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Die
Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms in
einer Kraftfahrzeug-Heizungs- und/oder Klimaanlage mit einem Ventilgehäuse,
das eine Fluidstrom-Eingangsöffnung, eine erste Fluidstrom-Ausgangsöffnung
und eine zweite Fluidstrom-Ausgangsöffnung aufweist, wobei
der ersten Fluidstrom-Ausgangsöffnung ein erstes Verschlusselement
zugeordnet ist, und wobei de zweiten Fluidstrom-Ausgangsöffnung
ein zweites Verschlusselement zugeordnet ist.
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Ein
Ventil der eingangs genannten Art ist aus der
EP-1 881 171 A1 bekannt.
Dieses Ventil ist für die Steuerung eines Kühlmittelstroms
für einen Heizkörper eines Kraftfahrzeugs ausgelegt.
Das Ventil hat ein Ventilgehäuse mit einer Eingangsöffnung
für den Kühlmittelstrom. In dem Ventilgehäuse
gibt es zwei weitere Öffnungen, durch die der Kühlmittelstrom
abfließen kann. Für das Versperren und Freigeben
einer ersten Ausgangsöffnung im Ventilgehäuse
ist bei dem Ventil ein mittels Magnetkraft betätigter Ventilstößel
vorgesehen, der gegen einen ersten Sitz im Ventilgehäuse
wirkt. Eine zweite Ausgangsöffnung wird durch eine Kugel
versperrt und freigegeben, die mittels Federkraft gegen einen zweiten
Sitz im Ventilgehäuse gedrückt wird.
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Die
DE-196 29 114 B4 offenbart
eine Vorrichtung zum Heizen und/oder Kühlen eines Fahrgastraums
in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung enthält ein Scheibenventil,
um einen Fluidstrom zu steuern. Dieses Scheibenventil hat ein Ventilgehäuse
mit zwei Eingangsöffnungen und zwei Ausgangsöffnungen.
Es umfasst eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe, die übereinander
liegen. Beide Scheiben sind zueinander drehbar an einer gemeinsamen Drehachse
gelagert. In beiden Scheiben sind jeweils Bohrungen ausgebildet.
Indem die Scheiben zueinander verdreht werden, wird ein an den Eingangs öffnungen
anliegender Fluidstrom zu der ersten und zu der zweiten Ausgangsöffnung
freigegeben oder versperrt.
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Es
ist bekannt, zur Steuerung eines Fluidstroms in Kraftfahrzeug-Heizungen
und Kraftfahrzeug-Klimaanlagen sogenannte Duo-Magnetventile einzusetzen.
Diese Ventile haben ein Ventilgehäuse mit einer Eingangsöffnung
für den Fluidstrom und zwei FluidstromAusgangsöffnungen.
Zur Steuerung des Fluidstroms enthalten die Ventile zwei mittels Magnetkraft
bewegte Ventilstößel, die einen entsprechenden
Ventilsitz freigeben oder versperren. Auf diese Weise kann der an
der Eingangsöffnung anliegende Fluidstrom steuerbar auf
die erste und die zweite Ausgangsöffnung verteilt werden.
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Nachteilig
an diesen Duo-Magnettaktventilen sind nicht nur hohe Herstellungskosten,
sondern auch das Auftreten von lauten Betriebsgeräuschen, deren
Ursache die Bewegung der entsprechenden Ventilstößel
ist. Werden Duo-Magnetventile in Kraftfahrzeugen eingesetzt, so
müssen sie aufgrund ihrer Betriebsgeräusche im
Motorraum des Fahrzeugs angeordnet werden. Für Klimaanlagen
hat diese Anordnung von Duo-Magnetventilen Nachteile, da dies bedeutet,
dass längere Schläuche für Kühlmittel
verlegt werden müssen. Werden mittels eines Duo-Magnettaktventils
in einem Leitungssystem Fluidströme geschaltet, die aus
Flüssigkeit bestehen, so treten dort hohe Druckspitzen
auf. Derartige Druckspitzen verringern die Lebensdauer von Kraftfahrzeug-Heizungssystemen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Ventil der eingangs genannten Art bereitzustellen,
bei dessen Betrieb geringere Betriebsgeräusche auftreten,
das kostengünstiger herstellbar ist und das insbesondere beim
Steuern von Fluidströmen aus Flüssigkeit keine oder
zumindest geringere Druckspitzen in einem entsprechenden Leitungssystem
hervorruft.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Ventil der eingangs genannten Art gelöst,
bei dem das erste Verschlusselement eine erste Scheibe ist, die
mit einer Scheibenfläche an einer Oberfläche eines
in dem Ventilgehäuse angeordneten ersten gehäusefesten Führungselements
anliegt und bezüglich der ersten Fluidstrom-Ausgangsöffnung
beweglich ist, um diese freizugeben oder zu verschließen,
und bei dem das zweite Verschlusselement eine zweite Scheibe ist, die
mit einer Scheibenfläche an einer Oberfläche eines
in dem Ventilgehäuse angeordneten zweiten gehäusefesten
Führungselements anliegt und bezüglich der zweiten
Fluidstrom-Ausgangsöffnung beweglich ist, um diese freizugeben
oder zu verschließen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass mittels eines solchen
Ventils in einem Leitungssystem ein Fluidstrom sehr schnell und
präzise und weitgehend ohne störende Geräusche
präzise gesteuert werden kann.
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Zweckmäßig
hat jedes der Führungselemente eine Durchtrittsöffnung,
die über der ersten Fluidstrom-Ausgangsöffnung
bzw. der zweiten Fluidstrom-Ausgangsöffnung liegt. Auf
diese Weise wirken die Führungselemente als Dichtabschnitte.
Vorteilhaft bestehen die Führungselemente aus Keramik.
Auf diese Weise können sehr heiße Fluidströme gesteuert
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat jede der Scheiben
eine Durchtrittsöffnung für den Fluidstrom. Auf
diese Weise lässt sich der Stellweg gering halten, mit
dem die Scheibe für das Öffnen und Schließen
der Fluidstrom-Ausgangsöffnung bewegt werden muß.
Indem auch die Scheiben aus Keramik ausgeführt sind, läßt
sich nicht nur eine hohe Standfestigkeit des Ventils über
einen langen Zeitraum erzielen, sondern es bedarf für das Öffnen
und Schließen der Fluidstrom-Ausgangsöffnungen
bei dem Ventil auch nur geringer Kräfte, da Keramik ein
sehr leichtes Material ist. Damit können die Trägheitsmomente
von Bauteilen aus diesem Material ohne großen Aufwand gering
gehalten werden. Darüber hinaus hat Keramik Gleiteigenschaften,
die denjenigen des Kunststoffs POM entsprechen. Keramik ist auch
im Temperaturbereich von 140°C, in dem Kraftfahrzeug-Heizungsanlagen
betrieben werden, temperaturbeständig. Dagegen liegt die Grenze
der Temperaturbeständigkeit für den Kunststoff
POM schon bei ca. 110°C.
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Für
das Bewegen der Scheibe kann ein elektrischer Antrieb und/oder ein
manuell betätigbarer Antrieb vorgesehen werden. Auf diese
Weise wird ein zuverlässiger Betrieb einer Heizungs- und
Klimaanlage gewährleistet, und es ist möglich,
das Ventil zur Regelung einer entsprechenden Heizungs- und/oder Klimaanlage
einzusetzen. Zweckmäßig sind die Scheiben schwenkbar
gelagert. Auf diese Weise wird ein einfach bauender Antrieb für
die Scheiben ermöglicht. Das Gehäuse weist bevorzugt
ein Deckelteil und ein Topfteil auf. An dem Deckelteil kann ein
erster Stutzen als Eingangsanschluß für den Fluidstrom ausgebildet
sein. An dem Topfteil befinden sich vorzugsweise ein zweiter Stutzen
und ein dritter Stutzen als Ausgangsanschlüsse für
den Fluidstrom. Auf diese Weise hat das Ventil eine Bauform, die
eine Fertigung des Ventilgehäuses in hohen Stückzahlen
mittels Spritzguss ermöglicht.
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Der
Deckelteil und/oder der Topfteil bestehen zweckmäßig
aus Kunststoff. Dadurch kann das Ventil zur Steuerung von aggressiven
Flüssigkeiten eingesetzt werden. Der Deckelteil und der
Topfteil sind vorteilhaft durch eine Schweißverbindung
verbunden. Auf diese Weise wird eine gute Dichtigkeit des Ventilgehäuses
gewährleistet.
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Das
Ventil eignet sich insbesondere zum Einsatz in einer Kraftfahrzeug-Heizungs-
und/oder Klimaanlage, bei der ein erster aus Flüssigkeit
bestehender Fluidstrom zu einem ersten Wärmetauscher und
ein zweiter aus Flüssigkeit bestehender Fluidstrom zu einem
zweiten Wärmetauscher ausgebildet ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ventils zur Steuerung eines Fluidstroms
in einer Kraftfahrzeug-Heizungs- und/oder Klimaanlage;
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2 einen
Schnitt des Ventils gemäß 1 entlang
der Linie II-II;
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3 einen
Schnitt des Ventils gemäß 1 entlang
der Linie III-III;
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4 einen
Schnitt gemäß 1 entlang der
Linie IV-IV und
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5 einen
Abschnitt einer Klimaanlage mit einem Ventil zur Steuerung eines
Fluidstroms.
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Das
Ventil 100 in 1 ist für den Einsatz
in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage ausgelegt. Es kann aber auch
in einer entsprechenden Heizungsanlage eingesetzt werden. Es umfasst
ein Ventilgehäuse 101 mit einem Deckelteil 102 und
einem Topfteil 103. An dem Deckelteil 102 befindet
sich ein erster Stutzen 104 mit einem Eingang 105 für
einen Fluidstrom. An dem Topfteil 103 ist ein zweiter Stutzen 106 und ein
dritter Stutzen 107 ausgebildet. Die Stutzen 106, 107 dienen
als Ausgang 108, 109 für einen entsprechenden
Fluidstrom.
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Das
Ventil 100 umfasst einen ersten Bedienhebel 110 und
einen zweiten Bedienhebel 111. Mit dem ersten Bedienhebel 110 kann
eine erste als Verchlußelement dienende Scheibe 122 in
dem Ventilgehäuse 101 um eine Schwenkachse 124 bewegt werden.
Der zweite Bedienhebel 111 ist einer zweiten Scheibe 127 zugeordnet,
die sich im Ventilgehäuse 101 befindet und um
eine Schwenkachse 128 bewegt werden kann. Die beiden Bedienhebel 110, 111 sind für
manuelles Einstellen ausgelegt. Sie eignen sich aber insbesondere
auch zum Antrieb durch ein kinematisches Getriebe. Die beiden Scheiben 122, 127 bestehen
aus Keramik.
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Das
Ventilgehäuse 101 hat einen Gehäuseraum 120 mit
einer Fluidstromeingangsöffnung 121 und einer
ersten Fluidstrom-Ausgangsöffnung 131 sowie einer
zweiten Fluidstrom-Ausgangsöffmung 132. In dem
Gehäuseraum 120 kann mittels der ersten Scheibe 122 die
erste Fluidstrom-Ausgangsöffnung 131 freigegeben
und verschlossen werden. Die erste Scheibe 122 ist drehfest
auf einer Welle 123 gelagert und gegen das Ventilgehäuse 101 mit
einem Dichtring 125 abgedichtet.
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An
dem Topfteil 103 befindet sich bei der ersten Scheibe 122 eine
erste Führungsplatte 126, die als Dichtabschnitt
wirkt. Die erste Scheibe 122 kann an der ersten Führungsplatte 126 über
den Öffnungsquerschnitt der ersten Fluidstrom-Ausgangsöffmung 131 im
Ventilgehäuse 102 bewegt werden. Wenn die erste
Scheibe 122 vollständig über der Ausgangsöffnung 131 liegt,
verschließt sie diese durch Anliegen ihrer der ersten Führungsplatte 126 zugewandten Scheibenfläche
an der Oberfläche der ersten Führungsplatte 126.
Fluides Medium, das unter Druck durch die Fluidstrom-Eingangsöffnung 121 in
den Gehäuseraum 120 einströmt, beaufschlagt
die Seite der ersten Scheibe 122, die der ersten Führungsplatte 126 abgewandt
ist, mit einer Druckkraft. Diese Druckkraft drückt die
erste Scheibe 122 gegen die erste Führungsplatte 126.
Die flächige Form der Führungsplatte 126 bewirkt,
dass diese Druckkraft aufgrund der starren Verbindung der ersten
Scheibe 122 mit der Welle 123 in der Lagerung
der Welle 123 keine Querkräfte verursacht. Es
wird so vermieden, dass sich die Welle 123 in ihrer Lagerung
verklemmt. Die Führungsplatte 126 besteht aus
Keramik. Sie hat die Funktion eines Ventilsitzes für das
verstellbare Ventilelement in Form der ersten Scheibe 122.
Die erste Scheibe 122 liegt flächig an der ersten
Führungsplatte 126 an, so dass diese als Führung
für die erste Scheibe 122 wirkt.
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Für
das Verschließen und Freigeben der zweiten Fluidstrom-Ausgangsöffnung 132 ist
in dem Gehäuseraum 120 die zweite Scheibe 127 vorgesehen.
Sie ist drehfest mit einer Welle 129 verbunden, welche
im Ventilgehäuse 101 drehbar gelagert ist. Die
Welle 129 ist mittels eines Dichtrings 130 gegen das
Ventilgehäuse 101 abgedichtet. Die zweite Scheibe 127 liegt
an einer Oberfläche einer zweiten Führungsplatte 134 im
Ventilgehäuse 101 an.
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Der
Gehäuseraum 120 des Ventilgehäuses 101 hat
bei den zweiten und dritten Stutzen 106 und 107 im
Topfteil 103 eine erste Fluidstrom-Ausgangsöffnung 131 und
eine zweite Fluidstrom-Ausgangsöffnung 132. Die
erste Führungsplatte 126, welcher die erste Scheibe 122 zugeordnet
ist, befindet sich in einer Ausnehmung 133 am Boden des
Topfteils 103. Entsprechend ist die zweite Führungsplatte 134 für die
zweite Scheibe 127 in einer Ausnehmung 135 des
Topfteils 103 angeordnet. In den Ausnehmungen 133 und 135 liegen
die Führungsplatten 126, 134 jeweils
auf zylindrischen Dichtungen 136 und 137 auf, durch
die der Gehäuseraum 120 im Bereich der Fluidstrom-Ausgangsöffnungen 131 und 132 an
den Dichtabschnitten 126 und 134 abgedichtet ist.
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Entsprechend
der ersten Führungsplatte 126 wirkt auch die zweite
Führungsplatte 134 als Dichtabschnitt und hat
die Funktion eines Ventilsitzes für das verstellbare Verschlusselement
des Ventils 100 in Form der zweiten Scheibe 127.
Wie die erste Scheibe 122 an der ersten Führungsplatte 126 liegt
auch die zweite Scheibe 127 an der zweiten Führungsplatte 134 flächig
an. Dies gewährleistet, dass auch die Welle 129,
mit der die zweite Scheibe 127 verbunden ist, bei hohen
Drücken im Gehäuseraum 120 keine Querkräfte
in ihrer Lagerung erfährt.
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Der
Deckelteil 102 ist einstückig mit dem ersten Stutzen 104 ausgebildet.
Entsprechend ist der Topfteil 103 mit den zweiten und dritten
Stutzen 107, 108 aus einem Stück ausgeführt.
Das Ventilgehäuse 101 besteht aus Kunststoff.
Bei Montage der Anordnung werden der Deckelteil 102 und
der Topfteil 103 nach dem Einbau der Dichtungen 136, 137 und
der entsprechenden Wellen 123, 129 mittels Schweißen verbunden.
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In
den Führungsplatten 126 und 134 am Boden
des Topfteils 103 ist jeweils eine kreisrunde Öffnung 401, 402 ausgebildet,
welche über den Fluidstrom-Ausgangsöffnungen 131 bzw. 132 liegt.
Auch die Scheiben 122, 127 weisen jeweils eine
Durchtrittsöffnung 403 bzw. 404 auf.
Bei der in 4 gezeigten Einstellung des
Ventils liegt die erste Scheibe 122 in dem schraffierten
Bereich 405 flächig am Dichtabschnitt 126 an
und die zweite Scheibe 127 in ihrem schraffierten Bereich 406 flächig
am Dichtabschnitt 134. Die Form der Scheiben 122 und 127 und
der Dichtabschnitte 126, 134 gewährleiistet,
dass bei Verschwenken der Scheiben 122, 127 um
die Achsen 124 bzw. 128 diese stets an den Dichtabschnitten 126 bzw. 134 flächig
anliegen. Hierdurch entsteht eine Führung der Scheiben 122, 127 an
den Dichtabschnitten 126 bzw. 134.
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Die
Schwenkachsen 124, 128 der Scheiben 122, 127 sind
im Abstand von den Fluidstrom-Ausgangsöffnungen 131, 132 im
Topfteil 103 des Ventilgehäuses angeordnet. Mittels
der Bedienhebel 110, 111 lassen sich die Scheiben 122, 127 zu
den Ausgangsöffnungen 131 bzw. 132 für
einen definierten Öffnungsquerschnitt einstellen, was ein
präzises Steuern des durch diese Öffnungen hindurch
tretenden Fluidstromes ermöglicht.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Scheiben 122, 127 und
die Führungsplatten 126, 134 aus Keramik
gefertigt. Es ist jedoch auch möglich, die Scheiben 122, 127 und/oder
die Führungsplatten 126, 134 wenigstens
teilweise aus Kunststoff zu fertigen, insbesondere aus einem temperaturbeständigen
Kunststoff.
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Die 5 zeigt
einen Leitungsabschnitt 500 in einer Kraftfahrzeug-Heizungs-
und/oder Klimaanlage, in welcher ein entsprechend den 1 bis 4 ausgebildetes
Ventil 501 zur Steuerung eines Wasserflusses zu einem ersten
Wärmetauscher 502 und einem zweiten Wärmetauscher 503 vorgesehen ist.
Der Fluidstrom in Form von Wasser gelangt über einen ersten
Vorlaufsabschnitt 504 zu einem Eingang 505 des
Ventils 501. Mittels des Ventils 501 wird der Wasserfluss
in den Leitungsabschnitten 506, 507 zu dem Wärmetauscher 502, 503 gesteuert,
um so deren Temperatur einzustellen. Durch eine Rückleitung 508 wird
dieser Fluidstrom von den Wärmetauschern 502, 503 abgeführt.
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Anders
als bei dem in 1, 2, 3 und 4 gezeigten
Ventil sind den verstellbaren Verschlusselementen beim Ventil 501 keine
Bedienhebel, sonern elektrische Antriebe 509, 510 zugeordnet.
Diese elektrischen Antriebe treiben bei dem Ventil die Scheiben
mittels der Wellen direkt an. Indem das Ventil 501 in den
Vorlauf der Heizungsanlage integriert ist, wird eine genaue Temperaturregelung
für die Wärmetauscher 502, 503 ermöglicht.
Darüber hinaus kann auf diese Weise der für eine
entsprechende Heizungsanlage erforderliche Bauraum besonders kompakt
gehalten werden, und das Ventil schaltet sehr leise.
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Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft ein Ventil 100 zur
Steuerung eines Fluidstroms in einer Kraftfahrzeug-Heizungs- und/oder
Klimaanlage. Das Ventil 100 hat ein Gehäuse 101,
das eine Fluidstrom-Eingangsöffnung 121, eine
erste Fluidstrom-Ausgangsöffnung 131 und eine
zweite Fluidstrom-Ausgangsöffnung 132 aufweist.
Der ersten Fluidstrom-Ausgangsöffnung 131 ist
ein erstes verstellbares Verschlusselement zugeordnet, und der zweiten
Fluidstrom-Ausgangsöffnung 132 ist ein zweites
verstellbares Verschlusselement zugeordnet. Erfindungsgemäß ist
das erste Verschlusselement eine erste Scheibe 122, die
mit einer Scheibenfläche an einer Oberfläche eines
in dem Ventilgehäuse 101 angeordneten ersten gehäusefesten
Führungselements 126 anliegt und bezüglich
der ersten Fluidstrom-Ausgangsöffnung 131 beweglich ist,
um diese freizugeben oder zu verschließen. Das zweite Verschlusselement
ist eine zweite Scheibe 127, die mit einer Scheibenfläche
ebenfalls an einer Oberfläche eines in dem Ventilgehäuse 101 vorgesehenen
zweiten gehäusefesten Führungselements 134 anliegt
und bezüglich der zweiten Fluidstrom-Ausgangsöffnung 132 beweglich
ist, um diese freizugeben oder zu verschließen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1881171
A1 [0002]
- - DE 19629114 B4 [0003]