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Die
Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine
Innenzahnrad- oder Flügelzellenpumpe zum Fördern
von Schmiermittel in Kraftfahrzeugen.
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Der
Saugstrom einer Verdrängerpumpe kann zur Verringerung der
Kavitationsneigung mit einem Treibstrahl ähnlich wie bei
einer Wasserstrahlpumpe zusätzlich angetrieben werden.
Dabei kann es nützlich sein, den Treibstrahl aus Fluid
der Pumpendruckseite zu generieren.
FR
2 443 598 stellt dieses Prinzip anhand einer Innenzahnradpumpe
anschaulich dar.
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Aus
DE 44 36 505 A1 ist
eine weitere Innenzahnradpumpe bekannt, die sich dieses Prinzip
zunutze macht. Mittels der Düse am Ende eines Aufladekanals
wird ein Treibstrahl erzeugt, der in die lediglich eine Saugniere
dieser Pumpe gerichtet ist. Der Aufladekanal kann einschließlich
der Düse in das Pumpengehäuse fertig gegossen
sein.
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Aus
DE 41 38 516 A1 ist
eine Flügelzellenpumpe bekannt, deren Saugstrom mit dem
Treibstrahl eines Injektors zusätzlich angetrieben wird. Der
Injektor ist als separates Bauteil in einem Saugkanal der Pumpe
gleichachsig eingesetzt. Der Saugkanal führt an den Außenring
der Flügelzellenpumpe heran und verzweigt sich dort zur
beidseitigen Befüllung T-förmig. Auf diesen Außenring
ist der Injektor radial gerichtet. Es soll auch möglich
sein, den Injektor zu verschwenken, um den Treibstrahl zusammen mit
dem Saugstrom anders zu führen. In den aus
DE 198 36 628 A1 und
DE 100 37 080 A1 bekannten Weiterentwicklungen
einer solchen Flügelzellenpumpe ist der Injektor dann zweistrahlig
vorgesehen, wobei die beiden Treibstrahlen in spiegelsymmetrisch angeordnete
Kanalzweige gerichtet sind.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine nach dem eingangs angegebenen Prinzip
wirkende Verdrängerpumpe zu schaffen, die den Kompromiss
zwischen seriengerechter Herstellbarkeit, hohem Wirkungsgrad und
kavitationsarmen Saugverhalten über einen weiten Förderratenbereich
besser löst.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt mit der im Anspruch 1 angegebenen
Verdrängerpumpe. Demgemäß ist diese zum
Fördern eines Fluids von einer Saugseite zu einer Druckseite
vorgesehen und weist ein Gehäuse auf, in dem unter anderem
eine Verdrängerkammer für eine rotierende Verdrängereinheit
sowie ein Saugkanalsystem enthalten ist. Das Saugkanalsystem umfasst
einen Hauptkanal sowie einen ersten und einen zweiten Kanalzweig.
Der Hauptkanal führt von einem Sauganschluss am Gehäuse
nach weiter innen, wobei der erste Kanalzweig von dem Hauptkanal über
einen Einlauf winklig abführt und der Hauptkanal anschließend
in den zweiten Kanalzweig weiterführt. Im weiteren Verlauf
münden beide Kanalzweige in die Verdrängerkammer. Außerdem
ist in dem Gehäuse ein Treibkanal enthalten, der in das
Saugkanalsystem mündet, vorzugsweise im Bereich des Einlaufs.
Der Treibkanal ist zur Beschleunigung von Fluid der Druckseite zu
einem Treibstrahl vorgesehen. Mittels diesem Treibstrahl kann Fluid
der Saugseite angetrieben werden. Besonders charakteristisch an
der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe
ist, dass die eine Mündungsachse des Treibkanals den Einlauf
in den ersten Kanalzweig quert und zum zweiten Kanalzweig gerichtet
ist. Die Mündungsachse gibt dabei die Anfangsrichtung des
Treibstrahls vor.
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Dieser
gegenüber dem Stand der Technik ungewöhnlichen
Anordnung und Ausrichtung der Mündungsachse liegen die
folgenden Überlegungen zu Grunde: Führt der Saugkanal
einer Verdrängerpumpe von außen nach weiter innen
und zweigt von dem Hauptkanal ein Kanalzweig winklig ab, kann folgender
Umstand bestehen: Der abzweigende Kanalzweig ist gegenüber
dem an der Abzweigung weiterführenden Kanalzweig hinsichtlich
Querschnitt und Verrundung meist strömungsgerechter gestaltbar.
Und zwar Insbesondere deshalb, weil für den abzweigenden
Kanalzweig weiter außen oftmals mehr Bauraum zur Verfügung
steht als für den an der Abzweigung weiter nach innen führenden
Kanalzweig. Erfahrungsgemäß kann daher der weiterführende Kanalzweig
insbesondere bei hohen Förderraten nachrangig und damit
unter Umständen mangelhaft versorgt sein. Dadurch kann
dessen Ölstrom früher zur Kavitation neigen, das
heißt zum Ausscheiden von Luftblasen neigen als der Ölstrom
im abzweigenden Kanalzweig. Zudem hat sich an einer solchen asymmetrischen
Verzweigung bei Versuchen gezeigt, dass selbst im Falle strömungstechnisch
vergleichbar gestalteten Kanalzweigen der abzweigende Kanalzweig
mit seinem etwas näher am Sauganschluss angeordneten Einlauf
oftmals mit Vorrang den Saugstrom aus dem Hauptkanal ansaugt.
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Auf
Basis dieser Erkenntnisse ist es vorteilhaft, den Treibstrahl gezielt
in nur einen der zwei Kanalzweige zu richten und hierzu die Mündungsachse des
Treibkanals so vorzusehen, dass diese den Einlauf des abzweigenden,
ersten Kanalzweigs quert und zum weiterführenden, zweiten
Kanalzweig gerichtet ist. Aufgrund dieser charakteristischen Maßnahmen
kann insbesondere bei hohen Förderraten eine geeignete
Aufteilung des Saugstroms an der Abzweigung begünstigt
und das Volumen des Treibstrahls ganz überwiegend dem zweiten
Kanalzweig zugeführt werden. Folglich wird einer möglichen
Kavitation, die vorrangig im zweiten Kanalzweig entsteht, wirksam
begegnet und damit Kavitationslärm sowie Kavitationserosion
vorgebeugt. Darüber hinaus kann ein derartig ausgeführter
Treibkanal auf einfache Weise in das bevorzugt mehrteilige Gehäuse
der Pumpe integriert, insbesondere fertig gegossen sein. Hierbei
ist es möglich, den Treibkanal bauraumsparend neben dem
Hauptkanal zu führen und beide in einem der Gehäuseteile
vorzusehen. Zudem kann der Treibkanal in zweckmäßiger
Weise an oder noch vor dem Einlauf enden beziehungsweise in das Saugkanalsystem
münden. Schließlich ist mit zwei in die Verdrängerkammer
mündenden Kanalzweigen ein hoher Wirkungsgrad für
die Verdrängerpumpe erzielbar.
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Obwohl
sich die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe
aufgrund ihrer seriengerechten Herstellbarkeit besonders als Innenzahnrad-
oder Flügelzellenpumpe zum Fördern von Schmiermittel
in Kraftfahrzeugen eignet, sind andere Pumpentypen und Einsatzzwecke
ebenso möglich. Die Verdrängerpumpe kann auch
eine Zahnringpumpe, eine Außenzahnradpumpe, eine Drehschieberpumpe
oder eine Pendelschieberpumpe mit konstantem oder veränderbarem
Fördervolumen sein mit ebenfalls mindestens einem Verdrängerelement,
das um eine Drehachse rotiert.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine
schematisierte Verdrängerpumpe in einem Ölkreislauf,
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2 einen
Detailschnitt durch die Verdrängerpumpe gemäß 1,
und
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3 eine
Explosionsdarstellung der Verdrängerpumpe gemäß 1.
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Die
in 1 schematisch dargestellte Verdrängerpumpe
ist in einem Ölkreislauf eingebunden und weist ein Gehäuse 1 auf,
in dem eine Verdrängerkammer 2 für eine
nicht näher dargestellte rotierende Verdrängereinheit
enthalten ist. Eine solche Verdrängereinheit kann insbesondere
der Radsatz einer Innenzahnrad- oder Zahnringpumpe, die Rotor-Flügel-Einheit
einer Flügelzellenpumpe, aber auch genauso jede andere
Verdrängereinheit mit mindestens einem um eine Drehachse 3 rotierenden Verdrängerelement
sein.
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Der Ölkreislauf
enthält neben der Verdrängerpumpe einen Tank 4 sowie
ein mit Öl zu schmierendes Aggregat 5, das insbesondere
die Brennkraftmaschine oder ein Getriebe in einem Kraftfahrzeug sein
kann. Mittels der Verdrängerpumpe wird das Öl in
dem Ölkreislauf von einer Saugseite zu einer Druckseite
gefördert. Die Saugseite umfasst den Tank 4 und
eine Saugleitung 6, die den Tank 4 mit einem Sauganschluss 7 am
Gehäuse 1 verbindet, sowie außerdem ein
in das Gehäuse 1 integriertes Saugkanalsystem.
Die Druckseite des Ölkreislaufs weist eine Druckleitung 8 auf,
die zunächst gehäuseintern von der Verdrängerkammer 2 zu
einem Druckanschluss 9 am Gehäuse 1 und
im Weiteren gehäuseextern in das Aggregat 5 führt.
Zur Druckseite gehört außerdem eine Überdruckleitung 10,
die von der Druckleitung 8 abzweigt und mit einem weiteren
Anschluss 12 am Gehäuse 1 verbunden ist.
In die Überdruckleitung 10 ist ein einfaches Druckregelventil 11 eingebunden,
das bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes für
den Regeldruck in der Druckleitung 8 öffnet. Eine
Leitung 13, die vom Aggregat 5 zurück
zum Tank 4 führt, schließt den Ölkreislauf.
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Das
in dem Gehäuse 1 der Verdrängerpumpe
enthaltene Saugkanalsystem umfasst einen Hauptkanal 20,
einen ersten Kanalzweig 21 und einen zweiten Kanalzweig 22.
Zu erkennen ist, dass der Hauptkanal 20 ausgehend von dem
Sauganschluss 7 außen am Gehäuse 1 nach
weiter radial innen führt, das heißt näher
zur Drehachse 3 der Verdrängerkammer 2.
Hierbei zweigt von dem Hauptkanal 20 zunächst
der erste Kanalzweig 21 über einen Einlauf 23 etwa
rechtwinklig ab. Das bedeutet vorzugsweise winklig im Bereich von
90° ± 15° und im Ausführungsbeispiel
zudem etwa parallel zur Drehachse 3. Daran anschließend
führt der Hauptkanal 20 an einem Übergang 24 in
den zweiten Kanalzweig 22 direkt weiter beziehungsweise
in diesem Ausführungsbeispiel nahezu gerade weiter. Der Übergang 24 kennzeichnet
dabei bevorzugt die Stelle im Saugkanalsystem, ab welcher Öl
vom Hauptkanal 20 nur noch in den zweiten Kanalzweig 22 fließt.
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Des
Weiteren ist in 1 ersichtlich, dass beide Kanalzweige 21 und 22 in
die Verdrängerkammer 2 an axial gegenüberliegenden
Seiten 14a und 14b münden, wobei die
Mündungsbereiche als Saugnieren 25 und 26 ausgeführt
sind. Außerdem führt der erste Kanalzweig 21 außen
an der Verdrängerkammer 2 axial vorbei und wechselt
entsprechend von der Seite 14a auf die Seite 14b.
Der zweite Kanalzweig 22 führt hingegen ausschließlich
auf der Seite 14a der Verdrängerkammer 2.
Darüber hinaus verfügt der erste Kanalzweig 21 über
einen stets größeren Querschnitt als der zweite
Kanalzweig 22 an seiner engsten Stelle. Dies kann unter
anderem bauraumbedingt sein, weil beispielsweise im Gehäuse 1 weiter
außen mehr Bauraum zur Verfügung steht als weiter
innen nahe der Verdrängerkammer 2. Aufgrund des
größeren Querschnitts des ersten Kanalzweigs 21 und
weil dessen Einlauf 23 dem Übergang 24 zum
zweiten Kanalzweig 22 vorangeht, saugt der erste Kanalzweig 21 erfahrungsgemäß vorrangig.
Das haben entsprechende Versuche gezeigt. Insbesondere bei zunehmenden
Förderraten ist der zweite Kanalzweig 22 im Vergleich
zum ersten Kanalzweig 21, derjenige ist, in den als Erster
gegebenenfalls mangelhaft Öl nachströmt. Infolge
neigt der Ölstrom im zweiten Kanalzweig 22 früher
zum Ausscheiden von Luftblasen als der Ölstrom im ersten Kanalzweig 21.
Und das obwohl der zweite Kanalzweig 22 länger
ist und mehr Krümmungen aufweist. Um dem entgegenzuwirken,
ist in dem Gehäuse 1 im Bereich des Hauptkanals 20 ein
sogenannter Treibkanal 30 enthalten. Dieser Treibkanal
ist wie nachfolgend beschrieben zur Beschleunigung von Öl der
Druckseite zu genau einem Treibstrahl vorgesehen. Mittels diesem
Treibstrahl ist Öl der Saugseite ähnlich wie bei
einer Wasserstrahlpumpe antreibbar.
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2 zeigt
das Saugkanalsystem und den Treibkanal 30 der Verdrängerpumpe
gemäß 1 in einem Detailschnitt senkrecht
zur Drehachse 3 näher. Zu erkennen ist wieder,
dass der Hauptkanal 20 von dem Sauganschluss 7 kommend
nach weiter radial innen führt. Der Innenbereich der Verdrängerpumpe
ist hierzu anhand des gestrichelten Kreisumfangs der Verdrängerkammer 2 angedeutet.
Außerdem ist nochmals verdeutlicht, wie von dem Hauptkanal 20 der
erste Kanalzweig 21 an dem Einlauf 23 axial abführt
beziehungsweise in die Zeichnungsebene abführt. Zudem ist
gezeigt, wie der Hauptkanal 20 daran anschließend
an dem Übergang 24 direkt in den zweiten Kanalzweig 22 übergeht.
Daran anschließend bedeutet nach dem Einlauf 23 bezogen auf
die Richtung des Saugstroms 28 im Hauptkanal 20.
Der zweite Kanalzweig 22 führt nach dem Übergang 24 dann
zur Saugniere 25 ebenfalls axial beziehungsweise in die
Zeichnungsebene ab.
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Der
Treibkanal 30 und der Hauptkanal 20 sind durch
einen Steg 27 getrennt. Der Treibkanal 30 und
der Hauptkanal 20 führen ausgehend von dem Sauganschluss 7 und
dem Anschluss 12 parallel nebeneinander, bis der Treibkanal 30 etwas
knickt und zum Hauptkanal 20 einen spitzen Winkel von hier etwa
13° einnimmt und schließlich unmittelbar vor dem
Einlauf 23 in das Saugkanalsystem mündet. Dabei
ist deutlich zu erkennen, dass sich der Treibkanal 30 zu
seiner Mündung hin in einem Abschnitt 32 verjüngt.
Dieser sich verjüngende Abschnitt 32 wirkt als Düse
für den Treibstrom 29. Der Treibstrom 29 wird dem
Treibkanal 30 von der Druckseite der Verdrängerpumpe
durch die Überdruckleitung 10 im Überdruckfall
zugeführt und tritt an der Mündung des Treibkanals 30 beziehungsweise
am Ende des Abschnitts 32 als Treibstrahl aus. Dieser nicht
näher dargestellte Treibstrahl weist eine signifikant höhere Strömungsgeschwindigkeit
auf als der Saugstrom 28 und reißt diesen beim
spitzwinkligen Zusammentreffen oberhalb des Einlaufs 23 mit
sich. Die eine Mündungsachse 31 des Treibkanals 30 gibt
dabei die Anfangsrichtung des Treibstrahls vor, unabhängig
von einer möglicherweise nach dem Austritt stattfindenden
Ablenkung. Die Mündungsachse 31 ergibt sich in diesem
Ausführungsbeispiel durch gedachte Verlängerung
der Mittellinie des sich verjüngenden Abschnitts 32.
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Fördert
die Verdrängerpumpe bei steigenden Drehzahlen zunehmend
mehr Öl und nimmt infolge die Kavitationsneigung insbesondere
in dem zweiten Kanalzweig 22 zu, wird dem Treibkanal 30 von
der Druckseite der Verdrängerpumpe her Öl zugeführt. Dazu
ist der Treibkanal 30 durch das Druckregelventil 11 mit
der Druckseite der Verdrängerpumpe verbunden. Dem Druckregelventil 11 wird
ein Regeldruck der Druckseite aufgegeben wird. Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Wertes für den Regeldruck in der Druckleitung 8 öffnet
das Druckregelventil 11, sodass durch die Überdruckleitung 10 Öl
aus der Druckleitung 8 zum Anschluss 12 in den
Treibkanal 30 strömt. Dieses Öl beziehungsweise
der Treibstrom 29 wird in dem Treibkanal 30 wie
vorstehend beschrieben zu dem Treibstrahl beschleunigt und auf charakteristische
Weise dem Saugkanalsystem zugegeben. So ist aus 1 und 2 ersichtlich,
dass die Mündungsachse 31 des Treibkanals 30 den
Einlauf 23 in den ersten Kanalzweig 21 überquert und
in den Übergang 24 zum zweiten Kanalzweig 22 gerichtet
ist. Der Treibstrahl tritt entlang der Mündungsachse 31 aus
und führt größtenteils oberhalb des Einlaufs 23 vorbei.
Dadurch wird dem ersten Kanalzweig 21 kein Volumen oder
lediglich ein vergleichsweise geringer Anteil am Volumen des Treibstrahls
zugeführt. Der zweite Kanalzweig 22 wird hingegen
mit dem ganz überwiegenden Anteil des Treibstrahls von
vorzugsweise mehr als 80 oder 90 Prozent zusätzlich geladen.
Aus 1 ist zudem erkennbar, dass die Mündungsachse 31 den
Einlauf 23 beabstandet überquert. Das heißt,
die Mündungsachse 31 führt in einem Abstand
quer über die Öffnung des Einlaufs 23.
Auf diese Weise kann der Treibstrahl vorteilhaft solche Strömungsschichten des
Saugstroms 28 differenziert beschleunigen, welche weiter
oberhalb des Einlaufs 23 beziehungsweise von dessen Öffnung
weiter beabstandet vorbeiströmen sollen. Dadurch kann der
Treibstrahl gezielt diese Strömungsschichten in den zweiten
Kanalzweig 22 treiben. Die Mündungsachse 31 führt dazu
wie aus 1 ersichtlich ist, außermittig
in der dem Einlauf 23 gegenüberliegenden Querschnittshälfte
des Hauptkanals 20. Es ist alternativ oder ergänzend
denkbar, die Mündungsachse 31 gegenüber
dem Hauptkanal 20 um einen kleinen Winkelbetrag anzustellen,
sodass die Mündungsachse 31 den Einlauf 23 nicht
mehr wie im Ausführungsbeispiel mit konstantem, sondern
mit steigendem Abstand überquert und der Treibstrahl ähnlich
wie bei einer Schanze über den Einlauf 23 strahlt.
Außerdem ist es möglich, dass die Mündungsachse 31 den
Einlauf 23 noch weiter als dargestellt außermittig überquert.
Insbesondere in dem Querschnittsdrittel des Hauptkanals 20,
das dem Einlauf 23 gegenüberliegt. In jedem Fall
wird aufgrund dieser charakteristischen Strahlführung insbesondere
bei hohen Förderraten eine geeignete Aufteilung des Saugstroms 28 im
Hauptkanal 20 unterstützt und ganz überwiegend
der zweite Kanalzweig 22 mit dem Öl des Treibstrahls
zusätzlich geladen. Nachdem der Treibstrahl den Übergang 24 passiert
hat, wird dieser an einer als Leiteinrichtung 33 wirkenden
Wandung des zweiten Kanalzweigs 22 sodann zur Saugniere 25 abgelenkt. Diese
als Wandung ausgeführte Leiteinrichtung 33 ist hierfür
gegenüber der Mündungsachse 31 in geeigneter
Weise schräg angestellt.
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Ein
weiterer Aspekt der Verdrängerpumpe gemäß 1 ist,
dass dessen Gehäuse 1 als dreiteiliges Gussgehäuse
mit zwei entsprechenden Trennebenen 15 und 16 ausgeführt
ist. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich
ist, enthält das in der Zeichnung untere Gehäuseteil 19 die
Verdrängerkammer 2, einen Abschnitt des ersten
Kanalzweigs 21 sowie die Saugniere 26. Das mittlere
Gehäuseteil 18 begrenzt mit der Trennebene 16 die
Verdrängerkammer 2 axial und enthält
den Hauptkanal 20, den Einlauf 23, den zweiten
Kanalzweig 22, die Saugniere 25 sowie den Treibkanal 30 und
den restlichen Abschnitt des ersten Kanalzweigs 21. Das
obere Gehäuseteil 17 ist als Deckel ausgeführt
und schließt den Hauptkanal 20 und den Treibkanal 30 ab.
Wesentlich ist, dass der Hauptkanal 20 und Treibkanal 30 sowie
der Einlauf 23 und der anschließende Abschnitt
des ersten Kanalzweigs 21 zur Trennebene 15 offen
und zu dieser gusstechnisch entformbar sind. Der Sauganschluss 7 für
den Hauptkanal 20 wie auch der Anschluss 12 für
den Treibkanal 30 können in diesem Ausführungsbeispiel
dabei genauso in dem Gehäuseteil 17 vorgesehen
sein. Schließlich sei angemerkt, dass es alternativ möglich
ist, den Treibkanal 30 auch an einer anderen als der vorgeschlagenen
Stelle im Saugbereich des Einlaufs 23 münden zu
lassen, insbesondere auch in der gekrümmten Wandung des
Einlaufs 23. Es ist zudem denkbar, den Treibkanal 30 in und/oder über
den Einlauf 23 etwas fortragen zu lassen, insbesondere
in Art eines Stutzens.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - FR 2443598 [0002]
- - DE 4436505 A1 [0003]
- - DE 4138516 A1 [0004]
- - DE 19836628 A1 [0004]
- - DE 10037080 A1 [0004]