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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder
mit einer Kontaktbrücke sowie auf ein Verfahren zum Montieren
einer derartigen Kontaktbrücke. Der elektrische Verbinder
weist einen ersten elektrisch isolierenden Kontaktträger
mit mindestens einem elektrisch leitenden ersten Kontaktelement
auf, das in dem ersten Kontaktträger gehalten ist. Weiterhin
weist der elektrische Verbinder einen zweiten elektrisch isolierenden
Kontaktträger auf, in welchem mindestens ein zweites, zu
dem ersten Kontaktelement komplementäres Kontaktelement
gehalten ist, wobei der erste und der zweite Kontaktträger
zum elektrischen Verbinden des ersten und zweiten Kontaktelementes
zusammensteckbar sind. Darüber hinaus weist der elektrische
Verbinder mindestens eine Kontaktbrücke auf, die mindestens einen
Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren des zweiten Kontaktelementes
in einem endmontierten Zustand nach einem ersten Zusammenstecken des
ersten und zweiten Kontaktträgers besitzt.
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Derartige
elektrische Verbinder werden beispielsweise für den Anschluss
von Kraftstofftanksensoren, die auf eine gemeinsame Masse gelegt
werden sollen, benötigt. Für einen Fachmann ist
aber klar, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung überall
dort eingesetzt werden können, wo Kontaktelemente entweder
miteinander oder mit einem leitfähigen Gehäuseteil
im Wesentlichen permanent verbunden werden sollen.
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Zum
Verbinden eines Kontaktstiftes mit einem Gehäuse oder einem
Massepin sind insbesondere im Bereich pyrotechnischer Gasgeneratoren
federnde Kontaktbrücken bekannt, die in einem vormontierten
Zustand an einem zu kontaktierenden Pin anliegen und diesen mit
Masse kurzschließen und in einem endmontierten Zustand
durch das Zusammenstecken mit einem komplementären Steckverbinder von
dem kurzgeschlossenen Pin weggebogen werden, so dass im endmontierten
Zustand dieser Pin nicht mehr von der Kontaktbrücke berührt
ist. Durch den Zusammensteckvorgang werden solche Kurzschlussbrücken
also entsichert. Beispiele für diese art von Kontaktbrücken
sind in der
US 4,170,939 ,
der
US 5,334,025 und
der
US 6,663,421 B1 beschrieben.
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Weiterhin
ist beispielsweise aus der
US 6,139,345 bekannt,
metallische Montagebrücken, die Bauteile wie Widerstände
oder Kondensatoren tragen, vor dem Zusammenstecken einer Steckverbindung
auf zwei Pins aufzuschieben, zwischen die das entsprechende Bauelement
geschaltet werden soll. Dabei wird als separater Montageschritt
das Aufschieben der mit dem Bauteil versehenen Brücke vorgesehen.
Der Stecker ist ebenso wenig wie sein Gegenstecker an diese zusätzlich
eingefügte Brücke angepasst.
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Im
Bereich der Automobilindustrie ist bekannt, Füllstandssensoren
in einem Kraftstofftank anzuordnen, um den Füllstand des
Kraftstoffs elektronisch zu überwachen. Meist werden dabei
mehr als ein Sensor, z. B. zwei Sensoren eingesetzt. Zum Weiterleiten
des elektrischen Ausgangssignals der Sensoren an eine auswertende
Steuerelektronik müssen die Signale durch eine Kraftstofftankwandung
hindurch nach außen an die Steuerung geführt werden.
Hierzu ist bekannt, einen Kraftstofftankflansch mit einem Durchgangsstecker
zu versehen, der von innen über Steckverbinder mit den
Signalleitungen der Sensoren verbunden wird und von außen über
eine Steckverbindung an die Steuerelektronik angeschlossen wird.
Insbesondere wenn zwei Füllstandssensoren mit jeweils einer
Signalleitung und einer Masseleitung verwendet werden, besteht das Bedürfnis,
die beiden Masseleitungen kurzzuschließen.
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Die
Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht
darin, einen elektrischen Steckverbinder der gattungsgemäßen
Art dahingehend zu verbessern, dass die Kontaktbrücke leichter montierbar
ist und dabei im endmontierten Zustand eine robuste und rüttelfeste
elektrische Kontaktierung sicherstellt.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass an dem ersten Kontaktträger
eine Haltevorrichtung angeordnet ist, in welcher die Kontaktbrücke
in einem vormontierten Zustand vor dem ersten Zusammenstecken des
ersten und zweiten Kontaktträgers gehalten ist. Durch das
Zusammenstecken der beiden Steckverbinder wird die Kontaktbrücke
erfindungsgemäß übergeben und kontaktiert
in diesem endmontierten Zustand das zweite Kontaktelement elektrisch.
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Auf
diese Weise ist im vormontierten Zustand die Kontaktbrücke
unverlierbar an dem ersten Kontaktträger gehalten und die
Montage ist vollautomatisierbar und deutlich vereinfacht, da für
das Montieren der Kontaktbrücke an dem zweiten Kontaktelement kein
zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig ist. Es wird ein
im endmontierten Zustand dauerhafter elektrischer Kurzschluss von
zwei oder mehreren Einzelkomponenten beim Steckvorgang eines Steckverbinders
hergestellt. Der Montagevorgang zur Herstellung des elektrischen
Kurzschlusses ist dadurch deutlich vereinfacht.
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Die
vorliegende Erfindung kann überall dort eingesetzt werden,
wo elektrische Komponenten auf ein gemeinsames elektrisches Potential
gelegt werden sollen. So kann beispielsweise die Masse von zwei
Füllstandsgebern eines Kraftstofftanks in einem Steckverbinder
an einem Tankflansch kurzgeschlossen werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die
Haltevorrichtung an dem ersten Kontaktträger mindestens
einen Rastvorsprung, der im vormontierten Zustand mit einer Rastöffnung
an der Kontaktbrücke zum Halten der Kontaktbrücke
zusammenwirkt. Diese Art der Halterung ist einerseits sicher und
effektiv, aber andererseits auch leicht genug lösbar, um
die Kontaktbrücke in den endmontierten Zustand zu übergeben.
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Der
Kontaktbereich der Kontaktbrücke kann mindestens eine freigeschnittene
Federzunge umfassen, die mit dem zweiten Kontaktelement in Eingriff
bringbar ist. Diese Ausführungsform stellt eine besonders
effektive Möglichkeit der rüttelsicheren elektrischen
Kontaktierung mit vergleichsweise hoher Normalkraft dar. So können
beispielsweise drei Federzungen umlaufend an einem im Wesentlichen runden
Querschnitt des Kontaktbereiches angeordnet sein, um einen Kontaktstift
mit im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt sicher zu
kontaktieren.
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Damit
die Kontaktbrücke auch nach dem Abnehmen des ersten Kontaktträgers,
z. B. in einem Servicefall, sicher an dem zweiten Kontaktelement
fixiert bleibt, kann das zweite Kontaktelement gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung einen Kontaktstift mit einem umlaufenden
Kragen, mit dem die Federzunge im endmontierten Zustand zum Halten
der Kontaktbrücke an dem Kontaktstift zusammenwirkt, aufweisen.
Eine solche Verankerung der Kontaktbrücke an dem Kontaktelement
ermöglicht ausreichend hohe Haltekräfte, um beim
Zusammenstecken der beiden Kontaktträger die Verbindung
zwischen Kontaktbrücke und erstem Kontaktträger
zu lösen und die Kontaktbrücke an das zweite Kontaktelement
zu übergeben. Dann kann die Kontaktbrücke eine
dauerhafte Verbindung zwischen dem mindestens einen zweiten Kontaktelement
und ent weder einem Gehäuseteil oder einem bzw. mehreren
zweiten Kontaktelementen herstellen. Die elektrische Verbindung
bleibt nach dem Öffnen des Steckverbinders erhalten.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Kontaktträger
geteilt mit mindestens zwei separaten Kontaktträgereinheiten
ausgeführt, und die separaten Kontaktträgereinheiten werden
vor dem Zusammenstecken von erstem und zweiten Kontaktträger
zusammengefügt. Diese Zweiteilung ist insbesondere für
Anwendungsfälle vorteilhaft, bei denen Leitungen aus verschiedenen
Signalquellen zusammengeführt werden sollen. Ein Beispiel
hierfür ist der Anschluss von mehreren Signalleitungen
von Füllstandssensoren in einem Kraftstofftank.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist die Kontaktbrücke so ausgebildet,
dass sie zwei gleichartige Kontaktstifte kurzschließt.
Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die elektrische Verbindung
aus zwei Minuspolen, die auf die gleiche Masse gelegt werden sollen,
hergestellt werden soll.
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Beispielsweise
kann die Kontaktbrücke zwei Kontaktstifte kurzschließen,
die jeweils einer anderen der oben genannten separaten Kontaktträgereinheiten
zugeordnet ist.
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Eine
besonders kostengünstige und etablierte Art und Weise,
die elektrisch leitende und federnde Kontaktbrücke herzustellen,
ist das Stanzen und Biegen aus einem Metallblech. Selbstverständlich
kann die Kontaktbrücke auch geeignet mit weiteren Metallisierungen
beschichtet werden.
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Die
Prinzipien der vorliegenden Erfindung lassen sich besonders vorteilhaft
bei Anwendungsfällen einsetzen, in denen der zweite Kontaktträger
als ein Durchgangsstecker ausgeführt ist, beispielsweise an
einem Gehäuseelement eines Kraftstofftanks.
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Um
eine sichere Verbindung zwischen ersten und zweitem Kontaktträger
im zusammengesteckten Zustand zu gewährleisten, kann auf
einfache Art und Weise eine Verrastung zwischen diesen beiden Elementen
vorgesehen sein.
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Zum
besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese
anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit
gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen.
Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen
aus den gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen für
sich eigenständige erfinderische oder erfindungsgemäße
Lösungen darstellen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische teilweise explodierte Darstellung eines Kraftstofftankflansches
mit einem Durchgangsstecker gemäß der Prinzipien
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
teilweise explodierte um 180° gedrehte Ansicht des Tankflansches
beim Montieren der Kontaktelemente;
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3 eine
perspektivische Darstellung des ersten Kontaktträgers vor
dem Montieren der Kontaktbrücke;
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4 eine
perspektivische Darstellung eines Teils des ersten Kontaktträgers
mit vormontierter Kontaktbrücke;
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5 eine
schematische Darstellung des Zusammensteckvorganges von zwei Kontaktträgereinheiten;
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6 eine
schematische Darstellung des Zusammensteckvorganges des vormontierten
ersten Kontaktträgers in den zweiten Kontaktträger
an dem Kraftstofftank;
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7 eine
perspektivische teilweise geschnittene Darstellung des Tankflansches
nach der Montage des ersten Kontaktträgers und nach Übergabe
der Kontaktbrücke;
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8 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Steckverbinders nach einem Lösen der Verbindung;
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9 eine
perspektivische Ansicht des Steckergesichts auf einer dem ersten
Kontaktträger abgewandten Seite des Tankflansches; und
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10 eine
perspektivische Darstellung des Steckergesichts des dem ersten Kontaktträger
zugewandten Teils des zweiten Kontaktträgers vor Montage
der Kontaktbrücke.
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1 zeigt
in perspektivischer und teilweise explodierter Form einen Tankflansch 100 mit
einem Durchgangssteckersystem zum Kontaktieren zweier Füllstandsgeber.
Der Bereich 102 stellt dabei den Bereich dar, der den Füllstandsgebern
zugeordnet ist, während der Bereich 104 eine Außenseite
darstellt, in welcher die Steuerelektronik angeordnet ist.
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Der
erfindungsgemäße elektrische Verbinder umfasst
einen ersten Kontaktträger 106, der über
hier nicht dargestellte Anschlussleitungen mit den Füllstandsgebern
verbindbar ist. Dabei ist der erste Kontaktträger 106 in
eine erste Kontaktträgereinheit 108 und eine zweite
Kontaktträgereinheit 110 unterteilt. Jeder der
beiden Einheiten 108, 110 ist ein Füllstandsgeber
zugeordnet. Vor dem Zusammenfügen des ersten Kontaktträgers 106 mit
einem zweiten Kontaktträger 112, der an dem Tankflansch 100 angeordnet
ist, und als Durchgangsstecker nach außen in den Bereich 104 ausgebildet
ist, werden die beiden Kontaktträgereinheiten 108, 110 durch
Ineinanderschieben zusammengefügt.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform ist nur der zweite Kontaktträger 112 auf
der dem Bereich 104 zugewandten Seite in Bezug auf einen
Gegensteckverbinder 114 abgedichtet ausgeführt.
Die Verbindung zwischen dem zweiten Kontaktträger 112 und
dem ersten Kontaktträger 106 ist bei der hier
gezeigten Ausführungsform nicht abgedichtet.
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Der
Gegensteckverbinder 114 ist ein vierpoliger gedichteter
Buchsenstecker, bei dem eine der Kammern erfindungsgemäß mit
einem Blindstopfen verschlossen werden kann, da nur eine gemeinsame Masseleitung
nach außen zur Steuerung führen muss.
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Gemäß der
hier gezeigten Ausführungsform sind sowohl der erste Kontaktträger 106 wie
auch der Gegensteckverbinder 114 jeweils als Buchsenstecker
ausgebildet und der zweite Kontaktträger 112 ist als
ein Durchgangsstecker mit Steckerstiften ausgeformt. Die vorliegende
Erfindung ist aber auch übertragbar auf komplementäre
Systeme solange sich die nachfolgend gezeigte Kontaktbrücke
an den Kontaktelementen des zweiten Kontaktträgers 112 fixieren lässt.
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Der
erfindungsgemäße erste Kontaktträger 106 kann
beispielsweise aus Polyoxymethylen (POM) hergestellt werden. Dieser
thermoplastische Kunststoff ist ein Acetalharz, das durch Kopolymerisation
hergestellt wird und bietet die Vorteile, dass spritzgegossene Teile
sehr gute Gleiteigenschaften, eine ausgezeichnete Zähigkeit
und hohe Formbeständigkeit bei verschiedenen Temperaturen
aufweisen. Für den vorliegenden Anwendungsfall ist außerdem
von Vorteil, dass der chemische Aufbau eine hohe Medienbeständigkeit
und nur geringste Wasseraufnahme bedingt. Selbstverständlich
können aber auch andere Kunststoffe, die den gestellten
Anforderungen genügen, nach Belieben eingesetzt werden.
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In 2 ist
der Tankflansch 100 vor der Montage der zweiten Kontaktelemente 116,
um 180° gegenüber der Anordnung aus 1 gedreht,
gezeigt.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um Einpresssteckerstifte
mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Jeder der
Steckerstifte weist zum einen Haltemittel 118 zum Verankern der
Stifte in dem Tankflansch 100 auf. Ein umlaufender Anschlag 120 sorgt
für die exakte axiale Positionierung der Steckerstifte 116 beim
Einbau in den Tankflansch. Erfindungsgemäß weisen
die Steckerstifte 116 weiterhin umlaufende Haltevorsprünge
zum Fixieren der Kontaktbrücke auf, die mit Bezug auf die nachfolgenden
Figuren noch im Detail erläutert wird.
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Zum
Aufnehmen des ersten Kontaktträgers ist außerdem
ein Gehäuseelement 124 an dem Tankflansch 100 angeformt.
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Mit
Bezug auf die 3 und 4 wird der erste
Steckverbinder, der zu der in 2 gezeigten Stiftsteckeranordnung
komplementär ist und die erfindungsgemäße
Kontaktbrücke 126 trägt, im Detail erläutert.
Der erste Kontaktträger 106 ist erfindungsgemäß aus
zwei Kontaktträgereinheiten 108, 110 zusammengesetzt,
die jeweils die beiden Pole eines Füllstandsgebers in Form
eines Buchsenkontakts führen. Erfindungsgemäß soll
die Masse der jeweils zweipoligen Steckverbinder kurzgeschlossen
sein. Hierfür wird an dem ersten Kontaktträger 106 eine Haltevorrichtung
vorgesehen, in welcher die Kontaktbrücke 126 in
einem vormontierten Zustand sicher verrastet ist.
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Um
die Position der Kontaktbrücke 126 präzise
einstellen zu können, besitzt die Haltevorrichtung einen
Positionierrahmen 128, der durch erhaben ausgeführte,
an die Außenkontur der Kontaktbrücke angepasste
Vorsprünge gebildet ist. Rasthaken 130 wirken
mit einer zugehörigen Rastöffnung 132,
die an der Kontaktbrücke vorgesehen ist, zusammen, um die
Kontaktbrücke 126 lösbar an dem ersten
Kontaktträger 106 zu fixieren.
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Die
Kontaktbrücke weist zwei Kontaktbereiche 134 auf,
die im endmontierten Zustand mit den Steckerstiften 116 zusammenwirken.
Insbesondere sind in jedem Kontaktbe reich 134 umlaufend
drei federnde Zungen 136 angebracht, die mit den Steckerstiften 116 verbunden
werden können, hinter die Haltevorsprünge 122 (siehe 2)
eingreifen und die Kontaktbrücke 126 auf diese
Weise fixieren können. Nachdem die Kontaktbrücke 126,
wie in 4 gezeigt, an der ersten Kontaktträgereinheit 108 fixiert ist,
wird, wie in 5 gezeigt, die zweite Kontaktträgereinheit 110 in
die zugehörige Ausnehmung 138 eingeschoben, wobei
die Einschubrichtung 140 im Wesentlichen quer zu der Richtung
des Zusammensteckens von erstem und zweitem Kontaktträger
verläuft.
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Wie
in 6 gezeigt, wird der mit der Kontaktbrücke
versehene erste Kontaktträger 106 bei der Montage
in Richtung 142 zum ersten Mal mit dem zweiten Kontaktträger 112 zusammengesteckt.
Dabei wird erfindungsgemäß die Kontaktbrücke 126 an die
zweiten Steckerstifte 116 übergeben, indem die Federzungen 136 der
Kontaktbrücke 116 jeweils hinter die Haltevorsprünge 122 eingreifen.
Gleichzeitig verrastet das Rastelement 144 des ersten Kontaktträgers
mit einer entsprechenden Rastöffnung 146 an dem
zweiten Kontaktträger.
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Nun
sind die jeweils dem Minuspol des Füllstandssensors zugeordneten
Kontaktpins über die Kontaktbrücke 126 kurzgeschlossen.
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Muss
nun aus Servicegründen die Steckverbindung wieder gelöst
werden, so überwinden die Haltekräfte der Kontaktbrücke 126 an
den Kontaktstiften 116 die Haltekräfte an den
Rasthaken 130, so dass, wie in 8 gezeigt
ist, die Kontaktbrücke an den Steckerstiften 116 fixiert
bleibt. Die Kontaktbrücke 126 ist also durch das
erste Zusammenstecken von erstem und zweitem Kontaktträger übergeben worden
und hat so den endmontierten Zustand erreicht.
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Die 9 und 10 zeigen
die beiden Steckergesichter an dem Tankflansch nach der Montage der
Steckerstifte 116, aber vor dem ersten Zusammenstecken
und somit ohne die Kontaktbrücke 126.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 10 soll schrittweise
die Vorgehensweise beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen
elektrischen Steckverbinderanordnung im Detail erläutert
werden.
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Zunächst
werden in dem Tankflansch die Steckerstifte 116, die als
Einpresspins ausgeführt sind, durch Einpressen montiert.
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Weiterhin
wird an dem ersten Kontaktträger 106, und zwar
insbesondere an der ersten Kontaktträgereinheit 108,
die Kontaktbrücke 126, die aus Blech durch Stanzen
und Biegen hergestellt ist, vormontiert, indem sie in dem Positionsrahmen 128 ausgerichtet
und mit Hilfe der Rasthaken 130 fixiert wird. Die erste
Kontaktträgereinheit 108 ist mit den beiden Anschlüssen
eines ersten Füllstandsgebers (hier nicht dargestellt)
verbunden.
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Im
nächsten Montageschritt wird die zweite Kontaktträgereinheit 110,
die dem zweiten Füllstandsgeber zugeordnet ist, in die
erste Kontaktträgereinheit 108 eingefügt.
Dabei helfen Nuten und Führungskulissen bei der Positionierung
und sicheren Fixierung der beiden Einheiten aneinander.
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Im
nächsten Arbeitsgang wird der erste aus zwei separaten
Teilen 108, 110 zusammengesetzte Kontaktträger 106 bis
zum Einrasten in das Gehäuseelement 124 an dem
Tankflansch 100 eingesteckt.
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Bei
diesem ersten Steckvorgang wird erfindungsgemäß die
Kontaktbrücke 126 auf die Stifte 116 gepresst.
Die Haltekräfte, die zwischen den Pins und der Kontaktbrücke
wirken, sind größer als die Kräfte der
Rastverbindung zwischen dem ersten Kontaktträger 106 und
der Kontaktbrücke 126. Somit bleibt die Kontaktbrücke
auch nach einer Demontage des Gebersteckers, z. B. in einem Servicefall,
auf den Pins stecken.
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Zusammenfassend
kann also mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung
dauerhaft ein elektrischer Kurzschluss von zwei oder mehreren Einzelkomponenten
beim ersten Steckvorgang des Steckverbinders hergestellt werden.
Die Steckverbinder der Einzelkomponenten werden in einem Steckergehäuse
zusammengefügt. Eine aus Metallblech durch Stanzen und
Biegen hergestellte Kontaktbrücke, die sich in dem Steckergehäuse
befindet, stellt die elektrische Verbindung der Minuspole der Einzelkomponenten
während des ersten Steckvorganges her.
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Erfindungsgemäß bleibt
die elektrische Verbindung der Minuspole auch nach dem Öffnen
des Steckverbinders, z. B. im Servicefall, erhalten. Dadurch entfällt
ein separater Montagevorgang zur Herstellung des elektrischen Kurzschlusses.
Die vorliegende Erfindung kann überall dort eingesetzt
werden, wo elektrische Komponenten auf ein gemeinsames Potential
gelegt werden sollen. Bezugszeichenliste
100 | Tankflansch |
102 | Innenseite
des Tanks |
104 | Außenseite
des Tanks |
106 | erster
Kontaktträger |
108 | erste
Kontaktträgereinheit |
110 | zweite
Kontaktträgereinheit |
112 | zweiter
Kontaktträger |
114 | Gegensteckverbinder |
116 | zweite
Kontaktelemente |
118 | Verankerungsmittel |
120 | Anschlag |
122 | Haltevorsprung |
124 | Gehäuseelement |
126 | Kontaktbrücke |
128 | Positionierrahmen |
130 | Rasthaken |
132 | Rastöffnung |
134 | Kontaktbereich |
136 | Federzunge |
138 | Ausnehmung
für zweite Kontaktträgereinheit |
140 | Einsteckrichtung |
142 | Zusammensteckrichtung |
144 | Rastelement |
146 | Rastöffnung |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4170939 [0003]
- - US 5334025 [0003]
- - US 6663421 B1 [0003]
- - US 6139345 [0004]