DE102009014048A1 - Heat management module for cooling system of internal combustion engine, has supply connection for cooling water of bypass cycle, where supply connection is arranged at valve housing - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmemanagementmodul des Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem an einem Ventilgehäuse angeordneten ersten Zuführanschluss für Kühlwasser eines Bypasskreises sowie mindestens einem benachbarten zweiten Zuführanschluss für Kühlwasser eines Kühlerkreises, die je nach Stellung eines im Ventilgehäuse untergebrachten Ventilgliedes mit einem Abführanschluss verbindbar sind, wobei am Ventilgehäuse Antriebsmittel zur Betätigung des Ventilgliedes vorgesehen sind. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kühlsystem, welches ein derartiges Wärmemanagementmodul umfasst.The The present invention relates to a thermal management module the cooling system of an internal combustion engine with at least a arranged on a valve housing first supply port for Cooling water of a bypass circuit and at least one adjacent second feed connection for cooling water a cooler circuit, depending on the position of one in the valve body housed valve member with a discharge port can be connected, wherein on the valve housing drive means are provided for actuating the valve member. Furthermore the invention also a cooling system, which is such a Thermal management module includes.
Eine Verbrennungskraftmaschine weist in der Regel zwei Kühlmittelkreise auf. Dabei führt ein Bypasskreis, welcher auch Kurzschlusskreis genannt wird, der Verbrennungskraftmaschine das Kühlwasser ohne Kühlung wieder zu. Im außerdem vorgesehenen Kühlerkreis durchströmt das Kühlwasser zuvor einen als Kühler bezeichneten Wärmetauscher, bevor es der Verbrennungskraftmaschine wieder zugeführt wird. In dem Wärmetauscher wird überschüssige Wärme abgeführt und an ein sekundäres Kühlmittel abgegeben. Beide Kühlkreise der Verbrennungskraftmaschine können gleichzeitig oder zeitlich verschoben eingeschaltet werden. Durch die gezielte Verteilung des Kühlwasserstroms auf beide Kreisläufe wird die Verbrennungskraftmaschine im Bereich der optimalen Kühlmitteltemperatur eingeregelt. Hierdurch wird in erster Linie die Einhaltung der zulässigen Grenztemperaturen für Motor und Getriebe sichergestellt. Dar über hinaus muss den zueinander konkurrierenden Anforderungen hinsichtlich eines verbrauchsoptimierten Warmlaufs auch einer raschen Innenraumklimatisierung Rechnung getragen werden. Bei modernen Kühlsystemen des Standes der Technik wird dies gewöhnlich durch flexibel ansteuerbare Ventile, wie eine elektrische Kühlmittelpumpe, deren Drehzahl nicht fest an die Drehzahl der Kurbelwelle gekoppelt ist, sowie ein elektrisch ansteuerbarer Kennlinienthermostat, Elektrolüfter und Heizungsventile umgesetzt. Hierdurch ist die Auslegung des Kühlsystems auf die vorstehend genannten Randbedingungen inklusive eines flexiblen Wärmemanagements möglich. Durch intelligentes Wärmemanagement lassen sich daneben auch Kraftstoffverbrauch und Schallemission reduzieren. Besonders geeignet dafür sind eine extern gekühlte Abgasrückführung sowie die Verkürzung der Warmlaufphase durch Kühlmittelstillstand und einer Abkoppelung von thermischen Massen. Durch die Anpassung der Kühlmitteltemperatur an den vorliegenden Lastbereich des Verbrennungsmotors mit Hilfe eines Wärmemanagementmoduls lassen sich diese Ziele erreichen.A Internal combustion engine usually has two coolant circuits on. This leads a bypass circuit, which also short circuit is called, the internal combustion engine, the cooling water closed again without cooling. In addition, provided Radiator circuit flows through the cooling water previously referred to as a cooler heat exchanger before it is returned to the internal combustion engine. In the heat exchanger is excess Heat dissipated and sent to a secondary Coolant delivered. Both cooling circuits of the internal combustion engine can be switched on simultaneously or shifted in time become. By the targeted distribution of the cooling water flow on both circuits is the internal combustion engine adjusted in the range of the optimum coolant temperature. This is primarily the compliance with the permissible Limit temperatures for engine and transmission ensured. Dar also needs to meet the competing demands with regard to a consumption-optimized warm-up also a rapid Interior climate control are taken into account. In modern cooling systems In the prior art this usually becomes flexible controllable valves, such as an electric coolant pump, their speed is not fixedly coupled to the speed of the crankshaft is, as well as an electrically controllable characteristic thermostat, electric fan and heating valves implemented. This is the design of the cooling system to the aforementioned boundary conditions including a flexible Thermal management possible. By intelligent Thermal management can also be fuel consumption and reduce noise emissions. Especially suitable for it are an externally cooled exhaust gas recirculation as well as the shortening of the warm-up phase due to coolant standstill and a decoupling of thermal masses. By the adaptation the coolant temperature to the present load range of the internal combustion engine with the aid of a thermal management module These goals can be achieved.
Die
Aus
der
Nachteilhaft bei diesem Stand der Technik wirkt sich allerdings der elektromotorische Antrieb der Ventilmechanik aus. Denn ein elektromotorischer Antrieb bei einem Wärmemanagementmodul, welches eine kühlwasserdurchströmte Ventilmechanik aufweist, muss eine zuverlässig dauerdichte Trennung von kühlwasserdurchströmten und elektrisch/mechanischen Bauteilbereichen er möglichen. Ansonsten könnte beispielsweise unerwünscht über eine Dichtungsleckage überströmendes Kühlmittel in den Bereich der elektromotorischen Antriebsmittel dort einen elektrischen Kurzschluss oder fortschreitenden Verschleiß verursachen, der zum Ausfall des Antriebs für das Wärmemanagementmodul führt. Weiterhin sind die Anforderungen an elektromechanische Komponenten im Fahrzeugbau im Hinblick auf die herrschenden Umgebungsbedingungen im Bereich des Kühlsystems meist nur durch aufwendige Konstruktionen zu realisieren, welche in der Lage sind, die spezifischen höheren Temperaturen, je erforderlichen Abdichtungseigenschaften, den gewünschten Leistungsbedarf sowie Lebensdauer zu erfüllen.A disadvantage of this prior art, however, affects the electromotive drive of the valve mechanism. For an electric motor drive in a thermal management module, which has a cooling water flowed valve mechanism, it must be a reliable permanent density separation of cooling water flowed through and electrical / mechanical component areas he possible. Otherwise, for example, undesirable coolant flowing over a seal leakage in the area of the electromotive drive means could cause an electrical short circuit or progressive wear there, which leads to the failure of the drive for the thermal management module. Furthermore, the requirements for electromechanical components in vehicle construction with regard to the prevailing ambient conditions in the area of the cooling system usually only by complex structures to realize, which are able to meet the specific higher temperatures, the required sealing properties, the desired power consumption and service life.
So ist es beispielsweise schon versucht worden, den elektromotorischen Antrieb einer Ventilmechanik eines Wärmemanagementmoduls in einem getrennten Gehäuse unterzubringen und über eine Stirnradstufe auf die Ventilmechanik zu übertragen. Durch die getrennten Gehäuse wird zwar ein dichtungsleckagebedingtes Eindringen von Kühlwasser in den elektromotorischen Antrieb verhindert, allerdings erfordert diese räumliche Trennung den technischen Aufwand einer zusätzlichen Getriebestufe zur Kraftübertragung sowie insgesamt einen recht großen Bauraum.So For example, it has already been tried, the electromotive Drive a valve mechanism of a thermal management module in a separate housing accommodate and over to transfer a spur gear to the valve mechanism. By Although the separate housing is a Dichtungsleckagebedingtes Penetration of cooling water into the electric motor drive prevented, however, this requires spatial separation the technical complexity of an additional gear stage for power transmission as well as a fairly large overall Space.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmemanagementmodul eines Kühlsystems für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welches kompaktbauend und robust konstruiert ist und sich mit einfachen technischen Mitteln zuverlässig im Kühlsystem betreiben lässt.It The object of the present invention is a thermal management module a cooling system for an internal combustion engine to create, which is compact and robust and constructed Reliable in the cooling system with simple technical means operate.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Wärmemanagementmodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The Task is based on a thermal management module according to the The preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing one Characteristics solved. The subsequent dependent ones Claims give advantageous developments of the invention again.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Antriebsmittel zur Betätigung des Ventilglieds eines Wärmemanagementmoduls einen eine kombiniert drehend translatorische Antriebsbewegung erzeugenden Dreh-Schiebe-Kolben umfassen, welcher eine vom Kühlsystem abzweigende Speisedruckleitung zur stirnseitigen Druckbeaufschlagung nutzt.The The invention includes the technical teaching that the drive means for actuating the valve member of a thermal management module a combined rotational translational drive motion generating Rotary push piston, which includes one from the cooling system uses branching supply pressure line for frontal pressurization.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass gegenüber elektromechanischen Antrieben die hohe Leistungsdichte sowie Robustheit hydraulischer Antriebe nutzbar gemacht wird. Die erfindungsgemäße Lösung macht sich dabei die sowieso im Kühlsystem zur Verfügung stehende hydraulische Druckenergie zur Betätigung des Ventilgliedes zu Nutze. Da die erforderliche Antriebskraft direkt am Regelelement entsteht, kann eine dauerhaft druckdicht ausgeführte Kraftübertragung auf das Regelelement entfallen. Somit arbeitet das System frei von äußerer Leckage.Of the Advantage of the invention is solution especially in that in relation to electromechanical Drives the high power density and robustness of hydraulic Drives is harnessed. The inventive Solution is doing it anyway in the cooling system available hydraulic pressure energy for actuating the Valve member to use. Because the required driving force directly arises on the control element, a permanently pressure-tight executed Transfer of power to the control element accounts. Consequently the system works free of external leakage.
Vorzugsweise sollte der Dreh-Schiebe-Kolben zur Umsetzung des Drehbewegungsanteils mindestens eine schraubenförmig verlaufende Nut mit nicht-selbsthängender Steigung aufweisen, die formschlüssig mit korrespondierenden Zapfenmitteln seitens des Ventilgehäuses zusammenwirkt. Natürlich ist es auch denkbar, im Rahmen einer kinematischen Umkehr den Dreh-Schiebe-Kolben mit einem schraubförmigen Zapfen oder Gewinde und das Ventilgehäuse mit hierzu korrespondierenden Nutmitteln zu versehen, um die erfindungsgegenständliche Dreh-Schiebe-Arbeitsbewegung auszuführen.Preferably should the rotary-slide piston to implement the rotational motion component at least one helical groove with non-self-hanging Have slope, the form-fitting with corresponding Pin means cooperates on the part of the valve housing. Of course, it is also conceivable, in the context of a kinematic reversal the rotary slide piston with a screw-shaped pin or thread and the valve housing with corresponding thereto To provide Nutmitteln to the inventive rotary-sliding work movement perform.
Durch die Einbringung der verschränkt zur Längsachse des Ventilgliedes verlaufenden Nuten oder Zapfen am Außenmantel, in welche die fest mit dem Ventilgehäuse verbundenen, hierzu korrespondierenden Führungszapfen ragen, wird gewährleistet, dass das Ventilglied bei translatorischem Antrieb sich, schraubenförmig gegen das feststehende Gehäuse und dessen Anschlüsse bewegt. Hierdurch wird der Regelweg bei gleichem Axialhub verlängert, was zu einer höheren Regelgüte führt. Alternativ dazu kann bei gleichbleibender Regelgüte der notwendige Bauraum minimiert werden.By the introduction of the crossed to the longitudinal axis the valve member extending grooves or pins on the outer shell, in which the firmly connected to the valve body, this protrude corresponding guide pin is ensured that the valve member in translational drive, helical against the fixed housing and its connections emotional. As a result, the control path is extended at the same Axialhub what leads to a higher quality of control. Alternatively can with constant control quality of the necessary space be minimized.
Zur Realisierung einer möglichst proportionalen Änderung des Durchlassquerschnitts des Ventilgliedes zur Änderung des Antriebsweges für das Ventilglied wird vorgeschlagen, dass der Kolben in einem Durchflussbereich eingebrachte und an die Schraubengeometrie formenmäßig angepasste Regelöffnungen für Kühlmittelströme aufweist, die sich in Überdeckung mit ventilgehäusefesten Anschlüssen bringen lassen. Derartige Regelöffnungen erstrecken sich entlang eines Teils des Umfangs, vorzugsweise in etwa der Verlaufsrichtung der schraubenförmigen Nutmittel und wirken mit demgegenüber in etwa kreisrunden Anschlüssen seitens des Ventilgehäuses zusammen. Vorzugsweise sind zwei einander gegenüberliegend am Ventilgehäuse angeordnete Zuführanschlüsse vorgesehen, welche mit einem Abführanschluss zusammenwirken, welcher allerdings stirnseitig des Ventilgehäuses angeordnet ist. Das Kühlmittel durchströmt insoweit das Ventilglied in Längsrichtung.to Realization of a possible proportional change the passage cross section of the valve member to change the drive path for the valve member is proposed that the piston is introduced in a flow area and to the screw geometry shape-adapted control openings for coolant flows that overlap with valve body fixed connections. Such control openings extend along a Part of the circumference, preferably approximately in the direction of the helical groove means and act in contrast in approximately circular connections on the part of the valve housing together. Preferably, two are opposite each other arranged on the valve housing supply ports provided, which cooperate with a discharge port, which However, the front side of the valve housing is arranged. The Coolant flows through the valve member in so far Longitudinal direction.
Demzufolge ist es von Vorteil, wenn der Dreh-Schiebe-Kolben als ein hohlzylinderförmiges Bauteil mit einem den Durchflussbereich vom Antriebsbereich trennenden Boden ausgebildet ist.As a result, it is advantageous if the rotary-slide piston as a hollow cylindrical member with a floor separating the flow area from the drive area is trained.
Dies bietet eine günstige Voraussetzung dafür, dass der Antriebsbereich des Dreh-Schiebe-Kolbens sich nach Art eines hydraulischen Kolbens ausführen lässt, der über die zugeordnete ventilgehäuseseitige Steuerkammer mit dem Kühlsystemdruck beaufschlagbar ist. Somit ist der nicht durchströmte Bereich des Ventilgliedes als Hydraulikkolben ausgebildet und stellt den beweglichen Teil eines im Prinzip hydraulisch wirkenden Rotations-Linear-Motors dar, welcher gemäß erfindungsgemäßer Funktion einseitig mit dem Steuerdruck des Kühlmittelkreises beaufschlagt das Ventilglied relativ zum Ventilgehäuse schraubenförmig bewegt.This offers a favorable condition for the fact that the drive range of the rotary-slide piston can be carried out in the manner of a hydraulic piston, which can be acted upon by the associated valve housing-side control chamber with the cooling system pressure. Thus, the non-flow area of the valve member is designed as a hydraulic piston and is the moving part of a hydraulically acting in principle rotary linear motor, which beauf on one side according to the invention function with the control pressure of the coolant circuit strikes the valve member relative to the valve housing moves helically.
Im Zusammenwirken mit dem hydraulischen Antrieb des Ventilgliedes wird gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass entgegengesetzt zu dem von der Steuerkammer auf den Dreh-Schiebe-Kolben ausgeübten hydraulischen Druck ein Federelement wirkt, das als Druckfeder ausgeführt zwischen dem Ventilgehäuse und dem dem Antriebsbereich gegenüberliegenden Ende des Dreh-Schiebe-Kolbens angeordnet ist. Mit anderen Worten wirkt entgegen zur hydraulischen Druckbeaufschlagung eine Federkraft, welche zwischen dem Ventilglied und einem ventilgehäuseseitigen Anschlag angeordnet ist und so das Ventilglied bei druckloser Steuerkammer in die Ausgangsposition zurückstellt. Hierdurch ist eine Notlauffunktionalität des Ventilgliedes gegeben.in the Cooperation with the hydraulic drive of the valve member is according to a measure improving the invention suggested that opposite to that of the control chamber Hydraulic pressure exerted on the rotary slide piston a spring element acts as a compression spring between the valve housing and the opposite end of the drive range of the rotary-sliding piston is arranged. In other words, it works contrary to the hydraulic pressure, a spring force, which between the valve member and a valve housing side Stop is arranged and so the valve member with pressure-free control chamber returns to the starting position. This is a Emergency running functionality of the valve member given.
Nach einer anderen, die Erfindung verbessernden Maßnahme wir vorgeschlagen, dass zwischen dem Antriebsbereich und dem Durchflussbereich des Ventilgliedes ein elastomeres Dichtelement angeordnet ist. Dieses elastomere Dichtelement trennt die nicht durchströmte Steuerkammer von dem durchström ten Regelraum des Dreh-Schiebe-Kolbens, der sich innenseitig des hohlzylinderförmigen Bauteils befindet. Um eine völlig leckagefreie Abdichtung zu ermöglichen, kann das elastomere Dichtelement als eine geschlossene behälterförmige Druckmembran mit Steuerdruckanschluss ausgebildet sein. Diese behälterförmige Druckmembran füllt dabei die Steuerkammer aus und drückt bei Expansion stirnseitig gegen den Dreh-Schiebe-Kolben, um dessen erfindungsgegenständliche Antriebsbewegung auszulösen.To another measure improving the invention we suggested that between the drive area and the flow area the valve member is arranged an elastomeric sealing element. This elastomeric sealing element separates the non-perfused control chamber from the flow-th control space of the rotary slide piston, the inside of the hollow cylindrical member located. To allow a completely leak-free seal, For example, the elastomeric sealing element can be designed as a closed container-shaped Be formed pressure diaphragm with control pressure port. This container-shaped Pressure membrane fills out the control chamber and presses during expansion, the front side against the rotary-sliding piston to the initiate inventive drive motion.
Die Bewegungsrichtung des Ventilgliedes richtet sich prinzipiell nach den jeweiligen Druckverhältnissen am Steuerdruckanschluss, welcher vorteilhafterweise bedarfsgerecht von einem vorgeschalteten Wegeventil mit der Druckseite oder der Saugseite der adaptierten Kühlwasserpumpe verbunden wird. Ein Wechsel der Bewegungsrichtung des Ventilgliedes erfolgt dabei in Verbindung mit dem permanent wirkenden Federelement per Umschalten zwischen Druck- zu Saugseite am Steuerdruckanschluss durch das vorgeschaltete Wegeventil.The Direction of movement of the valve member depends in principle the respective pressure conditions at the control pressure connection, which advantageously needs an upstream Directional valve with the pressure side or the suction side of the adapted Cooling water pump is connected. A change in the direction of movement of the Valve member takes place in conjunction with the permanently acting Spring element by switching between pressure and suction side at the control pressure connection through the upstream directional valve.
Als ein solches Wegeventil eignet sich vorzugsweise ein elektromagnetisch betätigbares Schiebe- oder Sitzventil mit 4/3-Ventilfunktion, wobei eine integrierte Rückstellfeder das Wegeventil im stromlosen Zustand in eine solche Vorzugsposition schaltet, die eine Notlauffunktion für das Wärmemanagementmodul umsetzt. Diese Vorzugsposition kann dabei die Entlüftungsstellung des Wegeventils sein, welche die Steuerkammer in den drucklosen Zustand versetzt, so dass aufgrund der den Dreh-Schiebe-Kolben beaufschlagenden Druckfeder eine definierte Ausgangsposition eingenommen wird, in welcher die Regelöffnung des Kühlerkreises geöffnet ist und Kühlmittel den Bypasskreis passiert.When such a directional control valve is preferably an electromagnetic actuated push or seat valve with 4/3 valve function, wherein an integrated return spring, the directional control valve in the de-energized State switches to such a preferred position, which is an emergency operation for the heat management module. This preferred position can while the venting position of the directional valve be, which the control chamber is placed in the depressurized state, so due the compression spring acting on the rotary slide piston defined Starting position is taken, in which the control opening the radiator circuit is open and coolant passes the bypass circuit.
Die erfindungsgegenständliche Speisedruckleitung zur Betätigung des vorstehend beschriebenen Wärmemanagementmoduls geht vorzugsweise vom Bereich des abflussseitigen Anschlusses einer im Kühlsystem integrierten Kühlwasserpumpe aus. Denn hier ist der Kühlwasserdruck im Gesamtsystem noch druckabfallfrei und damit am Größten, so dass die Auslegung des Antriebs für den Dreh-Schiebe-Kolben anhand des dort herrschenden maximalen Kühlwas serdrucks erfolgen kann. Hierbei lässt sich dieser so kleinbauend wie möglich dimensionieren, was der Kompaktheit des Wärmemanagementmoduls zu Gute kommt.The inventive feed pressure line for actuation of the above-described thermal management module goes preferably from the region of the outflow-side connection in the Cooling system integrated cooling water pump off. Because Here, the cooling water pressure in the entire system is still free of pressure drop and thus the largest, so that the interpretation of the Drive for the rotary slide piston based on the prevailing maximum Kühlwas serdrucks can take place. This leaves this dimension as small as possible, which benefits the compactness of the thermal management module.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:Further, The measures improving the invention will be described below together with the description of preferred embodiments of the invention with reference to the figures shown in more detail. It shows:
Gemäß
Während
Kühlerkreis
Die
Kühlmittelpumpe
Nach
Zur
Betätigung des Dreh-Schiebe-Kolbens
Der
Dreh-Schiebe-Kolben
Die
Nach
dem in
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern umfasst auch Abwandlungen hiervon, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche eingeschlossen sind. So ist es beispielsweise auch denkbar, seitens des Dreh-Schiebe-Kolbens zapfenartige oder gewindegangartige Anformungen anzubringen, welche in korrespondierende schraubenlinienförmige Nuten des Ventilgehäuses eingreifen, um die erfindungsgemäße drehend translatorische Antriebsbewegung zu erzeugen.The The invention is not limited to the two above described embodiments, but also includes Modifications thereof, which of the scope of the following Claims are included. That's the way it is, for example also conceivable, on the part of the rotary sliding piston pin-like or To attach thread-like formations, which in corresponding helical grooves of the valve housing engage, according to the invention rotationally translatory To generate drive movement.
- 11
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Kühlkreiscooling circuit
- 33
- Bypasskreisbypass circuit
- 44
- Kühlercooler
- 55
- KühlwasserpumpeCooling water pump
- 66
- WärmemanagementmodulThermal management module
- 77
- SpeisedruckleitungFeed pressure line
- 88th
- erster Zuführanschlussfirst supply port
- 99
- zweiter Zuführanschlusssecond supply port
- 1010
- Dreh-Schiebe-KolbenRotary slide piston
- 1111
- Abführanschlussexhaust port
- 1212
- Ventilgehäusevalve housing
- 1313
- Wegeventilway valve
- 1414
- SteuerdruckanschlussControl pressure connection
- 1515
- Federelementspring element
- 1616
- RückstellfederReturn spring
- 1717
- Nutgroove
- 1818
- Zapfenmittelpin means
- 1919
- Bodenground
- 2020
- Steuerkammercontrol chamber
- 2121
- Dichtelementsealing element
- 2222
- Regelöffnungcontrol port
- 2323
- DurchflussbereichFlow range
- 2424
- Antriebsbereichdriving range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - DE 19849492 A1 [0004] - DE 19849492 A1 [0004]
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