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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für
ein automatisiertes Getriebe in einem Kraftfahrzeug mit einem, in
einer oder mehreren Richtungen bewegbaren und in einer oder mehreren Schaltstellungen
stabil verharrenden Schalthebel, und mit einer relativ zu dem Schalthebel
motorisch bewegbaren Schaltbegrenzungskulisse zum Sperren einzelner,
situationsbedingt nicht zugelassener Schalthebelbewegungen.
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Derartige
Schalteinrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, die mit
einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet sind.
Dabei wird der eigentliche Schaltvorgang elektrohydraulisch oder
elektromotorisch vorgenommen, während der jeweilige Schaltwunsch
des Fahrers elektrisch oder elektronisch erfasst wird. Dem Fahrer
stehen bei einem solchen automatisierten Schaltgetriebe die elektrische
Schalteinrichtung mit einem Schalthebel und gegebenenfalls zusätzlichen,
etwa am Lenkrad angeordneten Wippschaltern zum Herauf- und Herunterschalten
zur Verfügung.
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Neben
den Fahrstufen N (Leerlauf), D (Vorwärtsfahrt) und R (Rückwärtsfahrt)
besteht in der Fahrstufe D die Möglichkeit durch entsprechende Verstellung
des Schalthebels, etwa durch Verschwenken in eine zweite parallele Schaltgasse,
den automatischen Gangwechsel auszuschalten, damit der Fahrer einen
Gangwechsel selbst bestimmen kann.
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Bei
einem verharrend gelagerten Schalthebel, der nach Anwählen
einer Fahrstufe regelmäßig in eine Nullstellung
zurückgeht, ist es oft erwünscht, dass der Schalthebel
bezüglich seiner Bewegungsfreiheit entsprechend der jeweils
angewählten Fahrstufe begrenzt ist.
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Hierzu
ist es bekannt, zur selektiven Sperrung der Hebelbewegung mehrere
Schieber vorzusehen, die durch Elektromagnete gegen die Kraft von Druckfedern
in die Arbeitsposition bewegt und dort gehalten werden. Eine derartige
Anordnung ist in der
DE
10 2005 023 926 A1 dargestellt. Die Schieberbewegungen
erzeugen allerdings störende Geräusche und die
Dauerbestromung der Elektromagnete führt zu einer starker
Erwärmung.
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Ebenfalls
aus der
DE 10
2005 023 926 A1 ist eine Anordnung mit einem motorisch
verstellbaren Exzenter bekannt, der je nach Stellung den Betätigungsweg
des Schalthebels verändert. Sollen mehrere verschiedene
Betätigungswege des Schalthebels begrenzt werden, so sind
entsprechend mehrere solcher steuerbaren Begrenzungselemente erforderlich,
wodurch der mechanische Aufwand relativ hoch wird. Zudem muss zur
genauen Steuerung der Exzenterstellung die Drehstellung des Motors
mit einem Positionssensor erfasst werden.
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Eine
gattungsgemäße Schalteinrichtung ist aus der
DE 10 2004 060 232
A1 bekannt. Hierbei wird eine Schaltbegrenzungskulisse,
die etwa die Form einer Schalthebelblende aufweist durch mindestens
einen Aktuator relativ zum Schalthebel verschoben, so dass je nach
Stellung der Schaltbegrenzungskulisse die möglichen Betätigungen
und Betätigungswege mehr oder weniger stark eingeschränkt sind.
Auch diese Schalteinrichtung erweist sich in ihrer konkreten Ausführung
als mechanisch recht aufwendig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schalteinrichtung
zu schaffen, bei der eine Realisierung der notwendigen Schaltwegbegrenzungen
auf möglichst einfache Art und Weise mit einer möglichst
geringen Anzahl von Aktuatoren möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die Schaltbegrenzungskulisse als ein motorisch drehbarer Körper
ausgebildet ist, der bezüglich zweier zueinander senkrechter
Bewegungsrichtungen des Schalthebels in Abhängigkeit der
jeweiligen Drehstellung unterschiedliche Anschläge für
den Schalthebel ausbildet.
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Die
Schaltbegrenzungskulisse kann so vorteilhafterweise mittels eines
einzigen motorischen Antriebs zugleich Schaltbegrenzungen für
mehrere Bewegungsrichtungen des Schalthebels ausbilden, wobei die
Schaltbegrenzungen für die verschiedenen Bewegungsrichtungen
sogar unabhängig voneinander einstellbar sind.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Schaltbegrenzungskulisse als ein relativ
einfach gestalteter geometrischer Körper ausgebildet sein
kann, der einfach und kostengünstig herstellbar ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltbegrenzungskulisse
als ungefähr quaderförmiger Körper ausgebildet,
der um eine Achse senkrecht zu einem parallelen Stirnflächenpaar
drehbar ist. Die Seitenflächen bilden erste Anschläge
aus und eine auf einer Stirnfläche aufgebrachte, vorzugsweise
stegförmige, Anformung bildet zweite Anschläge
aus.
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Bei
der elektrischen Schalteinrichtung für ein automatisiertes
Getriebe ist der Schalthebel in zumindest einer Schaltgasse verharrend
gelagert, das heißt, der Schalthebel geht nach einer Betätigung
in eine, im folgenden als Nullstellung bezeichnete Ausgangsstellung
zurückgeht. Gleichfalls ist es möglich, dass der
Schalthebel in mehreren Schaltgassen bewegt werden kann und in jeder
Schaltgasse jeweils in eine jeweils eigene Nullstellung gebracht
werden kann, wobei eine Nullstellung die Ausgangsstellung des Schalthebels
zur Fahrstufenanwahl ist und die weitere Nullstellung diejenige
Stellung des Schalthebels darstellt, von der ausgehend der Fahrer
manuell das sequentielle Schaltgetriebe bedienen kann. Sind mehrere
Nullstellungen des Schalthebels vorgesehen, so ist dieser vorzugsweise
manuell zwischen den Nullstellungen, an einer Rastkurve geführt,
verstellbar.
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Zum
Einschränken der Freiheitsgrade des Schalthebels entsprechend
der jeweilig angewählten Fahrstufe dient eine Schaltbegrenzungskulisse.
Diese kann beispielsweise beim Bewegen des Schalthebels aus einer
Nullstellung in eine Fahrstufe in ihre bestimmungsgemäße
Stellung zum Sperren einzelner, in der angewählten Fahrstufe
nicht gewünschter Schalthebelbewegungen verstellt werden.
Die Sperrung von bestimmten Schalthebelbewegungen kann darüber
hinaus auch von anderen äußeren Bedingungen abhängig
sein, wie zum Beispiel von der erfolgten Betätigung einer
Entriegelungstaste.
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Verschiedene
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben. Nachfolgend ist die Erfindung anhand
von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
elektrische Schalteinrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
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2 die
Rastkurve der Schalteinrichtung,
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3–5 den
Schalthebel in verschiedenen Schaltstellungen,
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6 eine
am Schalthebel angeformte Anlagekontur,
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7–8 die
Schaltbegrenzungskulisse in zwei Drehstellungen,
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9 die
Schalteinrichtung mit einem Schrittmotor,
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10–12 eine
Schalteinrichtung mit elektromagnetischen Sperren,
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13 eine
Schalteinrichtung mit mehreren Aktuatoren,
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14 das
Schaltschema der Schalteinrichtung.
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Die 1 zeigt
eine elektrische Schalteinrichtung in einer vereinfachten Darstellung.
Erkennbar ist ein Schalthebel 1, der entlang einer sogenannten
Rastkurve 2 geführt ist. Die Rastkurve 2 bildet zwei
parallele Schaltgassen (I, II) aus, die in der 2 erkennbar
sind.
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Das
zugehörige Schaltschema des entlang der Rastkurve geführten
Schalthebels 1 zeigt die 14. Das
Schaltschema ist hier aus der Sicht des Fahrers dargestellt, was
einer gegenüber der Darstellung der 2 um 180° gedrehten
Rastkurve 2 entspricht.
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Gemäß dem
in der 14 dargestellten Schaltschema
ist der Schalthebel in beiden Schaltgassen (I, II)
verharrend gelagert. Die Nullstellung des Schalthebels in der Schaltgasse I ist
mit dem Bezugszeichen N, diejenige der Schaltgasse II mit
dem Bezugszeichen M gekennzeichnet. Zwischen den beiden Nullstellungen
N und M ist der in der Rastkurve 2 geführte Schalthebel
bewegbar. Die Schaltgasse I dient einer Fahrstufenanwahl.
Durch entsprechendes Bewegen des Schalthebels innerhalb der Schaltgasse I können
die Fahrstufen N (Leerlauf), D (Vorwärtsfahrt) und R (Rückwärtsfahrt)
angewählt werden. Die Schaltgasse I umfasst somit
ausgehend von der Nullstellung N in jede Bewegungsrichtung jeweils
zwei Schaltpunkte V, VV bzw. H, HH. Dieses ist notwendig, damit
ein Fahrer zum Wechseln der Fahrstufe R in die Fahrstufe D und umgekehrt
haptisch den Schalthebel über zwei Schaltstufen bewegen kann.
Das ist gewünscht, damit für den Fahrer nachvollziehbar
bei einem solchen Fahrstufenwechsel der Schalthebel durch die Schaltstellung
N geführt wird.
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Die
Schaltgasse II verfügt ausgehend von ihrer Nullstellung
M über jeweils einen Schaltpunkt M+ bzw. M– in
jeder Richtung und dient zum manuellen Ansteuern des automatisierten
Schaltgetriebes, so dass der Fahrer einen Gangwechsel manuell durch entsprechendes
Bewegen des Schalthebels auf den Schaltpunkt M+ oder auf den Schaltpunkt
M– herauf- bzw. herunterschalten kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird im Schaltpunkt M+ der nächst höhere und im
Schaltpunkt M– der nächst tiefere Gang eingelegt.
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Die
jeweilige Fahrstufeneinstellung bzw. der jeweils eingelegte Gang
können einem Fahrer durch eine entsprechende Anzeige kenntlich
gemacht werden, so dass er nach Erfassen der jeweils aktuellen Fahrstufe
den Schalthebel bei einem Fahrstufen- oder Gangwechsel entsprechend
bewegt. Damit der Schalthebel jedoch nicht unbewusst in eine in
einer Fahrstufe nicht definierte Stellung gebracht werden kann,
verfügt die elektrische Schalteinrichtung zusätzlich über
eine Schaltbegrenzungskulisse 3, die in Abhängigkeit
von der jeweils angewählten Fahrstufe die Bewegungsfreiheit
des verharrend gelagerten Schalthebels 1 fahrstufenabhängig
begrenzt.
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Die
Schaltbegrenzungskulisse 3 ist in der 1 dargestellt;
der zugehörige elektrische Antrieb 7, der vorzugsweise
als Schrittmotor ausgebildet ist, ist aus den 9 und 13 ersichtlich,
wobei der Antrieb 7 relativ zum Fahrzeug unbeweglich angeordnet
ist, etwa durch Befestigung in einem nicht dargestellten Gehäuse
der elektrischen Schalteinrichtung.
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Die 3 bis 5 zeigen
Ansichten einer Stirnfläche der Schaltbegrenzungskulisse 3,
die durch einen annähernd quaderförmigen Körper
mit paarweise, zumindest annähernd parallelen Seitenflächen
ausgebildet ist. Angedeutet ist der Durchstoßungspunkt
der Motorwelle 8 durch die annähernd quadratische
Stirnfläche der Schaltbegrenzungskulisse 3. Die
Motorwelle 8 stellt die Verbindung zum hier nicht dargestellten
elektrischen Antrieb dar.
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Ersichtlich
ist, dass die Schaltbegrenzungskulisse 3 außerhalb
der Mitte ihrer Stirnfläche mit der Motorwelle 8 verbunden
ist. Dadurch bilden die beiden Verbindungslinien, die durch den
Durchstoßungspunkt und senkrecht zu den Seitenflächen
der Schaltbegrenzungskulisse 3 verlaufen jeweils eine kurze
und eine lange Halbachse (a, b) aus. Aufgrund der annähernd
quadratischen Form der Stirnfläche, sind sowohl die beiden
größeren Halbachsen a als auch die beiden kleineren
Halbachsen b untereinander gleich lang.
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Die
Seitenflächen der Schaltbegrenzungskulisse 3 bilden
Anschlagsflächen für einen am Schalthebel 1 angeformten
Anschlaghebel 4 aus. Wie die 4 zeigt,
ist der Schalthebelweg eingeschränkt, wenn der Anschlaghebel 4 auf
eine der Seitenflächen trifft, deren Abstand vom Durchstoßungspunkt
der Motorwelle 8 der großen Halbachsenlänge
a entspricht. Dadurch kann der Schalthebel 1 nicht das
linke Ende der Rastkurve 2 erreichen.
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Die 5 zeigt,
dass diese Begrenzung aufgehoben ist, wenn eine der Seitenflächen
der Schaltbegrenzungskulisse 3 mit der kleineren Halbachsenlänge
b den Anschlag für den Anschlaghebel 4 bildet. Bei
einer Drehung der Schaltbegrenzungskulisse 3 um jeweils
90° gibt es somit zwei gleichwertige den Schaltweg begrenzende
Stellungen, sowie zwei Stellungen, die den Betätigungsweg
des Schalthebels 1 vollständig freigegeben.
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Auf
der der Schaltbegrenzungskulisse 3 zugewandten Seite weist
der Schalthebel 1 eine angeformte Führungskurve 9 auf.
Die Führungskurve 9 ist in der 5 nur
abschnittsweise hinter der Schaltbegrenzungskulisse 3 erkennbar
und daher in der 6 in einer Detailansicht dargestellt.
Die Form der Führungskurve 9 ist so ausgestaltet,
dass sie mit einer stegförmigen Anformung, im folgenden
kurz als Führungssteg 10 bezeichnet, die an der
dem Schalthebel 1 zugewandten Stirnfläche der
Schaltbegrenzungskulisse 3 angebracht oder angeformt ist,
zusammenwirken kann.
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Bei
der in der 7 gezeigten Drehstellung der
Schaltbegrenzungskulisse 3 befindet sich der Führungssteg 10 zwischen
den Anlageflächen der Führungskurve.
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In
einer dazu um 90° versetzten Drehstellung, die in der 8 dargestellt
ist, liegt der Führungssteg 10 dagegen an der
höchsten Stelle der Führungskurve 9 an.
Hierdurch ist der Abstand zwischen der Schaltbegrenzungskulisse 3 und
dem Schalthebel 1 vergrößert.
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Da
die Schaltbegrenzungskulisse 3 in Richtung ihrer Drehachse
als ortsfest anzusehen ist, ist der Schalthebel 1 in der 8,
im Vergleich zu seiner in der 7 dargestellten
Position, von der Schaltbegrenzungskulisse 3 weggeschoben.
Zudem begrenzt die Schaltbegrenzungskulisse 3 nun den Betätigungsweg
des Schalthebels 1 in der Verschieberichtung zwischen den
beiden Schaltgassen I und II gemäß der
Darstellung der 2 und 14. Durch diese
Schalthebelwegsbegrenzung kann der Schalthebel 1 in der
Schaltgasse I gehalten werden und eine Verschiebung des
Schalthebels 1 in die andere Schaltgasse II, die
zum manuellen Umschalten der Gänge vorgesehen ist, unterbunden
werden.
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Wegen
der symmetrischen Ausbildung des Führungsstegs 10 und
der symmetrischen Anordnung des Führungsstegs 10 hinsichtlich
der Drehachse der Schaltbegrenzungskulisse 3 führt
eine Drehung der Schaltbegrenzungskulisse 3 um 180° wieder
jeweils zu einer genau gleichen relativen Positionierung von Führungssteg 10 und
Führungskurve 9 zueinander. Somit ist hier eine
Drehsymmetrie gegeben. Wesentlich hierbei ist, dass sich die Abfolge
der funktionell gleichwirkenden Stellungen hier von der zuvor anhand
der 4 beschriebenen Abfolge von Blockierstellungen
des Betätigungswegs innerhalb einer Schaltgasse unterscheidet.
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Hierzu
betrachte man die 4 und 8 zusammen
mit dem Schaltschema der 14. Die Schaltbegrenzungskulisse 3 bildet
mehrere Betätigungssperren aus, wobei man die Stellung
der Schaltbegrenzungskulisse 3 in der 3 als
Sperre A (14) identifizieren kann, die
das Erreichen einer Endstellung VV in der Schaltgasse I blockiert.
Die Positionierung von Führungssteg 10 und Führungskurve 9 in
der 8 entspricht einer Sperre E, die das Verschieben
des Schalthebels 1 in die Schaltgasse II verhindert,
und, falls sich der Schalthebel sich in der Schaltgasse II befindet,
diesen in die Schaltgasse I verschiebt.
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Die
zuletzt genannte Funktion ist vorteilhaft, um den Schalthebel 1,
etwa beim Abstellen des Kraftfahrzeugs, in eine definierte Nullstellung
N zu überführen. Dies kann dadurch geschehen,
dass, z. B. nach dem Abziehen des Zündschlüssels,
der Antrieb 7 die Schaltbegrenzungskulisse 3 in
die in der 8 gezeigte Drehstellung bringt,
in der der Führungssteg 10 am höchsten
Punkt der Führungskurve 9 anliegt. Hierdurch ist
sichergestellt, dass sich der Schalthebel 1 anschließend
in der ersten Schaltgasse I und damit in der Nullstellung
N befindet.
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Vorteilhaft
hierbei ist, dass für diese Funktion kein eigener Aktuator
erforderlich ist, und damit ein ansonsten zusätzlich benötigter
elektromotorischer oder elektromagnetischer Antrieb eingespart werden kann.
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Der
4 entnehmbar
ist, dass auch nach einer Drehung der Schaltbegrenzungskulisse
3 um 90° im
Uhrzeigersinn gegenüber der in der
4 dargestellten
Position, wieder eine Seite mit einer langen Halbachse a zum Drehpunkt
am Anschlaghebel
4 anliegt. Dadurch bleibt die Sperre A
gesetzt. Gemäß der
7 und
8 geschieht
das Setzen/Nichtsetzen der Sperre E durch Drehung der Schaltbegrenzungskulisse
3 mit
einer 180°-Symmetrie. Dies läßt sich
in folgender Tabelle zusammenfassen:
Sperre
A | Sperre
E |
1 | 1 |
1 | 0 |
0 | 1 |
0 | 0 |
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Jede
Zeile dieser Tabelle entspricht einer möglichen Drehstellung
der Schaltbegrenzungskulisse 3; der Übergang von
einer Zeile zur nächsten entspricht somit einem 90°-Schritt.
Eine 1 bedeutet jeweils eine gesetzte Sperre; entsprechend steht
eine 0 für eine ungesetzte Sperre. Die Tabelle zeigt, dass es
jeweils eine Stellung der Schaltbegrenzungskulisse 3 gibt,
in der jeweils eine oder beide Sperren zusammen oder keine der Sperren
gesetzt sind.
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Die
Schaltbegrenzungskulisse und der zugehörige Antrieb realisieren
somit jede mögliche Sperrenkombination und damit praktisch
zwei unabhängig voneinander steuerbare Sperren A und E.
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Da
somit eine einzige Schaltbegrenzungskulisse gleichzeitig zwei Schaltbetätigungssperren
ausbildet, ist der mechanische Aufwand gegenüber vorbekannten,
mechanisch separat ausgebildeten Sperrvorrichtungen deutlich reduziert.
Zugleich werden Kosten und Bauraum eingespart.
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Vorteilhaft
darüber hinaus ist auch, dass zur Aufrechterhaltung der
Sperrwirkung keine ständige Bestromung von Sperrvorrichtungen
erforderlich ist. Hierdurch wird der Strombedarf vermindert und
die äußerst störende Entstehung von Verlustwärme
stark reduziert. Besonders vorteilhaft kann der Antrieb 7 als
ein Schrittmotor ausgeführt sein, der jeweils nur zur Änderung
der Drehposition der Schaltbegrenzungskulisse 3 kurz angesteuert
wird. Vorteilhaft ist auch, dass die Schaltbegrenzungskulisse 3 keinen Drehstellungssensor
aufweisen muss, da die jeweilige Stellung für die den Schrittmotor
ansteuernden Vorrichtung aus der Anzahl der Ansteuerimpulse an den
Schrittmotor jederzeit ableitbar ist.
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Selbstverständlich
ist eine Verwendung zusätzlicher konventioneller Sperraktuatoren
(11, 12) zur Realisierung weiterer Funktionen
keineswegs ausgeschlossen und sogar relativ einfach realisierbar.
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So
zeigt die 10 zwei Hubankermagnete als
Sperraktuatoren (11, 12), die an Endabschnitten der
Rastkurve 2 angeordnet sind. Die Sperraktuatoren (11, 12)
weisen ausfahrbare Stößel (13, 14)
auf, welche im ausgefahrenen Zustand im Schwenkbereich von zwei
am Schalthebel 1 angeformten Anschlaghebeln (5, 6)
liegen und dadurch Betätigungssperren ausbilden. Diese
Betätigungssperren entsprechen den Sperren B und C im Schaltschema
der 14.
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Da
in der 10 beide Schaltstößel
ausgefahren sind und somit beide Betätigungssperren B und
C gesetzt sind, ist der Schalthebel 1 in der dargestellten
Konfiguration, zumindest in einer Schaltgasse, nicht betätigbar.
Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn die Betätigung
des Schalthebels 1 von der Erfüllung einer Vorbedingung,
etwa dem Lösen der Bremse, abhängig sein soll.
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In
den 11 und 12 ist
jeweils der Sperraktuator 12 betätigt und der
Sperraktuator 11 unbetätigt. Entsprechend ist
der Stößel 14 des Sperraktuators 12 ausgefahren. Übertragen
auf das Schaltschema der 14 bedeutet
das, dass die Sperre C gesetzt ist und die Schaltstellungen H und HH
blockiert sind. Der Schalthebel 1 kann somit in die Stellungen
N und V gebracht werden. Die Stellung VV ist in der 11 durch
die Sperre A blockiert, welche durch die Schaltbegrenzungskulisse 3 gesetzt ist.
Dagegen ist in der 12 die Sperre A durch die Stellung
der Schaltbegrenzungskulisse 3 freigegeben.
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Die 13 zeigt
eine Anordnung aus Schalthebel 1, Rastkurve 2,
Schaltbegrenzungskulisse 3, dem Schrittmotor 7 und
einem Sperraktuator 11. Der Schalthebel 1 befindet
sich hier in der Schaltgasse II. Ersichtlich ist, dass
der Anschlaghebel 5 am Schalthebel 1 sich in dieser
Schaltgasse II am gesetzten Stößel 13 des
Sperraktuators 12 vorbeibewegen kann, was bedeutet, dass
die Sperre B hier, in Übereinstimmung mit dem Schaltschema
in der 14, für den in Schaltgasse II befindlichen
Schalthebel 1 nicht wirksam ist.
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- 1
- Schalthebel
- 2
- Rastkurve
- 3
- Schaltbegrenzungskulisse
- 4,
5, 6
- Anschlaghebel
- 7
- Antrieb
(Schrittmotor)
- 8
- Motorwelle
- 9
- Führungskurve
- 10
- Führungssteg
- 11,
12
- Sperraktuatoren
(Hubankermagnete)
- 13,
14
- Stößel
- a,
b
- Halbachsen(längen)
- I,
II
- Schaltgassen
- VV,
V, H, HH, M, M+
- Schaltstellungen
- M,
N
- Schaltstellungen
(Nullstellungen)
- A,
B, C, E
- Schaltsperren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005023926
A1 [0005, 0006]
- - DE 102004060232 A1 [0007]