DE102009060232A1 - Swivel drive, particularly rotary indexing table, has housing component, rotary element rotatable relative to housing component, and electrically operated drive unit, through which rotary element is drivable to clocked rotary movement - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwenkantrieb, insbesondere einen Rundschalttisch, mit einem Gehäusebauteil, einem relativ zu dem Gehäusebauteil verdrehbaren Drehelement und einer elektrisch betriebenen Antriebseinheit, durch die das Drehelement zu einer getakteten Drehbewegung antreibbar ist.The present invention relates to a rotary actuator, in particular a rotary indexing table, with a housing component, a rotatable relative to the housing component rotary member and an electrically operated drive unit through which the rotary member can be driven to a clocked rotational movement.
Derartige Schwenkantriebe finden eine breite Anwendung unter anderem in der Montage- und Automatisierungstechnik. Das Drehelement kann beispielsweise als Teller oder Ring ausgebildet sein, auf dem Werkstücke angeordnet werden, die zu ihrer Bearbeitung und/oder Montage in getaktete Drehbewegungen versetzt werden.Such rotary actuators are widely used, inter alia, in assembly and automation technology. The rotary member may be formed, for example, as a plate or ring, are arranged on the workpieces, which are added to their processing and / or assembly in clocked rotational movements.
Zum einen ist die Präzision des Schwenkantriebs von besonderer Bedeutung, damit das Werkstück stets wohl definierte Positionen/Orientierungen relativ zu den Montage-/Bearbeitungswerkzeugen aufweist. Die Präzision der Vorrichtung ergibt sich aus der Genauigkeit, mit der das Drehelement die einzelnen Bearbeitungspositionen einnehmen kann, sowie der Präzision der Drehbewegung des Drehelements zwischen den Bearbeitungspositionen.On the one hand, the precision of the pivoting drive is of particular importance, so that the workpiece always has well-defined positions / orientations relative to the assembly / machining tools. The precision of the device results from the accuracy with which the rotary element can assume the individual machining positions, as well as the precision of the rotational movement of the rotary element between the machining positions.
Zum anderen ist es aus Kostengründen aber auch erforderlich, das die einzelnen Takte der Drehbewegung möglichst schnell durchfahren werden können, um den Werkstückdurchsatz zu maximieren. Dies bedeutet, dass große Beschleunigungen während einer Abbremsphase und einer Beschleunigungsphase eines Takts der Drehbewegung auftreten, die entsprechend große Belastungen der Antriebseinheit des Schwenkantriebs hervorrufen. Außerdem müssen zum raschen Beschleunigen und Abbremsen des Drehelements erhebliche Mengen von Energie aufgewendet werden.On the other hand, it is also necessary for reasons of cost, however, that the individual cycles of the rotational movement can be traversed as quickly as possible in order to maximize the workpiece throughput. This means that large accelerations occur during a deceleration phase and an acceleration phase of a cycle of the rotational movement, which cause correspondingly large loads on the drive unit of the pivoting drive. In addition, for rapid acceleration and deceleration of the rotary element considerable amounts of energy must be expended.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwenkantrieb zu schaffen, dessen Antriebseinheit auch bei hohen Taktfrequenzen weniger stark beansprucht wird. Gleichzeitig soll der Schwenkantrieb eine verbesserte Energieeffizienz aufweisen.It is therefore an object of the present invention to provide a rotary actuator whose drive unit is less stressed even at high clock frequencies. At the same time, the pivot drive should have improved energy efficiency.
Diese Aufgabe wird durch einen Schwenkantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a pivot drive with the features of claim 1.
Der erfindungsgemäße Schwenkantrieb der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass eine Energiespeichereinheit vorgesehen ist, mittels derer während der Abbremsphase eines Takts der Drehbewegung zumindest ein Teil der Bewegungsenergie des Drehelements aufnehmbar und speicherbar ist. Zumindest ein Teil der gespeicherten Bewegungsenergie ist dem Drehelement während der Beschleunigungsphase des nächsten Takts durch die Energiespeichereinheit zuführbar.The pivoting drive according to the invention of the type mentioned above is characterized in that an energy storage unit is provided, by means of which at least a portion of the kinetic energy of the rotary member is receivable and storable during the deceleration phase of a cycle of the rotary motion. At least part of the stored kinetic energy can be supplied to the rotary element during the acceleration phase of the next cycle by the energy storage unit.
Mit anderen Worten weist der Schwenkantrieb einen Energiespeicher auf, der beim Abbremsen die Bewegungsenergie der trägen Masse des Drehelements zumindest zu einem gewissen Teil aufnimmt, so dass die durch die Antriebseinheit aufzubringende abbremsende Kraft verringert wird. Dies schont die Komponenten der Antriebseinheit und verringert ihren Energiebedarf.In other words, the pivot drive on an energy storage, which absorbs the kinetic energy of the inertial mass of the rotary member at least to a certain extent during deceleration, so that the applied by the drive unit braking force is reduced. This protects the components of the drive unit and reduces their energy requirements.
Die beim Abbremsvorgang in der Energiespeichereinheit gespeicherte Bewegungsenergie wird während der Beschleunigungsphase eines Taktes genutzt, um die Beschleunigung des Drehelements zu unterstützen. Die Antriebseinheit muss daher eine geringere Leistung erbringen als bei herkömmlichen Schwenkantrieben ohne Energiespeicher. Dies hat einen vergleichsweise geringeren Energiebedarf zur Folge. Außerdem werden die in der Antriebseinheit auftretenden Kräfte reduziert, was sich vorteilhaft auf den Verschleiß der beteiligten Komponenten auswirkt.The kinetic energy stored in the energy storage unit during the deceleration process is used during the acceleration phase of a cycle to assist the acceleration of the rotary element. The drive unit must therefore provide a lower performance than conventional rotary actuators without energy storage. This results in a comparatively lower energy requirement. In addition, the forces occurring in the drive unit are reduced, which has an advantageous effect on the wear of the components involved.
Durch die Reduktion der auftretenden Maximalkräfte in der Antriebseinheit kann auch die Auslegung ihrer Komponenten entsprechend angepasst werden, wodurch Kosteneinsparungen realisiert werden können. Beispielsweise kann aufgrund des Energiespeichers bei im Wesentlichen unveränderten Leistungsparametern des Schwenkantriebs ein kleinerer Antriebsmotor vorgesehen werden.By reducing the occurring maximum forces in the drive unit and the design of their components can be adjusted accordingly, which cost savings can be realized. For example, a smaller drive motor can be provided due to the energy storage at substantially unchanged performance parameters of the rotary actuator.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass unter Antriebseinheit beispielsweise ein direkt mit dem Drehelement zusammenwirkender Motor – wie beispielsweise ein Torque-Motor – verstanden werden kann. Das Drehelement bildet dann – vereinfacht dargestellt – selbst den Rotor des Motors. Die Antriebseinheit kann aber auch weitere Komponenten, wie beispielsweise Getriebekomponenten oder ähnliches, umfassen.In this context, it should be noted that under drive unit, for example, a directly interacting with the rotary member motor - such as a torque motor - can be understood. The rotary element then forms - in simplified terms - even the rotor of the motor. The drive unit may also comprise other components, such as transmission components or the like.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims, the description and the drawings.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schwenkantriebs weist die Energiespeichereinheit ein Steuerelement mit einer Steuerkurve auf, die mit einem Mitnehmerelement der Energiespeichereinheit derart zusammenwirkt, dass durch eine relative Verdrehung zwischen dem Mitnehmerelement und dem Steuerelement eine Veränderung der in der Energiespeichereinheit gespeicherten Energiemenge bewirkbar ist. Die Formgebung der Steuerkurve wirkt sich dabei auf die Energieaufnahme- bzw. Energieabgabecharakteristik der Energiespeichereinheit aus. Eine Steuerkurve/Mitnehmer-Kombination stellt eine zuverlässige Steuerung der Energieaufnahme bzw. Energieabgabe der Energiespeichereinheit sicher. Insbesondere ist das Mitnehmerelement eine Rolle, die sich bei einem relativen Verdrehen der beiden Komponenten an der Steuerkurve abrollt.According to one embodiment of the rotary actuator according to the invention, the energy storage unit has a control with a control cam, which cooperates with a driver element of the energy storage unit such that a change in the energy stored in the energy storage unit amount of energy can be effected by a relative rotation between the driver element and the control. The shaping of the control cam has an effect on the energy absorption or energy release characteristic of the energy storage unit. One cam / driver Combination ensures reliable control of the energy consumption or energy output of the energy storage unit. In particular, the driver element is a roller that rolls on a relative rotation of the two components on the control cam.
Es versteht sich, dass nicht jede relative Verdrehung zwischen dem Steuerelement und dem Mitnehmerelement zu einer Änderung der in der Energiespeichereinheit gespeicherten Energiemenge führen muss. Wesentlich ist jedenfalls, dass zumindest während eines Teils der Abbremsphase und zumindest während eines Teils der Beschleunigungsphase eine Änderung der gespeicherten Energiemenge stattfindet.It is understood that not every relative rotation between the control element and the driver element must result in a change in the amount of energy stored in the energy storage unit. In any case, it is essential that at least during a part of the deceleration phase and at least during a part of the acceleration phase there is a change in the stored amount of energy.
Bevorzugt ist das Steuerelement an dem Drehelement oder einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Bauteil der Antriebseinheit angeordnet. In diesem Fall kann das Mitnehmerelement beispielsweise drehfest relativ zu dem Gehäusebauteil angeordnet sein. Ein zu einer Drehbewegung antreibbares Bauteil der Antriebseinheit kann beispielsweise eine Antriebswelle oder ein Getriebeelement sein. Bei einem Schwenkantrieb oder Rundschalttisch, der mittels einer Kurventrommel angetrieben wird, kann diese ebenfalls als ein derartiges Bauteil aufgefasst werden.The control element is preferably arranged on the rotary element or on a component of the drive unit that can be driven to rotate. In this case, the driver element may be arranged, for example, rotationally fixed relative to the housing component. A drivable to a rotational component of the drive unit may be, for example, a drive shaft or a transmission element. In a rotary actuator or rotary indexing table, which is driven by means of a cam drum, this can also be considered as such a component.
Alternativ kann das Mitnehmerelement an dem Drehelement oder einem zu einer Drehbewegung antreibbaren Bauteil der Antriebseinheit angeordnet sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass die beiden Varianten (Steuerelement an dem Drehelement bzw. Mitnehmerelement an dem Drehelement) grundsätzlich auch zusammen in einem Schwenkantrieb vorgesehen sein können, beispielsweise wenn zwei Energiespeichereinheiten vorgesehen sind, von denen eine dem Drehelement und eine der Antriebseinheit zugeordnet ist.Alternatively, the driver element may be arranged on the rotary element or a component of the drive unit that can be driven to rotate. It should be noted that the two variants (control element on the rotary element or driver element on the rotary element) can in principle also be provided together in a pivot drive, for example if two energy storage units are provided, one of which is assigned to the rotary element and one of the drive unit.
Es kann vorgesehen sein, dass das Steuerelement an einem in Bezug auf ein Gehäuse der Energiespeichereinheit bewegbaren Bauteil ausgebildet ist. Beispielsweise wirken die Mitnehmer des Drehtellers eines Rundschalttischs der vorstehend genannten Art mit der Steuerkurve des Steuerelements zusammen und verschieben es bei einer Relativbewegung des Mitnehmers und des Steuerelements.It can be provided that the control element is formed on a movable with respect to a housing of the energy storage unit component. For example, the driver of the turntable of a rotary indexing table of the aforementioned type cooperate with the control cam of the control and move it in a relative movement of the driver and the control.
In kinematischer Umkehr der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann das Mitnehmerelement alternativ oder zusätzlich an einem in Bezug auf ein Gehäuse der Energiespeichereinheit bewegbaren Bauteil ausgebildet sein.In kinematic reversal of the embodiment described above, the driver element may alternatively or additionally be formed on a movable with respect to a housing of the energy storage unit component.
Vorzugsweise ist die rotatorische Bewegungsenergie des Drehelements durch die Energiespeichereinheit in eine translatorische Bewegung umsetzbar, die sich insbesondere in Bezug auf die Rotationsachse des Drehelements in radialer Richtung erstreckt. Beispielsweise wird durch bestimmte Komponenten der Energiespeichereinheit eine relative Verdrehung der beiden Komponenten gegeneinander eine radiale Bewegung einer der Komponenten erzeugt, die wiederum während der Abbremsphase/Beschleunigungsphase zu einer Aufladung bzw. Entladung eines Energiespeicherelements führt.Preferably, the rotational kinetic energy of the rotary element can be converted by the energy storage unit into a translatory movement, which extends in particular in relation to the axis of rotation of the rotary element in the radial direction. By way of example, certain components of the energy storage unit generate a relative rotation of the two components relative to one another, a radial movement of one of the components, which in turn leads to a charge or discharge of an energy storage element during the deceleration phase / acceleration phase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Drehelement oder ein zu einer Drehbewegung antreibbares Bauteil der Antriebseinheit über eine Übersetzungseinheit, wie insbesondere ein Übersetzungsgetriebe, mit der Energiespeichereinheit in Verbindung stehen. Insbesondere weist die Übersetzungseinheit ein derart angepasstes Übersetzungsverhältnis auf, dass ein Takt der getakteten Drehbewegung in eine Umdrehung eines Ausgangsgliedes der Übersetzungseinheit umwandelbar ist. Das Ausgangsglied steht vorzugsweise wiederum mit der Energiespeichereinheit in Verbindung.According to a further embodiment, the rotary element or a component of the drive unit that can be driven to rotate can be connected to the energy storage unit via a translation unit, such as, in particular, a transmission gear. In particular, the translation unit has a transmission ratio adapted in such a way that a clock of the clocked rotational movement can be converted into a revolution of an output element of the translation unit. The output member is preferably in turn connected to the energy storage unit.
Insbesondere weist das Ausgangsglied ein exzentrisch angeordnetes Aktuierungselement auf, mit dem dem Energiespeicher Bewegungsenergie zuführbar ist. Beispielsweise ist das Ausgangsglied ein scheibenartiges Bauteil, auf dem ein exzentrisch angeordneter Bolzen befestigt ist. An dem Bolzen kann beispielsweise eine Stange angelenkt sein, die bei Drehung der Scheibe beispielsweise über einen Kolben mit einem Energiespeicherelement zusammenwirkt.In particular, the output member has an eccentrically arranged actuation element with which kinetic energy can be supplied to the energy store. For example, the output member is a disc-like member on which an eccentrically arranged bolt is attached. For example, a rod can be articulated on the bolt, which interacts with an energy storage element, for example via a piston, upon rotation of the disk.
Die Energiespeichereinheit kann ein elastisches Funktionselement, ein hydraulisches Funktionselement, ein pneumatisches Funktionselement und/oder eine elektrische Speichervorrichtung umfassen. Ein elastisches Funktionselement kann beispielsweise eine Feder sein. Bei Ausführungsformen mit einem hydraulischen bzw. einem pneumatischen Funktionselement wird die Energie in Form von Hydraulikflüssigkeitsdruck bzw. Gasdruck gespeichert. In Zusammenhang mit einer elektrischen Speichervorrichtung seien beispielhaft Vorrichtungen mit piezoelektrisch wirksamen Bauelementen genannt.The energy storage unit may comprise an elastic functional element, a hydraulic functional element, a pneumatic functional element and / or an electrical storage device. An elastic functional element may for example be a spring. In embodiments with a hydraulic or a pneumatic functional element, the energy is stored in the form of hydraulic fluid pressure or gas pressure. In connection with an electrical storage device, devices with piezoelectrically active components are mentioned by way of example.
Um die Wirkung der Energiespeichereinheit optimal an das jeweils vorliegende Anforderungsprofil anpassen zu können, kann die Energiespeichereinheit eine Justiervorrichtung aufweisen, mit der eine Energieaufnahmecharakteristik und/oder eine Energieabgabecharakteristik der Energiespeichereinheit justierbar ist. Damit lässt sich beispielsweise der zeitliche Verlauf der Energieaufnahme/-abgabe und/oder die maximal aufnehmbare Energiemenge anpassen.In order to be able to optimally adapt the effect of the energy storage unit to the respectively present requirement profile, the energy storage unit can have an adjusting device with which an energy absorption characteristic and / or an energy release characteristic of the energy storage unit can be adjusted. Thus, for example, the time course of the energy intake / output and / or the maximum recordable amount of energy can be adjusted.
Bevorzugt umfasst die Antriebseinheit eine Kurventrommel mit einer Antriebsnut, in die an dem Drehelement angeordnete Mitnehmer eingreifen, um eine Drehbewegung der Kolbentrommeln in eine Drehbewegung des Drehelements umzuwandeln, wie beispielhaft vorstehend bereits erwähnt wurde. Bei einem Schwenkantrieb mit einem derartigen Kurventrommelantrieb sind die Mitnehmer des Drehtellers insbesondere so ausgebildet sein, dass sie – bei entsprechender Ausgestaltung der Energiespeichereinheit – zugleich als Mitnehmerelement der Energiespeichereinheit fungieren.Preferably, the drive unit comprises a cam drum with a drive groove, in which arranged on the rotary member driver engage to convert a rotational movement of the piston drums in a rotational movement of the rotary member, as already exemplified above. In a rotary actuator with such a cam drum drive, the drivers of the turntable are in particular be designed so that they - at the same time act as a driver element of the energy storage unit - with appropriate design of the energy storage unit.
Es versteht sich, dass mehrere Energiespeichereinheiten gleicher oder unterschiedlicher Bauart an einem oder mehreren zu einer Drehbewegung angetriebenen Bauteilen der Schwenkantrieb angeordnet sein können.It is understood that a plurality of energy storage units of the same or different design can be arranged on one or more components driven by a rotational movement of the pivot drive.
Weiterhin ist anzumerken, dass eine Energiespeichereinheit beispielsweise zwei einander gegenüberliegende, in dem Gehäuse der Energiespeichereinheit bewegliche Elemente umfassen kann. Diese Elemente können beispielsweise Mitnehmerelemente oder Steuerelemente mit einer Steuerkurve sein.It should also be noted that an energy storage unit may, for example, comprise two opposing elements movable in the housing of the energy storage unit. These elements may be, for example, driver elements or controls with a control curve.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Schwenkantriebs mit einem Gehäusebauteil, einem relativ zu dem Gehäusebauteil verdrehbaren Drehelement und einer elektrisch betriebenen Antriebseinheit, wobei das Drehelement durch die Antriebseinheit zu einer getakteten Drehbewegung angetrieben wird.The invention further relates to a method for operating a rotary actuator with a housing component, a rotatable relative to the housing component rotary member and an electrically operated drive unit, wherein the rotary member is driven by the drive unit to a clocked rotational movement.
Herkömmliche Verfahren der genannten Art führen insbesondere bei hohen Taktfrequenzen der Drehbewegung zu hohen Belastungen der Antriebseinheit, was zu starkem Verschleiß der beteiligten Komponenten und zu einem hohen Energieverbrauch führt.Conventional methods of the type mentioned lead in particular at high clock frequencies of the rotational movement to high loads on the drive unit, resulting in heavy wear of the components involved and high energy consumption.
Diese Nachteile werden dadurch behoben, dass während einer Abbremsphase eines Takts der Drehbewegung zumindest ein Teil der Bewegungsenergie des Drehelements durch eine Energiespeichereinheit aufgenommen und gespeichert wird und die gespeicherte Bewegungsenergie dem Drehelement während der Beschleunigungsphase zumindest teilweise wieder zugeführt wird.These disadvantages are remedied by absorbing and storing at least part of the kinetic energy of the rotary element during a deceleration phase of a cycle of the rotary element and at least partially re-feeding the stored kinetic energy to the rotary element during the acceleration phase.
Vorzugsweise wird die gesamte, in Zusammenhang mit einem Abbremsen der Masse des Drehelements aufgenommene Bewegungsenergie – abgesehen von nicht vermeidbaren Reibungsverlusten – zu einer anschließenden Beschleunigung der Masse genutzt. Die zwischengespeicherte Energie wird somit „recycelt”. Dadurch reduziert sich die zum Abbremsen und die zum Beschleunigen benötigte Energie.Preferably, the entire, in connection with a deceleration of the mass of the rotary element recorded kinetic energy - apart from unavoidable friction losses - used for a subsequent acceleration of the mass. The cached energy is thus "recycled". This reduces the energy required to decelerate and accelerate.
Bevorzugt weisen die Aufnahme und die Zufuhr der Bewegungsenergie im Wesentlichen symmetrische Charakteristika auf. Alternativ können die genannten Charakteristika auch asymmetrisch oder beliebig ausgebildet sein.Preferably, the absorption and the supply of kinetic energy have substantially symmetrical characteristics. Alternatively, the mentioned characteristics can also be asymmetrical or arbitrary.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
An der Unterseite des Drehtellers
Die Steuerkurve
Das Zusammenwirken der Mitnehmerrollen
Pfeile D deuten eine Drehrichtung des Drehtellers
Je nach Winkellage zwischen der Steuerkurve
Es versteht sich, dass die Anzahl der Segmente
Die Segmente
In kinematischer Umkehr der Energiespeichereinheit
Die in
Wenn sich der Drehteller
Wenn der Drehteller
Um eine Energieaufnahme- bzw. Energieabgabecharakteristik der Energiespeichereinheit
Auch die Energiespeichereinheit 26''' kann mit Justiervorrichtungen versehen sein, um die Energieaufnahme- bzw. Energieabgabecharakteristik der Energiespeichereinheit 26''' zu justieren. Dies kann beispielsweise durch eine Verschiebung des Bolzens
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10, 10'10, 10 '
- RundschalttischRotary table
- 1212
- Drehtellerturntable
- 1414
- Steuerelementcontrol
- 16, 16'16, 16 '
- Steuerkurvecam
- 18, 18'18, 18 '
- Mitnehmerrolletappet roller
- 20, 20'20, 20 '
- Mitnehmerkolbencarriage plungers
- 22, 22', 22''22, 22 ', 22' '
- Zylindercylinder
- 22a', 22b'22a ', 22b'
- Zylinderbauteilcylinder member
- 2424
- Federfeather
- 26, 26', 26''26, 26 ', 26' '
- EnergiespeichereinheitEnergy storage unit
- 2727
- Steuersegmentcontrol segment
- 28, 28'28, 28 '
- AbbremssegmentAbbremssegment
- 30, 30'30, 30 '
- Beschleunigungssegmentacceleration segment
- 3232
- Gehäusecasing
- 3434
- Justierschraubeadjusting screw
- 3636
- Gegenplattecounterplate
- 3838
- Verdrehsicherungtwist
- 4040
- KettenradSprocket
- 4242
- Ausgangsradoutput gear
- 4444
- Bolzenbolt
- 4646
- Kolbenstangepiston rod
- 4848
- Kolbenpiston
- R, R'R, R '
- Drehachseaxis of rotation
- DD
- Drehbewegungrotary motion
- S1, S2S1, S2
- Symmetrieebeneplane of symmetry
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200910060232 DE102009060232A1 (en) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Swivel drive, particularly rotary indexing table, has housing component, rotary element rotatable relative to housing component, and electrically operated drive unit, through which rotary element is drivable to clocked rotary movement |
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ID=44311767
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- 2009-12-23 DE DE200910060232 patent/DE102009060232A1/en active Pending
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