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Stand der Technik
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DE 10 2006 045 163
A1 bezieht sich auf eine Doppelkupplung für ein
Doppelkupplungsgetriebe. Die Doppelkupplung dient der Übertragung
eines Drehmomentes von einer Antriebswelle an mindestens einer Abtriebswelle.
Die Doppelkupplung umfasst eine erste sowie eine zweite Kupplung
sowie eine elektrische Betätigungseinrichtung. Die Betätigungseinrichtung
ihrerseits umfasst einen Koppelschieber, wobei ein erster Schieber
des Koppelschiebers auf die erste Kupplung und ein zweiter Schieber des
Koppelschiebers auf die zweite Kupplung wirkt. Die beiden Schieber
sind derart bewegbar, dass durch das Verschieben der Schieber ein
Umkupplungsvorgang gesteuert wird.
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Neben
Doppelkupplungen für Doppelkupplungsgetriebe sind Fahrzeuggetriebe
mit automatisierten Kupplungen bekannt, wobei diese elektromechanisch
betätigt sind. Zu den automatisierten Schaltgetrieben zählen
solche mit Zugkraftunterbrechung sowie Doppelkupplungsgetriebe ohne
Zugkraftunterbrechung. Die genannten Kupplungen können über
ein Rampenelement linear oder rotatorisch betätigt werden,
wie z. B. aus
DE
10 2004 016 177 A1 bekannt.
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Anfahrkupplungen
können als Trockenkupplungen ausgebildet sein, so z. B.
als trockene Einscheibenkupplungen oder auch Mehrscheibenkupplungen
sowie auch als nasslaufende Lamellenkupplungen ausgeführt
werden.
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Bei
trockenen Kupplungen, so z. B. trockenen Einscheiben- oder Mehrscheibenkupplungen stellt
sich infolge des Betriebes und der miteinander häufig zu
verbindenden Reibpartnern ein hoher Abrieb ein. Der Abrieb kann
für eine elektromechanische Aktuatorik, so z. B. einen
elektrischen Antrieb, problematisch sein.
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Der
Abrieb, der bei trockenen Ein- oder Mehrscheibenkupplungen in Pulverform
mit geringer Korngröße vorliegt, kann sich mechanischen
Teilen absetzen, die nicht regelmäßig in Funktion
sind.
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Elektromechanisch
bewegte Kupplungen, seien es Einscheiben- oder Mehrscheibenkupplungen,
umfassen z. B. einen als Elektromotor ausgebildeten Aktor, der auf
eine Spindel einwirkt. Diese kann z. B. als Kugelumlaufspindel ausgebildet
sein und mit einem Schieber zusammenwirken, an dem eine Rampe angebracht
ist. Die Rampe drückt auf ein Druckstück oder
einen Hebel oder dergleichen, wodurch eine Kupplungsfeder betätigt
wird. Bei Standardkupplungen in Kraftfahrzeugen wird in der Regel der
Momentenfluss bei Betätigung der Kupplungsfeder unterbrochen
(normal-closed), wohingegen bei Doppelkupplungsgetrieben die Kupplung
zur Momentenübertragung zusammengepresst wird (normally
open). Anstelle von Spindeln können durch den Aktor auch
andere Maschinenelemente, wie z. B. Nocken oder Hebel, die zur Betätigung
der Kupplung erforderlich sind, eingesetzt werden.
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Die
Kupplungsfeder, auch als Kupplungstellerfeder bezeichnet, erfüllt
neben ihrer Funktion als Feder auch die Funktion einer Hebelübersetzung. Mittels
dieser Übersetzung wird die Kupplungsscheibe, die in der
Regel auf der Getriebeeingangswelle angeordnet ist, zwischen Motorschwungscheibe
und Druckplatte gepresst. Da das übertragbare Drehmoment
von der Anpresskraft der Kupplung und damit vom Weg der Rampe abhängt,
kann sich bei längerem Teillastbetrieb, beispielsweise
im Stadtverkehr, Abriebstaub auf der Betätigungsrampe absetzen. Kommt
es bei höheren auftretenden Temperaturen zu einer Krustenbildung,
d. h. verkrustet der Staub, der sich auf einer derartigen Rampe
angelagert hat, so ist die Funktionalität der Kupplung
zumindest beeinträchtigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, als Eingangsgröße an einem Steuergerät
für die Fahrzeugkupplung, sei es eine Standardkupplung,
sei es ein Doppelkupplungsgetriebe, über Zeit und Weg das Moment
zu errechnen, mit dem das Fahrzeug gerade bewegt wird. In vorgebbaren
Zeitabständen wird durch das Kupplungssteuergerät
an der Fahrzeugkupplung ein höheres Kupplungsmoment erzeugt
als für das zum Fahren notwendige Kupplungsmoment erforderlich
ist. Die Erhöhung des Kupplungsmomentes kann z. B. dadurch
erreicht werden, dass zu Beginn der Fahrt zum Beispiel ein Schieber
derart betätigt wird, dass auf der Rampe und damit auch
auf der Spindel der maximal mögliche Weg überfahren
wird. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass
der Schieber seinen gesamten Verfahrweg und somit den gesamten Rampenweg
in einer Bewegung überfährt. Durch Überlagerung
einer oszillierenden Bewegung wird sichergestellt, dass auf der Rampe
keine Partikel haften bleiben. Ferner werden Partikel auch von anderen
Betätigungskomponenten der Kupplung, wie z. B. Spindeln,
Kupplung und Nocken, abgeschüttelt, und sichergestellt,
dass diese bei entsprechenden Temperaturänderungen nicht
an den Komponenten haften bleiben und die Schaltmimik negativ beeinflussen.
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Schließlich
besteht in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung die Möglichkeit,
die Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs in einen Betriebszustand
zu versetzen, der gezielt Vibrationen erzeugt. Ein gezieltes Erzeugen
von Vibrationen kann z. B. dadurch herbeigeführt werden,
dass durch das Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine
eine Zündzeitpunktverstellung erfolgt.
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Die
vorgeschlagenen Maßnahmen beugen einem Festsetzen von Abrieb
und Krustenbildung desselben bei erhöhten Temperaturen
effektiv vor, indem die Rampe derart durch Erhöhung des
Kupplungsmomentes durchfahren wird, um Abriebpartikel frühzeitig
abzustreifen und somit die Rampen sowie die anderen Betätigungskomponenten
der Kupplungsaktorik, die zum einwandfreien Betätigen der Fahrzeugkupplung
erforderlich sind, stets partikelfrei zu halten und ein Anbacken
von Partikeln bei Temperaturerhöhung während des
Betriebes wirksam zu verhindern. Bei häufigem Stadtbetrieb
oder bei häufigen Kurzstreckenfahrten, z. B. im Stadtverkehr,
kann die entsprechende Funktion des Steuergerätes in kürzeren
Zeitabständen aufgerufen werden im Vergleich zu Betriebszuständen
des Fahrzeugs, die durch eine geringere Anzahl von Kupplungsvorgängen
gekennzeichnet sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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die
einzige Figur einen Schnitt durch eine in der dargestellten Ausführungsvariante
als Einscheibenkupplung ausgebildete trockene Fahrzeugkupplung mit
elektromechanischer Aktuatorik.
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Ausführungsvarianten
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Der
Zeichnung ist eine Fahrzeugkupplung 10 zu entnehmen, die
in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante
als eine trockene Einscheibenfahrzeugkupplung ausgebildet ist. Bei
der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Fahrzeugkupplung 10 kann
es sich ebensogut um eine Mehrscheibenkupplung oder auch eine Lamellenkupplung
handeln. Für die nachstehend erläuterte Erfindung
ist es relevant, dass es sich bei der Fahrzeugkupplung 10 um eine
trockene Fahrzeugkupplung handelt, in der Abrieb durch die miteinander
zu kuppelnden und voneinander zu trennenden Reibpartner entsteht.
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Wie
aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Fahrzeugkupplung 10 von
einer Schwungscheibe 12 einer Verbrennungskraftmaschine
umschlossen. Die Schwungscheibe 12 befindet sich auf einer
Abtriebswelle 68 einer in der Zeichnung nur schematisch
angedeuteten Verbrennungskraftmaschine 62, die zumindest
ein Steuergerät 64 umfasst. Bei der Verbrennungskraftmaschine 62 kann
es sich sowohl um eine fremdgezündete als auch um eine
selbstzündende mehrzylindrige Verbrennungskraftmaschine
handeln. Die Abtriebswelle 68 der Verbrennungskraftmaschine 62 rotiert
in einer Rotationsrichtung 70 und versetzt die Schwungscheibe 12 in
die entsprechende Rotation.
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Die
Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 62 umschließt
eine Kupplungsfeder 14. Bevorzugt werden mehrere Kupplungsfedern 14 eingesetzt,
die z. B. als Tellerfedern oder dergleichen ausgebildet sein können.
Die Fahrzeugkupplung 10 umfasst eine Druckscheibe 16,
die an einem Führungsstift 24 geführt
ist, der an der Schwungscheibe 12 der Verbrennungskraftmaschine 62 befestigt
ist. Zwischen einer Anlagefläche der Schwungscheibe 12 und
der Druckscheibe 16 befindet sich eine Kupplungsscheibe 18,
die entsprechend des in 1 eingezeichneten Doppelpfeiles 20 in
axiale Richtung bewegt werden kann. Dazu ist der Fuß der
Kupplungsscheibe 18 zum Beispiel in einer, bevor zugt mehreren
Axialnuten 22, die sich am Umfang einer Antriebswelle 34 befinden,
in axiale Richtung geführt. Die sich zwischen der Schwungscheibe 12 und
der Druckscheibe 16 befindende Kupplungsscheibe 18 weist
einen ersten Reibbelag 58 und einen zweiten Reibbelag 60 auf,
die an jeweils gegenüberliegenden Flächen der
Schwungscheibe 12 bzw. der Druckscheibe 16 der
Fahrzeugkupplung 10 angestellt werden, wenn die Kupplung
geschlossen ist und ein Drehmoment überträgt.
Da es sich in der Darstellung gemäß 1 um
ein einfaches Ausführungsbeispiel einer trockenen Fahrzeugkupplung 10 handelt,
entsteht im Bereich der Kupplungsscheibe 18 durch das Öffnen
und das Schließen der Fahrzeugkupplung 10 durch
Abnutzung einerseits Abrieb in Pulverform und andererseits tritt
aufgrund der auftretenden Reibung eine Erhöhung der Temperatur
ein.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 geht hervor,
dass die Druckscheibe 16 einen Kontaktpunkt 66 aufweist,
an dem die Kupplungsfeder 14 anliegt. Die Kupplungsfeder 14 stützt
sich einerseits an einem Drehpunkt 26 der Schwungscheibe 12 ab
und andererseits an einem Drucklager 28, bei dem es sich
z. B. um Axiallager handeln kann. Das Drucklager 28 befindet
sich an der Stirnseite einer Druckhülse 30, die
an ihrem Außenumfang z. B. eine in axiale Richtung verlaufende
Nut 32 aufweist, in der eine weitere Druckhülse
aufgenommen sein kann, was z. B. bei einer als Doppelkupplung ausgebildeten
Fahrzeugkupplung 10 sinnvoll sein kann.
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Die
Druckhülse 30 umfasst einen Fortsatz 68,
an dem sich ein Rollkörper 40 befindet. Der Fortsatz 38 mit
darin aufgenommenem Rollkörper 40 verfährt
auf einer Rampenfläche 50 einer Rampe 42.
Die Rampe 42 wiederum befindet sich an einem Schieber 44.
Der Schieber kann – wie in 1 dargestellt – in beide
Richtungen gemäß des Doppelpfeils 54 verfahren
werden. Zur Verminderung der Reibung bei der Verfahrbewegung 54 des
Schiebers 44 rollt der Rollkörper 40 auf
der Rampenfläche 50 der Rampe 42 ab.
Die Rampe 42 ist in einem Rampenwinkel 52 ausgebildet,
welcher den axialen Verfahrweg der Druckhülse 30 bestimmt.
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Im
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
der Schieber 44 durch eine elektromechanische Kupplungsaktorik
betätigt. Dazu wird eine z. B. als Spindelwelle ausgebildete
Welle 46 über einen Aktuator 48 angetrieben.
Bei dem Aktuator handelt es sich z. B. um einen Elektromotor, der über
ein hier in der Darstel lung gemäß 1 nur
schematisch angedeutetes Steuergerät 56 angesteuert
wird.
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Die
Druckhülse 30 kann – wie in 1 angedeutet – an
einer stationären Welle 36 drehfest geführt
sein, so dass sich die Druckhülse 30 allein in axiale
Richtung bewegt.
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Bei
einer entsprechenden Ansteuerung des als Elektromotor ausgebildeten
Aktuators 48 kommt es zu einer Verdrehung der Spindelwelle 46 und
damit zu einer Verfahrbewegung 54 des Schiebers 44 in eine
der Richtungen des Doppelpfeiles gemäß Bezugszeichen 54.
Bei einer Abwärtsbewegung der Rampe 42 wird die
Druckhülse 30 mit ihrem Drucklager 28 in
Richtung auf die Schwungscheibe 12 verschoben, d. h. die
mindestens eine Kupplungsfeder 14 stellt die Druckscheibe 16 an
die Kupplungsscheibe 18 an, so dass eine Reibverbindung
zwischen der Druckscheibe 16 und dem ersten Reibbelag 58 einerseits
und der Schwungscheibe 12 mit dem zweiten Reibbelag 60 andererseits
entsteht. Entsprechend der Anstellung der Druckhülse 30 an
die Tellerfeder 14 und deren auf die Druckscheibe 16 ausgeübte Axialkraft
entsteht eine Reibverbindung zwischen den Reibpartnern 12, 60 einerseits
und 16, 58 andererseits, so dass ein Drehmoment übertragen
werden kann. Die Höhe der Axialkraft ist abhängig
von der Kupplungsfeder 14, deren Kompression ihrerseits abhängig
ist von der Axialbewegung der Druckhülse 30, erzeugt
durch den auf der Rampenfläche 50 der Rampe 42 abrollenden
Rollkörper 40 am Fortsatz 38.
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Soll
die in 1 dargestellte Fahrzeugkupplung 10 hingegen
geöffnet werden, so wird der Aktuator 48 durch
das Steuergerät 56 derart angesteuert, dass der
Schieber 44 in vertikale Richtung nach oben auffährt,
wodurch sich die Druckhülse 30 samt Drucklager 28 von
der Schwungscheibe 12 wegbewegt. Dadurch wird die mindestens
eine Kupplungsfeder 14 druckentlastet, die Axialkraft sinkt
und die Fahrzeugkupplung öffnet, d. h. die Schwungscheibe 12 und
der zweite Reibbelag 60 sowie die Druckscheibe 16 und
der erste Reibbelag 58 der Kupplungsscheibe 18 geraten
außer Kontakt, die Fahrzeugkupplung 10 steht offen.
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Im
geschlossenen Zustand der Fahrzeugkupplung 10, d. h. bei
Drehmomentübertragung zwischen der Schwungscheibe 12 und
dem zweiten Reibbelag 60 sowie der Druckscheibe 16 und
dem ersten Reibbelag 58, kann – entsprechend der
An steuerung des Steuergerätes 56 – eine
Erhöhung des durch die Fahrzeugkupplung 10 übertragbaren
Drehmomentes erreicht werden. Das Steuergerät 56 berechnet über
Zeit und Weg das Drehmoment, mit dem das Fahrzeug gerade bewegt
wird. In bestimmten Zeitabständen, die abhängig
von den Umgebungs- bzw. Betriebsbedingungen sein können,
kann ein höheres Kupplungsmoment angefahren werden als
das für eigentliche Fahren erforderliche Drehmoment, welches
im geschlossenen Zustand der Fahrzeugkupplung 10 herrscht.
Im geschlossenen Zustand der Fahrzeugkupplung 10 zu Beginn
oder während der Fahrt kann ein oder mehrere Male der Schieber 44 derart
betätigt werden, dass der Rollkörper 40 am
Fortsatz 68 mit maximalem Überfahrweg auf der
Rampenfläche 50 der Rampe 42 abrollt.
Dabei darf es selbstverständlich nicht zu einem öffnen der
Kupplung kommen, sondern ausgehend vom geschlossenen Zustand wird
durch ein weiteres Überfahren der Rampenfläche 50 erreicht,
dass auf dieser sich eventuell abgelagerter Abrieb entfernt wird,
bevor dieser aufgrund des höheren Temperaturniveaus in
der Fahrzeugkupplung 10 zum Verkrusten neigt. Es werden
ebenfalls alle weiteren kraftübertragenden Komponenten,
wie z. B. Spindeln, Hebel, Nocken und weitere Elemente, von Partikeln
gereinigt.
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In
Abwandlung dieser Reinigungsprozedur kann das Steuergerät 56 vor
Aufnahme der Fahrt den Aktuator 48 auch derart ansteuern,
dass vor Aufnahme der Fahrt der gesamte Bereich der Rampenfläche 50 der
Rampe 42 überfahren wird und demzufolge dort der
Abrieb beseitigt wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Reinigungsprozedur kann
das Steuergerät 56 auch derart angesteuert werden,
dass der Verfahrbewegung des Rollkörpers 40 am
Fortsatz 38 der Druckhülse 30 eine oszillierende
Bewegung überlagert wird. Dadurch kann erreicht werden,
dass auch die Randbereiche der Rampenfläche 50 der
Rampen 42 von Partikeln und Abrieb und dergleichen befreit werden,
bevor dieser Verkrustungen bildet, die zu ungenauen Schaltvorgängen,
so z. B. einem Schleifen der Fahrzeugkupplung 10 führen
können.
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Schließlich
besteht in einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung die Möglichkeit, das Steuergerät 64 der Verbrennungskraftmaschine 62 über
den Fahrzeugbus (CAN-Bus) vom Steuergerät 56 des
Aktuators 48 aus derart anzusteuern, dass der Zündzeitpunkt
der Verbrennungskraftmaschine 62 z. B. verstellt wird,
so dass aufgrund der dann unrund laufenden Verbrennungskraftmaschine 62 gezielt
Vibrationen herbeigeführt werden, die zu einem Abschütteln
der Abriebpartikel von den Rampenflächen 50 der
Rampen 42 genutzt werden können.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Reinigungsprozedur
lässt sich äußerst wirkungsvoll die Ansammlung
von in Pulverform vorliegendem Abrieb auf den Rampenflächen 50 der
Rampen 42, die zum Aufprägen der Axialbewegung
der Druckhülse 30 erforderlich sind, vermeiden.
Damit wird insbesondere dem Fahren im Stadtverkehr bzw. in Teillastbereichen
Rechnung getragen, bei dem einerseits häufig Schaltvorgänge
auftreten, was die Erzeugung des Abriebes an den Reibpartnern 12, 60; 58, 16 erhöht, und
durch unsaubere Schaltvorgänge möglicherweise
nicht die gesamte Rampenfläche 50 durch die Rollkörper 40 am
Fortsatz 38 aufgenommen überfahren wird. Diese
ungünstigen Betriebsbedingungen unter Berücksichtigung
einer recht hohen Temperatur können dazu führen,
dass sich auf den Rampenflächen 50 der Rampen 42 eben
jener Abrieb sammelt und bei erhöhtem Temperaturniveau
zu Verkrustungen führt, die durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Reinigungsprozedur der Rampenflächen 50 der Rampen 42 vermieden
werden können.
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Eine
weitere Möglichkeit, das Anbacken von Partikelstaub an
den Betätigungskomponenten einer Trockenkupplung zu verhindern,
besteht in einem gezielten Einleiten von Vibrationen in den Kupplungsbereich,
insbesondere in die Kupplungsaktorik, durch eine Verschiebung des
Zündzeitpunktes der Verbrennungskraftmaschine. Am Steuergerät
kann dazu ein Eingriff in die Zündfolge oder die Zündzeitpunktsverstellung
vorgenommen werden. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsvariante
des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens bei Fahrzeugen mit Zweimassenschwungrad
und einem ”weichen” Antriebsstrang.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Reinigungsprozedur
eignet sich nicht nur für solche in 1 dargestellten
Rampen, die eine konstante Steigung – abhängig
vom Rampenwinkel 52 der Rampenfläche 50 – aufweisen,
sondern auch für gekrümmte Rampen, auf deren Oberflächen
sich ebensogut Abrieb bzw. Partikel und dergleichen anlagern können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006045163
A1 [0001]
- - DE 102004016177 A1 [0002]