes der Verdichtereinheit kann weiterhin vorgesehen sein, dass beim Erreichen eines oberen Druckgrenzwertes im Druckluftspeicher erst eine Schaltung in den Leerlaufbetrieb erfolgt und zeitverzögert die Kupplungsteile in die Offenstellung geschaltet werden. During operation of the compressor unit can further be provided that when reaching an upper pressure limit in the compressed air reservoir only a circuit in the idle mode and delayed release the coupling parts are switched to the open position.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Verdichtereinheit und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.Further features of the compressor unit according to the invention and further advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
In diesen zeigen:In these show:
Im eingebauten Zustand wird das Antriebselement
Die Kurbelwelle
Das Zahnrad
Das Betätigungselement
In
Die Reibflächen bzw. die Reibebenen
Dabei können die Ringelemente
In den
Zur Entkopplung der Kupplungsvorrichtung ist das Betätigungselement
Zum Einkuppeln wird die Druckluftbeaufschlagung auf den Zylinder
Wie in der ersten Ausführung ist das Außenteil
Gegenüber dem StdT bauen beide Ausführungen sehr viel kompakter und die übertragbaren Momente sind wesentlich größer.Compared to the StdT build both versions much more compact and the transmissible moments are much larger.
Zur Optimierung der Schmierung führt ein Ölkanal direkt in den unteren Teil des innersten Kegelspaltes, so dass das Öl mithilfe der Fliehkraft durch die nachfolgenden Kegelspalte geführt wird, also durch den Labyrinthspalt.To optimize lubrication, an oil channel leads directly into the lower part of the innermost cone gap, so that the oil is guided by the centrifugal force through the following cone gaps, ie through the labyrinth gap.
Die Anordnung der elastischen Elemente
In
Die Kupplungsvorrichtung
Zur formschlüssigen Kraftübertragung weist das zweite Kupplungsteil
Das Federelement
Wird das Betätigungselement
Die Schiebehülse bewegt sich nach rechts, so dass auch keine Kraft mehr auf die Kupplungsteile bzw. die Reibebenen wirkt. Die Kupplung kann keine Kraft mehr übertragen. The sliding sleeve moves to the right, so that no force acts on the coupling parts or the friction planes. The clutch can no longer transmit power.
Dieser Aufbau bietet den Vorteil, dass die Kupplungsteile
Das Verfahren zur Steuerung der Verdichtereinheit
Wird dagegen ein Druckgrenzwert überschritten kann die Kopplungseinheit in eine Offenstellung bewegt werden, so dass die Verdichtereinheit entkoppelt ist und der Startvorgang weniger energieaufwendig ist, da der Verdichter nicht mit angetrieben werden muss.If, in contrast, a pressure limit value is exceeded, the coupling unit can be moved into an open position, so that the compressor unit is decoupled and the starting process is less energy-consuming, since the compressor does not have to be driven with it.
Das Verfahren zur Steuerung kann zusätzlich vorsehen, dass der Verdichter über ein Ventil im Zylinderkopf in einen Leerlaufbetrieb geschaltet wird, wenn dies für die Energieeffizienz oder die Betriebsstrategie sinnvoll ist. The method of control may additionally provide that the compressor is switched to a no-load operation via a valve in the cylinder head, if this makes sense for energy efficiency or the operating strategy.
Dabei kann die Umschaltung von der Leerlaufschaltung in die Befüllschaltung, während des Startvorgangs, zeitverzögert zur Schaltung der Kopplungsvorrichtung erfolgen.In this case, the switchover from the no-load circuit into the filling circuit, during the starting process, can take place with a time delay for switching the coupling device.
Weiter ist vorgesehen, dass während des Betriebes der Verdichtereinheit, beim Erreichen eines oberen Druckgrenzwertes im Druckluftspeicher, erst eine Schaltung in die Leerlaufschaltung erfolgt und zeitverzögert die Reibkupplungsteile (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verdichtereinheit compressor unit
- 22
- Kurbelwelle crankshaft
- 33
- Antriebselement bzw. Zahnrad Drive element or gear
- 44
- Kopplungsvorrichtung coupling device
- 55
- Betätigungsvorrichtung actuator
- 66
- Federelement spring element
- 77
- Betätigungselement jig
- 88th
- Kolben piston
- 99
- Verdichtergehäuse compressor housing
- 1010
- Mitnehmer takeaway
- 1111
- Außenteil mit Reibflächen Outer part with friction surfaces
- 12, a, b12, a, b
- Innenteil(e) mit Reibflächen Inner part (s) with friction surfaces
- 13a, b, c13a, b, c
- Ölkanal oil passage
- 1414
- Stützring support ring
- 1515
- Reibflächen/ Reibebene Friction surfaces / friction plane
- 16a, b16a, b
- Schiebeverbindung slide connection
- 1717
- Dichtung poetry
- 1818
- Gleitlager bearings
- 1919
- Verschraubung screw
- 20a, b20a, b
- Federelement spring element
- 21a, b21a, b
- Keilringabschnitt Wedge ring section
- 2222
- Kontaktebene Contact level
- 23a, b23a, b
- Gleitflächenbereich sliding surface
- 24a, b24a, b
- Trägerabschnitt support section
- 2525
- Stützfeder support spring
- 26 26
- Kurbelwellenlagerungcrankshaft bearing
- 27, 2827, 28
- Ringelement ring element
- 29a, b29a, b
- Abstandsmasse distance mass
- 30 30
- Anschlagattack
- 3131
- Sicherungsring circlip
- 3232
- Gegenhalter backstop
- 33 33
- Schiebehülsesliding sleeve
- 34, 35, 3634, 35, 36
- Kupplungsteile coupling parts
- 37, 38 37, 38
- Verzahnunggearing
- 39a, b39a, b
- Wiederlager abutment
- 40 40
- Stützringsupport ring
- 41 41
- Trägerteilsupport part
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102004059834 A1 [0004] DE 102004059834 A1 [0004]
- EP 2142818 A1 [0005] EP 2142818 A1 [0005]
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Applications Claiming Priority (2)
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