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Die
Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Fahrzeuge,
mit einer Zahnstange, die eine Längsachse aufweist, einem
Zahnstangengehäuse, in dem die Zahnstange zwischen zwei
Endanschlägen axial verschieblich geführt ist,
sowie einer Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe, die wenigstens
einen Anschlagring und wenigstens einen elastischen Kompressionskörper
umfasst, wobei der Kompressionskörper die Zahnstange umgibt
und sein Feder-/Dämpfungsabschnitt in einem nicht belasteten Zustand
eine axiale Länge aufweist. Der Anschlagring hat einen
gegenüber dem Kompressionskörper radial innenliegenden,
umlaufenden axialen Führungsfortsatz, der eine axiale Länge
aufweist.
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Eine
solche Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der
WO 03/029067 A1 bekannt.
Die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe weist dabei zwei zur
Bildung von Flanschen abgewinkelte Buchsen und ein elastisch nachgiebiges
Material auf, wobei die ineinandergesteckten Buchsen und ihre Flansche
eine annähernd hohlzylindrische Kammer bilden, welche das
elastisch nachgiebige Material vollständig umschließt.
Während die eine Buchse fest in einem Gehäuse
installiert ist, kann die andere bezüglich einer Zahnstangenachse
axial bewegt werden, wodurch das elastisch nachgiebige Material
im Bereich eines Endanschlags komprimiert und der Endanschlag gedämpft
erfolgt. In einer Ausführungsvariante der Lenkung kann
die fest im Gehäuse installierte Buchse auch einstückig
in das Gehäuse integriert sein.
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Bei
der Endanschlagdämpfung von Zahnstangenlenkungen ist es
prinzipiell wünschenswert, dass die Dämpfungsbaugruppe
möglichst einfach aufgebaut ist und sich bei geringem Bauraumbedarf mit
minimalem Aufwand montieren lässt. Darüber hinaus
ist es besonders wichtig, dass die Dämpfungsbaugruppe mit
dem elastischen Kompressionskörper eine geeignete Dämpfungs-
oder Federkennlinie aufweist.
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Bei
der
WO 03/029067
A1 hat die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe eine
sehr steile Kennlinie. Der Endanschlag ist dadurch recht hart, was
zu einer hohen Bauteilbeanspruchung führt und über
die lange Nutzungsdauer auch Schäden an der Zahnstangenlenkung
verursachen kann.
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Demgegenüber
ist aus der
EP 1 777
138 A1 eine Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe für
eine Zahnstangenlenkung bekannt, bei der elastische Kompressionskörper
in Reihe geschaltet sind. Aus dieser Reihenschaltung und den nahezu
unbegrenzten Verformungsmöglichkeiten der Kompressionskörper
ergibt sich eine sehr flache Kennlinie, das heißt, ein
recht weicher Endanschlag. Entsprechend bedarf es eines großen
Verformungsweges, um eine ausreichende Gegenkraft zum Abbremsen
der Zahnstange bereitzustellen. Die Dämpfungsbaugruppe nimmt
demzufolge einen unerwünscht großen Bauraum ein
und verursacht aufgrund der Reihenschaltung der Kompressionskörper
mit dazwischenliegendem Stabilisierungselement auch einen beachtlichen Fertigungsaufwand.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Zahnstangenlenkung mit einer
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe, welche einfach aufgebaut
und mit geringem Aufwand montierbar ist sowie darüber hinaus
gute Einstellmöglichkeiten für eine gewünschte
Dämpfungs- oder Federkennlinie bietet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Zahnstangenlenkung der eingangs
genannten Art, bei der die axiale Länge des Führungsfortsatzes
kleiner als die axiale Länge des Feder-/Dämpfungsabschnittes des
Kompressionskörpers ist. Im Vergleich zu einem vollständig
in der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe eingekapselten Kompressionskörper
ergeben sich hieraus freiere Verformungsmöglichkeiten für den
Kompressionskörper. Beispielsweise lässt sich ein
Verformungsraum für den Kompressionskörper mit
geringem Aufwand durch eine Variation der axialen Länge
des Führungsfortsatzes einstellen. Der Kompressionskörper
weist einen Feder-/Dämpfungsabschnitt auf, welcher zwischen
zwei Anlageflächen angeordnet ist, die einerseits dem Zahnstangengehäuse
und andererseits der Zahnstange zugeordnet sind und sich axial relativ
zueinander bewegen. Der Feder-/Dämpfungsabschnitt des Kompressionskörpers
hat eine axiale Länge, die im Gegensatz zur
WO 03/029067 größer
als diejenige des Führungsfortsatzes ist. Der Feder-/Dämpfungsabschnitt
des Kompressionskörpers befindet sich im nicht belasteten Zustand,
wenn die Zahnstange keine äußere Kraft auf den
Feder-/Dämpfungsabschnitt ausübt. Ein Einbau des
Kompressionskörpers unter Vorspannung kann dennoch vorhanden
sein.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Zahnstangenlenkung
mit einer Zahnstange, die eine Längsachse aufweist, einem
Zahnstangengehäuse, in dem die Zahnstange zwischen zwei Endanschlägen
axial verschieblich aufgenommen ist, einer Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe,
die wenigstens einen Anschlagring und wenigstens einen elastischen
Kompressionskörper umfasst, und einer Führungsbuchse,
die zur Führung der verschieblichen Zahnstange dient und
in einer Ausnehmung des Zahnstangengehäuses angeordnet
ist. Der Anschlagring fixiert die Führungsbuchse axial
im Zahnstangengehäuse. Eine solche Führungsbuchse
zur Führung der verschieblichen Zahnstange muss insbesondere
auf der Beifahrerseite von Fahrzeugen mit Zahnstangenlenkung vorgesehen
werden. Gemäß der Erfindung wird nun ein Anschlagring
der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe genutzt, um die Führungsbuchse
axial im Zahnstangengehäuse zu fixieren. Genau genommen
ist die Führungsbuchse im Rahmen üblicher Toleranzen
im Zahnstangengehäuse fixiert, weil aufgrund von Herstellungstoleranzen eine
minimale Relativbewegung nicht ganz ausgeschlossen werden kann.
Dies wird jedoch im Folgenden vernachlässigt. Die zusätzliche
Funktion der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe als Befestigungsmittel
für die Führungsbuchse vereinfacht die Konstruktion
des Zahnstangengehäuses, da auf gesonderte Vorkehrungen
zur Befestigung der Führungsbuchse verzichtet werden kann.
Darüber hinaus ergibt sich eine besonders unkomplizierte
Montage der Führungsbuchse und der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe.
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Die
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe ist vorzugsweise am Zahnstangengehäuse
befestigt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe
in einer Gehäuseöffnung aufgenommen und sitzt
mit einer Presspassung im Zahnstangengehäuse. Die Montage
der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe und gegebenenfalls die
Fixierung der Führungsbuchse sind in diesem Fall mit äußerst
geringem Aufwand möglich.
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Der
Kompressionskörper, vorzugsweise sein Dämpfungsabschnitt,
kann ein Ring mit einem im Wesentlichen trapezförmigen
Ringquerschnitt sein. Durch die Ringform lässt sich in
Umfangsrichtung eine gleichmäßige Flächenpressung
er zielen, und durch den trapezförmigen Querschnitt lässt
sich besonders vorteilhaft eine progressive Federkennlinie einstellen.
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Der
Kompressionskörper ist vorzugsweise aus einem Elastomermaterial
gefertigt.
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In
einer Ausführungsform ist der Anschlagring mittels einer
Formschlussverbindung am elastischen Kompressionskörper
befestigt, wobei die Formschlussverbindung vorzugsweise als Rast-
oder Schnappverbindung realisiert ist. Dadurch lassen sich die Einzelteile
der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe sozusagen mit einem
Handgriff zu einer Baueinheit zusammenfügen.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der elastische Kompressionskörper
an den wenigstens einen Anschlagring anvulkanisiert. In diesem Fall
erfolgen die Herstellung des Kompressionskörpers und die
Befestigung des Kompressionskörpers am Anschlagring vorteilhaft
in nur einem Arbeitsschritt. Vulkanisieren und Formschluss können
natürlich auch gemeinsame Befestigungsmöglichkeiten
sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Zahnstangenlenkung
weist die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe mehrere Anschlagringe
auf, wovon einer als Befestigungsring für die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe
dient und ein weiterer Anschlagring zumindest im axialen Endanschlag stirnseitig
von der Zahnstange oder einem Zwischenteil kontaktiert wird.
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Der
Dämpfungsabschnitt liegt insbesondere zwischen zwei Anschlagringen,
so dass der Abstand von deren gegenüberliegenden Kontaktflächen
mit dem Kompressionskörper die axiale Länge des Dämpfungsabschnitts
definiert.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 die
schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung;
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2 den
Bereich „A” der Zahnstangenlenkung gemäß 1 im
Detailschnitt;
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3 eine
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe der erfindungsgemäßen
Zahnstangenlenkung vor dem Zusammenbau; und
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4 die
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe gemäß 3 nach
dem Zusammenbau.
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Die 1 zeigt
eine Zahnstangenlenkung 10 für Fahrzeuge. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Zahnstangenlenkung 10 Teil
eines elektrohydraulischen Fahrzeuglenksystems, bei dem ein Lenkrad 12 über
eine Lenksäule 14 mit einem Servoventil 16 und
einem Ritzel 18 verbunden ist. Das Ritzel 18 kämmt
mit einer Zahnstange 20, sodass diese durch eine am Lenkrad 12 aufgebrachte,
manuelle Lenkkraft beaufschlagt wird. Außerdem ist ein
hydraulischer Stellzylinder 22 vorgesehen, der die Zahnstange 20 in
bekannter Art und Weise mit einer hydraulischen Lenkkraft beaufschlagen
kann.
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An
ihren axialen Enden ist die Zahnstange 20 über
Spurstangen 24 mit lenkbaren Rädern 26 eines
Fahrzeugs gekoppelt, wobei die Zahnstange 20 durch jeweils
ein Kugelgelenk 28 mit den Spurstangen 24 verbunden
ist. In einem Verbindungsbereich „A” zwischen
Zahnstange 20 und Spurstange 24 ist an einem Zahnstangengehäuse 32 ein
Endanschlag für die Zahnstange 20 ausgebildet,
wobei durch den Endanschlag ein maximaler Lenkeinschlag definiert ist.
Bei einer Lenkbewegung bis zum Endanschlag treten hohe mechanische
Beanspruchungen in der Zahnstangenlenkung 10 auf. Um Schäden
an der Lenkung zu vermeiden, ist daher üblicherweise eine Dämpfung
im Bereich des Endanschlags vorgesehen.
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Eine
besonders vorteilhafte Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 ist
in der 2 dargestellt, welche den Verbindungsbereich „A” aus 1 im
Detailschnitt zeigt.
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Die
Zahnstangenlenkung 10 umfasst gemäß 2 die
Zahnstange 20, welche eine Längsachse X aufweist,
ein Zahnstangengehäuse 32, in dem die Zahnstange 20 zwischen
zwei Endanschlägen axial verschieblich geführt
ist, sowie die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30,
die zwei Anschlagringe 34, 36 und einen elastischen
Kompressionskörper 38 umfasst.
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Der
Kompressionskörper 38 umgibt die Zahnstange 20.
Befindet sich die Zahnstange 20 nicht im Endanschlag, so
weist in diesem nicht belasteten Zustand der Kompressionskörper 38,
genauer gesagt sein zwischen den einander zugewandten Stirnflächen
der Anschlagringe 34, 36 liegende Feder-/Dämpfungsabschnitt
des Kompressionskörpers 38, eine axiale Länge
x1 auf (vgl. 3).
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Der
Anschlagring 34 hat einen gegenüber dem Kompressionskörper 38 radial
innenliegenden, umlaufenden axialen Führungsfortsatz 40,
der eine axiale Länge x2 aufweist,
wobei die axiale Länge x2 des Führungsfortsatzes 40 kleiner
als die axiale Länge x1 des Feder-/Dämpfungsabschnitts
ist (vgl. auch 3 und 4).
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Der
Führungsfortsatz 40 des Anschlagrings 34 erstreckt
sich in einen Radialspalt 42, der in axialer Richtung durch
die beiden Anschlagringe 34, 36 und in radialer
Richtung durch den Kompressionskörper 38 und die
Zahnstange 20 definiert wird.
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Alternativ
oder zusätzlich zum Führungsfortsatz 40 am
Anschlagring 34 ist es in einer (nicht gezeigten) Ausführungsvariante
auch denkbar, dass am Anschlagring 36 ein axialer Führungsfortsatz 40 angeformt
ist, welcher sich in den Radialspalt 42 zwischen der Zahnstange 20 und
dem Kompressionskörper 38 erstreckt.
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Gemäß 2 umfasst
die Zahnstangenlenkung 10 außerdem eine Führungsbuchse 44,
die in einer Ausnehmung 46 des Zahnstangengehäuses 32 angeordnet
ist und zur Führung der verschieblichen Zahnstange 20 dient,
wobei der Anschlagring 36 der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 die
Führungsbuchse 44 axial im Zahnstangengehäuse 32 fixiert.
Die Montage der Führungsbuchse 44 im Zahnstangengehäuse 32 vereinfacht
sich dadurch im Vergleich zu herkömmlichen Zahnstangenlenkungen
erheblich. Im Zahnstangengehäuse 32 ist lediglich
eine Ausnehmung 46 vorzusehen, in welche die Führungsbuchse 44 vor
der Montage der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 eingeschoben
wird. Diese einfach zu fertigende Ausnehmung 46 des Zahnstangengehäuses 32 weist
an einem dem Anschlagring 36 entgegengesetzten Ende einen
Absatz 48 auf, der einen axialen Anschlag für
die Führungsbuchse 44 bildet.
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Nachdem
die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 montiert,
also am Zahnstangengehäuse 32 befestigt ist, ist
die Führungsbuchse 44 durch den Absatz 48 des
Zahnstangengehäuses 32 und den Anschlagring 36 der
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 im Rahmen üblicher
Toleranzen axial fixiert, d. h. die Führungsbuchse 44 wird
in der Ausnehmung 46 gehalten. Zur Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 wird
diese in eine axiale Gehäuseöffnung 50 des
Zahnstangengehäuses 32 eingeschoben, bis sie,
wie in 2 dargestellt, mit einer Presspassung im Zahnstangengehäuse 32 sitzt.
Um diese Presspassung ausbilden zu können, dient der Anschlagring 36 als
Befestigungsring des Kompressionskörpers 38 im
Zahnstangengehäuse 32. Somit weist die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 zwei
Anschlagringe 34, 36 auf, wovon der eine als Befestigungsring 36 für
die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 dient und
der andere zumindest im axialen Endanschlag der Zahnstangenlenkung 10 stirn seitig
von der Zahnstange 20 oder einem fest mit der Zahnstange 20 verbundenen Zwischenteil 52 kontaktiert
wird (vgl. 2). Der Dämpfungsabschnitt
des Kompressionskörpers 38 ist dabei zwischen
den beiden Anschlagringen 34, 36 angeordnet.
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Der
als Befestigungsring ausgeführte Anschlagring 36 hat
einen L-förmigen Querschnitt, wobei sich der eine Schenkel
des „L” in radialer Richtung erstreckt und eine
Kontaktfläche für den Kompressionskörper 38 bildet.
Der andere Schenkel des „L” ist radial außen
angeformt, erstreckt sich in axialer Richtung und bildet einen radial äußeren,
zylindrischen Buchsenabschnitt 56.
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Am
Kompressionskörper 38 ist ein axialer Befestigungsfortsatz 54 für
den Anschlagring 36 angeformt, wobei dieser Befestigungsfortsatz 54 den Buchsenabschnitt 56 außenseitig
umgibt. Ein Außendurchmesser des zylindrischen Buchsenabschnitts 56 ist
dabei im Verhältnis zu einem Durchmesser der zylindrischen
Gehäuseöffnung 50 so gewählt,
dass der Befestigungsfortsatz 54 in der montierten Position
der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 (vgl. 2)
zwischen dem Zahnstangengehäuse 32 und dem Buchsenabschnitt 56 radial
geklemmt ist. Dabei sorgt der in der Regel aus Metall, vorzugsweise Stahl,
gefertigte Anschlagring 36 für die notwendige Anpresskraft
und der Befestigungsfortsatz 54 für einen ausreichenden
Haftverbund zwischen dem Anschlagring 36 und dem Zahnstangengehäuse 32.
Somit ist eine zuverlässige Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 am
Zahnstangengehäuse 32 gewährleistet.
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Die 3 zeigt
einen Schnitt durch die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 vor
ihrem Zusammenbau. Der Befestigungsring 36 und der elastische
Kompressionskörper 38 bilden bereits eine Baueinheit,
da der Kompressionskörper 38 vorzugsweise unmittelbar
bei seiner Herstellung an den Anschlagring 36 anvulkanisiert
wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Herstellung des Kompressionskörpers 38 und
seine zuverlässige und feste Verbindung mit dem Anschlagring 36 in
nur einem Arbeitsschritt erfolgen kann, was die Herstellung der
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 sehr vereinfacht.
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In
einer Ausführungsvariante kann der Anschlagring 36 auch
in den Befestigungsfortsatz 54 einvulkanisiert, also vollständig
oder nahezu vollständig von dem elastischen Material des
Kompressionskörpers 38 umgeben sein.
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Der
Kompressionskörper 38 ist gemäß den 2 bis 4 ein
vorzugsweise aus einem Elastomer hergestellter Ring mit einem im
Wesentlichen trapezförmigen Ringquerschnitt. Über
diese Trapezform lässt sich eine Dämpfungs- oder
Federkennlinie, insbesondere eine progressive Kennlinie, der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 mit
einfachen Mitteln einstellen. Aufgrund des Radialspalts 42 und
des zusätzlichen, durch den vergleichsweise axial kurzen
Führungsfortsatz 40 steht dem Kompressionskörper 38 genügend
Raum für eine Verformung bei axialer Lastaufnahme zur Verfügung.
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An
den trapezförmigen Ringquerschnitt des Kompressionskörpers 38 schließt
sich zum einen der bereits oben erwähnte axiale Befestigungsfortsatz 54 an,
der den Buchsenabschnitt 56 außenseitig umgibt. Zum
anderen schließt sich auf der axial entgegengesetzten Seite
des trapezförmigen Ringquerschnitts ein weiterer axialer
Befestigungsfortsatz 58 für den Anschlagring 34 an.
Der Befestigungsfortsatz 58 ist dabei als elastischer Rastring
ausgebildet, der sich bei einer axialen Zuführung des Anschlagrings 34 zunächst
radial aufweitet und in einer montierten Position des Anschlagrings 34 (vgl. 4)
in seine Ausgangsposition zurück schnappt. Somit ist der
Anschlagring 34 mittels einer Formschlussverbindung, vorzugsweise
einer Rastverbindung, am elastischen Kompressionskörper 38 befestigt.
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In
den 3 und 4 sind die axiale Länge x1 des Kompressionskörpers 38 sowie
die axiale Länge x2 des Führungsfortsatzes 40 am
Anschlagring 34 eingezeichnet, wobei klar ersichtlich ist,
dass die axiale Länge x2 des Führungsfortsatzes 40 kleiner
als die axiale Länge x1 des trapezförmigen
Feder-/Dämpfungsabschnitts des Kompressionskörpers 38 ist.
Dies hat den positiven Effekt, dass der Kompressionskörper 38 im
Vergleich zu einer vollständigen Einkapselung durch die
Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 freiere Verformungsmöglichkeiten
aufweist. Dies wirkt sich positiv auf die Einstellung einer gewünschten
Kennlinie der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 aus.
Diese Kennlinie wird maßgeblich durch die konkreten Abmessungen
des Trapezquerschnitts des Kompressionskörpers 38 sowie
die axiale Länge des Führungsfortsatzes 40 beeinflusst.
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Vorzugsweise
ist die axiale Länge x2 des Führungsfortsatzes 40 so
gewählt, dass sie höchstens einer (nicht eingezeichneten)
axialen Länge x1' des maximal komprimierten
Kompressionskörpers 38 entspricht. In diesem Fall übergreift
der Führungsfortsatz 40 niemals den radial ausgerichteten L-Schenkel
des Anschlagrings 36. Somit kann sich der L-Schenkel im
montierten Zustand der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 30 radial
so weit nach innen erstrecken, dass eine axiale Fixierung der Führungsbuchse 44 im
Zahnstangengehäuse 32 möglich ist (vgl. 2).
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Der
Anschlagring 34 grenzt innenseitig sehr nahe an die Zahnstange 20 an
und kann in Umfangsrichtung der Zahnstange 20 gesehen auch
zumindest teilweise an der Zahnstange 20 gleitend anliegen. Der
Führungsfortsatz 40 bietet hierbei den Vorteil, dass
er eine größere Anlagefläche schafft,
wodurch ein Verkanten des Anschlagrings 34 weitgehend ausgeschlossen
wird.
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Der
Innendurchmesser des Anschlagrings 34 ist in der Regel
geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Befestigungsrings 36,
da ein Gleitkontakt zwischen dem Anschlagring 34 und der Zahnstange 20 ermöglicht,
ein Kontakt zwischen dem Befestigungsring 36 und der Zahnstange 20 jedoch
verhindert werden soll. Der L-Schenkel des Befestigungsrings 36 ist
gerade so weit nach innen geführt, dass er die Führungsbuchse 44 in
axialer Richtung zuverlässig fixieren kann, jedoch nicht
in Kontakt mit der Zahnstange 20 tritt. Die Führungsfunktion der
Zahnstange 20 relativ zum Zahnstangengehäuse 32 übernimmt
in diesem Bereich ausschließlich die Führungsbuchse 44.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/029067
A1 [0002, 0004]
- - EP 1777138 A1 [0005]
- - WO 03/029067 [0007]