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Die
Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Kühlvorrichtungen
für Kraftfahrzeuge dienen primär der Kühlung
der Brennkraftmaschine, optional jedoch auch der Kühlung
eines Kältemittelkreislaufes für eine Klimaanlage.
Die Kühlvorrichtung umfasst daher im Allgemeinen mehrere
Wärmeübertrager, z. B. einen Kühlmittelkühler,
einen Ladeluftkühler, einen Ölkühler
sowie einen Kondensator zur Kühlung des Kältemittels
der Klimaanlage. Der Kühlvorrichtung ist ferner ein Lüfter,
vorzugsweise ein Axiallüfter mit einer Lüfterhaube
zugeordnet. Bei größeren Fahrzeugen wird der Lüfter
direkt von der Brennkraftmaschine über die Kurbelwelle
oder einen Riementrieb angetrieben und ist somit motorfest angeordnet.
Die Wärmeübertrager, insbesondere der Kühlmittelkühler dagegen
sind fahrzeugfest angeordnet, ebenso die mit dem oder den Wärmeübertragern
verbundene Lüfterhaube. Die dadurch entstehenden Relativbewegungen
zwischen Kühler bzw. Lüfterhaube einerseits und
Lüfter andererseits werden durch ein Bewegungsausgleichselement,
auch kurz Ausgleichselement genannt, kompensiert, wobei das Ausgleichselement
gleichzeitig eine Dichtfunktion ausübt.
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Eine
derartige Kühlvorrichtung wurde durch die
DE 33 04 297 C2 der Anmelderin
bekannt. Der als Axiallüfter ausgebildete Lüfter
weist einen Mantel- oder Leitring auf, welcher fest mit den Blattspitzen verbunden
ist und mit dem Lüfter umläuft. Der Mantelring
ragt mit seinem stromaufwärtigen, überstehenden
Ende in eine Einlaufdüse, welche ebenso wie der Lüfter
motorfest angeordnet ist. Zwischen einer mit einem fahrzeugfest
angeordneten Kühler verbundenen Lüfterhaube und
der Einlaufdüse ist ein Bewegungsausgleichselement in Form
einer elastischen Lippe angeordnet, wodurch Relativbewegungen kompensiert
werden.
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Durch
die
DE 10 2007
031 462 A1 der Anmelderin wurde eine weitere Kühlvorrichtung
für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei zwischen einem Kühlmittelkühler
und einer Lüfterhaube ein Bewegungsausgleichselement angeordnet
ist, wodurch die Lüfterhaube eine strömungsgünstige
Kontur, d. h. ohne Unterbrechungen und scharfe Umlenkungen erhält.
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Durch
die
DE 10 2006
047 236 A1 der Anmelderin wurde ein Axiallüfter
mit einem zurückgesetzten Mantelring und vorgeschaltetem
Leitring bekannt, welcher neben aerodynamischen Vorteilen den Vorteil
einer geringen axialen Bautiefe aufweist, was bei heutigen Fahrzeugen
infolge des eingeschränkten Einbauraumes von besonderer
Bedeutung ist.
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Durch
die
EP 0 746 689 B1 wurde
ein von einem Elektromotor angetriebener Axiallüfter, ein
so genannter Elektrolüfter, bekannt, wobei der Axiallüfter
einen an den Blattspitzen befestigten Mantelring aufweist und in
einer Lüfterzarge bzw. einem Zargenring umläuft.
Der umlaufende Lüftermantel bildet mit dem feststehenden
Zargenring einen Ringspalt, durch welchen rezirkulierende Luft – entgegen
der Hauptströmung im Lüfter – strömt.
Am Zargenring sind im Bereich des Ringspaltes in axialer Richtung verlaufende,
etwa radial nach innen abragende Leitflächen angeordnet,
welche einem Drall der Rezirkulationsströmung entgegen
wirken sollen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass ein strömungsgünstiger Anschluss
des Leitringes an die Lüfterhaube geschaffen und eine möglichst
gedrungene axiale Bauweise sowie eine hohe Luftförderleistung
erreicht werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist
zwischen dem Leitring und der Lüfterhaube mindestens ein
Bewegungsausgleichselement vorgesehen, welches die relativ zueinander
beweglichen Teile, nämlich einerseits den motorfesten Leitring
und andererseits die fahrzeugfeste Lüfterhaube gegeneinander
abdichtet, sodass die gesamte, den Wärmeübertrager
durchsetzende Luft dem Lüfter zugeführt wird.
Damit werden Leckverluste aufgrund der Relativbewegungen vermieden.
Durch die Anordnung des Ausgleichselementes am stromabwärtigen
Ende der Lüfterhaube kann diese strömungsgünstig,
d. h. ohne Unterbrechungen ausgeführt werden – dadurch
werden der Druckabfall der Luftströmung in der Lüfterhaube
reduziert und die Lüfterleistung erhöht. Darüber
hinaus werden die mit dem bekannten Lüfter (Mantelring
und vorgeschalteter Leitring) verbundenen Vorteile, insbesondere
dessen verkürzte axiale Bauweise beibehalten.
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Gemäß vorteilhaften
Ausgestaltungen kann das Ausgleichselement entweder am Leitring
oder an der Lüfterhaube befestigt sein – es liegt
dann entweder an der Lüfterhaube oder dem Leitring dichtend an.
In einem Falle ist also eine Befestigungsfunktion am Leitring und
eine Dichtfunktion an der Lüfterhaube vorzusehen, während
im anderen Falle eine Befestigungsfunktion an der Lüfterhaube
und eine Dichtfunktion am Leitring dazustellen sind. Beide Varianten
können ihre Vorteile haben.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lüfterhaube
auf ihrer Rückwand eine ringförmige Dichtfläche
auf, an welcher das Ausgleichselement anliegt und eine Dichtfunktion
ausübt. Die Dichtfläche ist vorzugsweise als Planfläche
ausgebildet, wodurch sich ebenfalls eine kurze axiale Bauweise ergibt.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Ausgleichselement
eine ringförmige Dichtlippe auf, welche an der ringförmigen
Dichtfläche mit einer elastischen Eigenspannung anliegt.
Letztere ergibt sich daraus, dass die Dichtlippe beim Einbau elastisch
verformt wird.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Leitring im Querschnitt
etwa C-förmig ausgebildet, wobei der radial innen liegende
C-Schenkel den Leitring und den mehr radial außen liegende
Schenkel einen Befestigungsabschnitt bilden. An den Befestigungsabschnitt
kann das Ausgleichselement auf verschiedene Art befestigt werden,
z. B. durch Klemmen, durch eine Schnappverbindung oder durch ein Spannband.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Leitring
einschließlich seines Befestigungsabschnittes im Wesentlichen
bündig zur Lufteintrittsebene des Lüfters angeordnet
ist. Damit wird der Vorteil einer kurzen axialen Bauweise erreicht,
wobei das Ausgleichselement unmittelbar und ohne wesentliche Vergrößerung
der axialen Bautiefe an den Leitring anschließt. Es wird
damit ein strömungsgünstiger, verlustarmer Übergang
von der Lüfterhaube in den Leitring bzw. in den Lüfter
geschaffen.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Leitring als
Einlaufdüse ausgebildet, in welche der vordere, in Strömungsrichtung
zurückgesetzte Bereich des Mantelringes hineinragt. Damit wird
eine weitere Stabilisierung der Luftströmung im Blattspitzenbereich
erreicht.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Leitring über
Streben, welche vorzugsweise am Befestigungsabschnitt des Leitringes
angreifen, gegenüber dem Motorblock der Brennkraftmaschine
abgestützt werden. Durch die motorfeste Anordnung des Leitringes
und des Lüfters können ein minimaler Spalt und
damit eine erhöhte Lüfterleistung realisiert werden.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist dem Axiallüfter
ein Nachleitapparat nachgeschaltet, der vorzugsweise in die Streben
zur Halterung des Leitringes integriert ist. Ein derartiger Nachleitapparat
ist in der
DE
10 2006 037 628 A1 der Anmelderin ausführlich
beschrieben. Mit dem Nachleitapparat können der Wirkungsgrad
des Lüfters verbessert und die seitliche Abströmung
der Lüfterströmung verlustärmer gestaltet
werden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Leitring
im Bereich eines 180°-Umlenkspaltes axial verlaufende,
radial abragende Leitflächen auf, welche eine axiale Ausrichtung
der drallbehafteten Rezirkulationsströmung bewirken. Damit
wird der Vorteil erreicht, dass die in die Hauptströmung
des Lüfters eintretende Rezirkulationsströmung
weitestgehend drallfrei ist. Damit werden Strömungsverluste
und Geräusche reduziert.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher
beschreiben, wobei sich aus der Zeichnung und/oder der Beschreibung
weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 eine
Kühlvorrichtung im Halbschnitt, umfassend einen Kühlmittelkühler,
eine Lüfterhaube und einen Lüfter,
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2 den
Lüfter gemäß 1 mit abgewandeltem
Ausgleichselement,
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3 eine
weitere Ausführungsform des Ausgleichselementes,
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4 eine
weitere Ausführungsform des Ausgleichselementes,
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5 eine
Abwandlung des Ausgleichselementes,
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6 eine
erste Befestigungsform des Leitringes,
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7 eine
zweite Befestigungsform des Leitringes,
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8 einen
Lüfter mit nachgeschaltetem Nachleitapparat,
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8a einen
Teilschnitt in der Ebene VIIIa-VIIIa,
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8b einen
Teilschnitt in der Ebene VIIIb-VIIIb,
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9 einen
abgewandelten Leitring ohne Lüfter,
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10 einen
Lüfter ohne Leitring,
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11 eine
vergrößerte Darstellung von Leitring und Lüfter
gemäß 9 und 10,
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12 eine
Teilansicht in axialer Richtung auf den Leitring gemäß 9 und
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13 eine
weitere Ausführungsform eines Lüfters mit vorgezogenem
Mantelring.
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1 zeigt
in einem Halbschnitt eine Kühlvorrichtung
1, welche
einen Kühlmittelkühler
2, eine Lüfterhaube
3 sowie
einen Lüfter
4 umfasst, welcher über
eine Flüssigkeitsreibungskupplung
5 von einer nicht
dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise über
die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Lüfter
4 ist
daher motorfest gelagert, d. h. er führt die gleichen Bewegungen
wie der Motor aus. Der Kühlmittelkühler
2 ist
dagegen auf einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen abgestützt (fahrzeugfest
gelagert) – dies trifft auch für die Lüfterhaube
3 zu,
welche mit dem Kühlmittelkühler
2 fest verbunden
ist. Zwischen der Lüfterhaube
3 und dem Leitring
7 treten
somit Relativbewegungen auf. Der Kühlmittelkühler
2 kann
durch weitere, nicht dargestellte Wärmeübertrager,
z. B. Ladeluftkühler, Ölkühler oder einen
Kondensator für eine Fahrzeugklimaanlage zu einem Kühlmodul
ergänzt werden. Die Luftströmungsrichtung ist
durch einen Pfeil L angedeutet, d. h. der Lüfter
4 ist
saugend angeordnet. Die grundsätzliche Ausbildung des Lüfters
4 entspricht der
Bauweise, wie sie in der eingangs genannten
DE 10 2006 047 236 A1 der
Anmelderin beschrieben und dargestellt ist. Danach ist der Lüfter
4 als
Axiallüfter ausgebildet und weist einen umlaufenden Mantelring
6 auf,
dem ein Leitring
7 zugeordnet ist. Bezüglich weiterer
Einzelheiten des Lüfters
4 mit Mantelring
6 und
Leitring
7 wird auf die vorgenannte Druckschrift der Anmelderin
verwiesen, deren Inhalt vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird.
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Zwischen
dem Leitring 7 und der Lüfterhaube 3 ist
erfindungsgemäß ein Bewegungsausgleichselement 8,
im Folgenden kurz Ausgleichselement genannt, angeordnet, welches
die Relativbewegungen zwischen Lüfterhaube 3 und
Leitring 7 ausgleicht und gleichzeitig eine Abdichtung
bewirkt. Der Leitring 7, welcher auf hier nicht dargestellte
Weise mit der Brennkraftmaschine verbunden ist (motorfeste Anordnung),
ist im Querschnitt etwa C-förmig ausgebildet und weist
einen radial außerhalb des Mantelringes 6 angeordneten
Befestigungsabschnitt 7a auf, in welchen ein Ende des Ausgleichselementes 8 eingeklemmt
und damit gehalten ist. Das andere Ende des Ausgleichselementes 8 ist
als Dichtlippe 8a ausgebildet, welche an der Lüfterhaube 3 anliegt.
Letztere weist eine Luftdurchtrittsöffnung 3a auf,
welche von einer kreisringförmigen Dichtfläche 3b umfasst
ist, an welcher die Dichtlippe 8a anliegt und somit – bei
Auftreten von Relativbewegungen – in radialer Richtung gleiten
kann. Ebenso sind Relativbewegungen in Axialrichtung möglich,
ohne dass die elastisch anliegende Dichtlippe 8a von der
Dichtfläche 3b ab hebt. Durch diese Anordnung des
Ausgleichselementes 8 ergibt sich ein strömungsgünstiger Übergang
von der Innenseite der Lüfterhaube 3 in den Leitring 7 und
damit in den Lüfter 4. Darüber hinaus
wird eine axial gedrungene Bauweise erreicht.
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2 zeigt
eine Abwandlung des Ausgleichselementes und des Leitringes, wobei
gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen wie in 1 bezeichnet sind.
Die Lüfterhaube 3 ist hier nur teilweise, d. h.
im Wesentlichen mit ihrer Dichtfläche 3b dargestellt.
Ein Leitring 9 ist ebenfalls im Querschnitt C-förmig
ausgebildet, weist jedoch einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden
Befestigungsabschnitt 9a auf, in welchem ein Ausgleichselement 10 eingeklemmt
ist. Letzteres weist eine elastisch verformbare Dichtlippe 10a auf,
welche an der Dichtfläche 3b der Lüfterhaube 3 dichtend
anliegt, und zwar auch bei Auftreten von Relativbewegungen.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform für einen Leitring 11 mit
Ausgleichselement 12. Der Leitring 11 ist wiederum
im Querschnitt C-förmig ausgebildet und weist einen äußeren
zylindrischen Befestigungsabschnitt 11a auf, welcher vom
Ausgleichselement 12 nach Art einer Schnappverbindung umfasst
wird. Das aus einem elastischen Werkstoff, z. B. Gummi hergestelltem
Ausgleichselement 12 kann somit auf den Befestigungsabschnitt 11a aufgeclipst werden
und liegt dann mit der Dichtlippe 12a an der Dichtfläche 3b an.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform für einen Leitring 13 und
ein Ausgleichselement 14. Der Leitring 13 weist
einen zylindrischen Befestigungsabschnitt 13a auf, auf
welchen das Ausgleichselement 14 aufgeschoben und durch
ein Spannband 15 am Leitring 13 befestigt ist.
Das Ausgleichselement 14 weist eine Dichtlippe 14a auf,
welche an der planförmigen Dichtfläche 3b anliegt.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen der Leitringe 7, 9, 11, 13 sind
jeweils durch einen C-förmig ausgebildeten Querschnitt
gekennzeichnet, in welchen der stromaufwärts gelegene Teil
des Mantelringes 6 hineinragt, sodass sich der aus dem
eingangs genannten Stand der Technik bekannte Effekt einer Einlaufdüse
ergibt. Ein Nebenluftstrom wird von außen angesaugt, um
180° umgelenkt und dem Blattspitzenbereich zugeführt.
Damit ergibt sich eine weitere Stabilisierung der Lüfterströmung.
Durch eine entsprechende Gestaltung und aerodynamische Verfeinerung
kann der Effekt der Einlaufdüse verstärkt werden.
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5 zeigt
eine Abwandlung der Erfindung für einen Lüfter 16 mit
einem Mantelring 17, dem ein Leitring 18 zugeordnet
ist. An den im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Leitring 18 schließt
sich über einen Radius r ein kreisringförmiger
Dichtflansch 19 an. Am inneren Bereich der Lüfterhaube 3 ist
ein elastisch ausgebildetes kreisringförmiges Ausgleichselement 20 befestigt,
welches an der Außenseite des Dichtflansches 19 anliegt.
Das Ausgleichselement 20 lässt Relativbewegungen
in radialer und axialer Richtung zu und zeichnet sich durch eine
in axialer Richtung besonders gedrungene Bauweise aus.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Lüfter 21,
einem Mantelring 22 und einem Leitring 23, welcher
sich in axialer Richtung mit dem Mantelring 22 überlappt.
In axialer Verlängerung entgegen der Luftströmungsrichtung schließt
sich ein Befestigungsabschnitt 23a an den Leitring 23 an,
an welchem einerseits ein Ausgleichselement 24 und andererseits
eine Strebe 25 befestigt sind. Mittels der Strebe 25 – sowie
weiterer nicht dargestellter, über den Umfang verteilter
Streben – kann der Leitring 23 gegenüber
dem nicht dargestellten Motorblock befestigt werden, sodass Lüfter 21 und
Leitring 23 beide motorfest angeordnet sind. Damit kann
ein minimaler Spalt zwischen Leitring 23 und Mantelring 22 realisiert
werden. Dies gilt ebenso für die vorherigen Ausführungsbeispiele.
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7 zeigt
eine weitere Befestigungsmöglichkeit der Strebe 25 an
einem Leitring 26, welcher der Ausführungsform
gemäß 1 entspricht. Der Leitring 26 ist
C-förmig im Querschnitt und optional als Einlaufdüse
ausgebildet und weist einen Befestigungsabschnitt 26a auf,
an welchem die Strebe 25 angreift. Damit wird eine – insbesondere
im Vergleich zu 6 – verkürzte
axiale Bauweise erreicht.
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8 zeigt
eine Weiterbildung der Erfindung mit einem Lüfter
27,
dem C-förmig ausgebildeten Leitring
26 und Strebe
25,
welche dem Ausführungsbeispiel gemäß
7 entsprechen.
In Luftströmungsrichtung hinter dem Lüfter
27 ist
im radial äußeren Bereich ein Nachleitapparat
28 angeordnet, welcher
an den Streben
25 befestigt bzw. mit diesen integriert
ist. Ein derartiger Nachleitapparat
28 ist in der
DE 10 2006 037 628
A1 der Anmelderin ausführlich beschrieben und
dargestellt: es handelt sich um in Luftströmungsrichtung
hinter dem Axiallüfter im Wesentlichen in radialer Richtung
verlaufende Strömungsleitelemente, welche die austretende
Lüfterströmung beeinflussen.
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8a zeigt
einen Schnitt in der Ebene VIIIa-VIIIa durch ein Strömungsleitelement 28a des Nachleitapparates 28.
Die Drehrichtung des Lüfters 27 ist durch einen
Pfeil U angedeutet.
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8b zeigt
einen Schnitt durch das Strömungsleitelement 28a in
der Ebene VIIIb-VIIIb. Die Drehrichtung des Lüfters ist
durch einen Pfeil U angedeutet. Durch die Ausbildung und Anordnung
der Strömungsleitelemente 28a des Nachleitapparates 28 ergibt
sich eine Verzögerung der Lüfteraustrittsströmung,
verbunden mit einem Druckrückgewinn.
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9 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Leitringes 30,
an welchem ein Bewegungsausgleichselement 31 zur Abdichtung
gegenüber einer teilweise dargestellten Lüfterhaube 32 angeordnet ist.
Der Leitring 30 weist an seiner Innenseite axial verlaufende,
radial nach innen abragende Leitflächen in Form von Rippen 30a auf.
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10 zeigt
einen Axiallüfter 33 mit einem Mantelring 34,
welcher ein freies anströmseitiges Ringende 34a aufweist.
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11 zeigt
den Zusammenbau und das Zusammenwirken des Leitringes 30 gemäß 9 und des
Lüfters 33 gemäß 10 in
vergrößerter Darstellung. Der etwa C-förmig
ausgebildete Leitring 30 bildet mit dem Ringende 34a des
Mantelringes 34 einen Umfangsspalt 35 mit einer
180°-Umlenkung. Die in den Umfangsspalt 35 eintretende
Strömung, eine Rezirkulationsströ mung, ist durch
einen Pfeil E und die aus dem Umfangsspalt 35 austretende
Luftströmung ist durch einen Pfeil A gekennzeichnet. Die Hauptströmung
durch den Lüfter 33 ist durch einen Pfeil S dargestellt.
Die Rezirkulationsströmung wird also im Umfangsspalt 35 um
180° umgelenkt. Die eintretende Rezirkulationsströmung
gemäß Pfeil E trifft auf die etwa in Axialrichtung
verlaufenden und etwa radial vom Leitring 30 abragenden
Leitflächen 30a, welche die mit einem Drall behaftete
Strömung in axialer Richtung ausrichten, d. h. die Umfangskomponente
der Rezirkulationsströmung eliminieren oder zumindest erheblich
reduzieren. Damit wird erreicht, dass die aus dem Umfangsspalt 35 austretende
Rezirkulationsströmung gemäß Pfeil A
weitestgehend drallfrei in die Hauptströmung S eintritt,
wodurch Strömungsverluste in diesem Bereich vermieden werden.
Der Wirkungsgrad des Lüfters wird somit verbessert.
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12 zeigt
eine Ansicht in axialer Richtung gemäß den Pfeilen
XII-XII in 9. Man erkennt die vom äußeren
Teil des Leitringes 30a in radialer Richtung nach innen
abragenden Leitflächen 30a, welche die Rezirkulationsströmung
axial ausrichten.
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13 zeigt
einen abgeänderten Lüfter 36 mit einem
Mantelring 37, welcher ein freies, anströmseitiges
Ringende 37a aufweist, welches über die Anströmkante 36a der
Lüfterschaufeln vorsteht. Auch dieser Lüfter 36 kann
mit dem Leitring 30 und den Leitflächen 30a kombiniert
werden. In diesem Falle ergibt sich ein geringerer Umfangsspalt
als im Ausführungsbeispiel gemäß 10 bzw. 11.
Dafür weist der Lüfter 33 in Verbindung
mit dem etwa bündig abschließenden Leitring 30 eine
geringere axiale Tiefe auf und ist insofern bauraumoptimiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3304297
C2 [0003]
- - DE 102007031462 A1 [0004]
- - DE 102006047236 A1 [0005, 0035]
- - EP 0746689 B1 [0006]
- - DE 102006037628 A1 [0017, 0044]