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Hintergrund der Erfindung
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Stabilisatoren sind im Kraftfahrzeugbau verwendete Torsionsfederstäbe, die der Stabilisierung gegen Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus um die Fahrzeuglängsachse bei Kurvenfahrt dienen. Solche Stabilisatoren liegen im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse und erstrecken sich gewöhnlich über die gesamte Breite des Fahrzeugs. Sie sind jeweils im Bereich der Vorderachse und im Bereich der Hinterachse montiert.
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Stabilisatoren stellen vereinfacht U-förmig gebogene Stäbe dar. Das Mittelteil des Stabilisators, der auch Stabilisatorrücken genannt wird, liegt in Fahrzeugquerrichtung und ist drehbar an der Karosserie angeordnet. Abgewinkelte Enden, die als Hebel wirken und auch Stabilisatorschenkel genannt werden, liegen mehr oder weniger in Fahrzeuglängsrichtung. Diese Stabilisatorschenkel sind beispielsweise über Gummielemente an den Radaufhängungen wie beispielsweise Querlenkern angebracht. Das Mittelteil des Stabilisators ist über zwei nahe seinen Enden angeordnete sogenannte Schulterlager drehbar im Fahrzeugaufbau gehalten.
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Bei einer reinen Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus wird der Stabilisatorrücken nicht tordiert, sondern der Stabilisator dreht sich insgesamt in den Schulterlagern und bleibt daher ohne Wirkung. Eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus, wie sie beispielsweise durch Kurvenfahrten erzeugt wird, führt zu einer Einfederbewegung des einen Rades bei gleichzeitiger Ausfederbewegung des gegenüberliegenden Rades einer Fahrzeugachse. Hierbei wird der Stabilisator insbesondere im Bereich des Stabilisatorrückens tordiert und liefert damit ein Rückstellmoment um die Wankachse, welche die Wankbewegung reduziert.
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Eine Auslegung von Fahrwerksparametern eines Fahrzeugs, insbesondere die Steifigkeit der Gesamtfederung, die sich in der Regel aus einer Aufbaufeder und dem Stabilisator zusammensetzt, stellt einen Kompromiss zwischen dem Fahrkomfort und den fahrdynamischen Belangen dar. So ist eine weichere Gesamtfederung mehr dem Komfort der Insassen zuträglich, während eine härtere Gesamtfederung die Fahrdynamik verbessert. So kann eine Anpassung der Gesamtfederung an die auf den Fahrzeugaufbau wirkenden Kräfte und/oder an die jeweilige dynamische Fahrsituation den Auslegungskompromiss zwischen der Fahrdynamik und dem Komfort verbessern. Um eine derartige Anpassung zu realisieren, sind Fahrwerksysteme mit aktiven Elementen verfügbar.
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Aus der
EP 1 314 588 A2 ist ein in zwei Stabteile geteilter Stabilisator für ein Kraftfahrzeug bekannt, die mittels einer schaltbaren Kupplungseinheit miteinander drehfest verbindbar sind. Die Kupplungseinheit besteht aus einem Kupplungsgehäuse welches drehfest mit einem Ende des einen Stabteils verbunden ist, und einem Ende des anderen Stabteils, welches in das Kupplungsgehäuse greift. Eine Blockierung der Verdrehung der beiden Stabteile gegeneinander erfolgt, indem an um zu der Verdrehachse parallelen Achsen angeordnete radial drehbare zweite Formschlusselemente mit an dem Kupplungsgehäuse drehfest verbundenen ersten Formschlusselementen zusammenwirken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann daher ein Bedürfnis bestehen, eine Stabilisatoranordnung bereitzustellen, bei der die Gesamtfedersteifigkeit mit einfachen Mitteln veränderbar ist, um eine Änderung der Fahrwerkseigenschaften zu realisieren.
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Das Bedürfnis kann befriedigt werden durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Stabilisatoranordnung für ein Kraftfahrzeug einen Torsionsstab mit einem ersten und einem zweiten Stabteil auf. Das erste und das zweite Stabteil weisen je ein erstes Ende auf, wobei jedes erste Ende mit einer Radaufhängung verbindbar ist, wobei die Radaufhängung eine Radachse mit einem Rad aufweist. Das erste Stabteil weist ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweite Ende und das zweite Stabteil ein dem ersten Ende gegenüberliegendes drittes Ende auf. Das zweite und das dritte Ende sind einander benachbart, wobei das zweite und das dritte Ende im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Das zweite und das dritte Ende sind relativ zueinander um die Achse verdrehbar. Eine Kupplungseinheit weist ein erstes und ein zweites Kupplungselement auf, wobei das erste Kupplungselement an dem zweiten Ende drehfest verbunden ist und wobei das zweite Kupplungselement an dem dritten Ende drehfest oder zu dem zweiten Ende ortsfest verbunden ist. Das erste Kupplungselement weist ein quer zur Achse drehbares erstes Verriegelungselement auf, wobei das erste Verriegelungselement von einer ersten Position in eine zweite Position und umgekehrt durch eine Schwenkbewegung verlagerbar ist. Das zweite Kupplungselement weist eine Aussparung auf, in die das erste Verriegelungselement derart eingreift, dass in der ersten Position das erste Verriegelungselement formschlüssig an das zweite Kupplungselement verbunden ist. In der zweiten Position ist das zweite Kupplungselement zumindest innerhalb eines vorbestimmten Verdrehwegs relativ zu dem ersten Kupplungselement drehbar.
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Ein konventioneller durchgehender Stabilisator eines Fahrzeuges kann hierbei beispielsweise mittig aufgetrennt sein. Diese beiden Stabilisatorhälften können mit jeweils einem Ende mit der Kupplungseinheit verbunden sein. Mithilfe der Kupplungseinheit können die beiden Stabilisatorhälften miteinander drehfest verbunden werden, oder die beiden Stabilisatorhälften können derart voneinander getrennt sein, dass sie sich relativ zueinander drehen können. Auch kann das erste und/oder das zweite Stabteile des Torsionsstabes mittels der Kupplungseinheit ortsfest beispielsweise an die Karosserie drehfest verbunden werden. Unter einer ortsfesten Befestigung ist hier auch zu verstehen, dass der erste und/oder der zweite Stabteil mit einem Stab oder Rohr verbunden werden, wobei der Stab oder das Rohr torsionsfest sind, also der Stab oder das Rohr zumindest keine wesentliche Torsion zulassen. Dass das zweite und das dritte Ende im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, bedeutet, dass sowohl ein relativer Versatz der beiden Stabilisatorteile zueinander und/oder ein Winkelfehler der beiden Stabteile zueinander zulässig ist, ohne dass die Funktionalität der Kupplungseinheit vermindert ist. Das erste Kupplungselement kann von dem zweiten Kupplungselement beispielsweise auch durch ein Kupplungsgehäuse umgeben sein, in das sich das erste Kupplungselement erstreckt.
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Das erste Verriegelungselement kann beispielsweise auf einer quer zu der Achse angeordneten Gewindespindel angeordnet sein, wobei während der Schwenkbewegung des ersten Verriegelungselements zusätzlich eine Längsbewegung entlang der Gewindespindel entstehen kann. Wenn das erste Verriegelungselement die erste Position eingenommen hat, können das erste und das zweite Kupplungselement derart miteinander formschlüssig verbunden sein, dass keine Drehbewegung, also weder in eine erste Verdrehrichtung noch in eine der ersten Verdrehrichtung entgegensetzte zweite Verdrehrichtung möglich ist. Bei einer Verlagerung des ersten Verriegelungselements von der ersten Position in die zweite Position kann das erste Verriegelungselement entlang der Gewindespindel beispielsweise in Richtung des ersten Stabteiles aus der Aussparung verlagert werden, so dass in dieser Position eine Verdrehfähigkeit des ersten Stabelements relativ zu dem zweiten Stabelement sichergestellt ist.
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Durch eine derartige Gestaltung der Kupplungseinheit kann eine platzsparende und schmale Bauweise ermöglicht sein. Da bei der Drehung des Verriegelungselements nur geringe Massen bewegt werden, ist eine hohe Dynamik beim Drehvorgang möglich.
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Ferner kann die Kupplungseinheit verwendet werden, um zu einem ungeteilten durchgehenden und weichen Stabilisator parallel eine weitere Federsteifigkeit zuzuschalten, um die Gesamtfedersteifigkeit zu erhöhen. Beispielsweise kann für eine Kurvenfahrt eine andere Federhärte des Stabilisators oder des Torsionsstabes und damit eine andere Gesamtfedersteifigkeit gewählt werden als für eine Geradeausfahrt. Somit können unterschiedliche Torsionsstabsteifigkeiten durch diese Kupplungselemente erzeugt werden. Weiterhin kann durch eine Erhöhung oder eine Erniedrigung einer Anzahl von Kupplungseinheiten die Anzahl der Steifigkeitsstufen der Gesamtfedersteifigkeit beeinflusst werden. So kann ein Stabteil oder auch der Torsionsstab vorzugsweise entlang seines sich quer zu der Fahrzeuglängsrichtung erstreckendes Mittelteil wenigstens zwei Kupplungseinheiten aufweisen. Bei einem Blockieren der Verdrehung ist lediglich eine der wenigstens zwei Kupplungseinheiten im Eingriff mit dem Stabteil. Durch die die Verdrehung blockierende Kupplungseinheit wird ein tordierbarer Teil des Stabteils bestimmt, der sich zwischen dem ersten Ende und der blockierenden Kupplungseinheit erstreckt. Abhängig von der Länge des tordierbaren Teiles ist die Gesamtfedersteifigkeit beinflussbar. Ein kürzerer tordierbarer Teil vergrößert die Gesamtfedersteifigkeit gegenüber einem längeren tordierbaren Teil.
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In einem alternativen Fahrwerkskonzept kann der konventionell, also ungeteilt ausgeführte Stabilisator durch die beispielsweise mittig angeordnete Kupplungseinheit auch mit der Fahrzeugkarosserie verbunden werden. Hierdurch kann ebenfalls die Gesamtfedersteifigkeit beeinflusst werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist das erste Verriegelungselement in der zweiten Position in der Aussparung angeordnet.
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Durch eine derartige Anordnung des ersten Verriegelungselements kann eine Längsbewegung des ersten Verriegelungselements ein Richtung des Torsionsstabes entfallen, so dass sich die Bewegung des ersten Verriegelungselements auf eine reine Schwenkbewegung reduziert. Somit kann das Verriegelungselement an einer Drehachse drehfest verbunden werden. Ferner kann die Aussparung derart ausgebildet sein, dass in dem zweiten Kupplungsgehäuse im Bereich der Aussparung eine Nut oder ein Schlitz eingebracht ist, in dem sich das erste Verriegelungselement befindet, wenn es in die zweite Position verlagert ist. Die Nut- oder Schlitzlänge kann sich nach dem Kreisbogen bestimmen, entlang dem sich das erste Verriegelungselement in der Nut oder dem Schlitz bewegt, wenn beispielsweise die beiden Stabteile von einer ersten vorbestimmten Endposition, in der die beiden Stabteile in einer ersten Verdrehrichtung gegeneinander vorbestimmt maximal tordiert sind, in eine der ersten vorbestimmten Endposition gegenüberliegenden zweiten vorbestimmten Position bewegt werden, in der die beiden Stabteile in einer der ersten Verdrehrichtung gegenüberliegenden zweiten Verdrehrichtung gegeneinander vorbestimmt maximal tordiert sind. Hierbei können die beiden Enden oder Schmalseiten des Schlitzes oder der Nut als Endanschläge dienen, an denen das erste Verriegelungselement anschlägt, wenn es die erste oder die zweite vorbestimmte gegeneinander tordierte Position erreicht. Auch kann in dieser Endposition das erste Verriegelungselement an das zweite Kupplungselement formschlüssig verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist die Aussparung Erweiterungen auf, wobei die Erweiterungen derart gestaltet sind, dass durch ein Engreifen des erste Verriegelungselements in eine der Erweiterungen das erste Verriegelungselement an dem zweiten Kupplungselement formschlüssig verbindbar ist, wobei die Erweiterung an einer Mittelposition, an einer ersten Endposition, an einer zweiten Endposition und an wenigstens einer Zwischenposition zwischen der Mittelposition und der ersten und/oder zweiten Endposition angeordnet sind.
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In der Regel wird die erste Position durch das erste Verriegelungselement in einer Mittelposition der beiden Stabteile zueinander eingenommen werden können, wobei in der Mittelstellung die beiden Stabteile in der Regel gegeneinander nicht tordiert sind. Weiterhin kann die Aussparung derart gestaltet sein, dass das erste Verriegelungselement nicht nur in der Mittelstellung und in den beiden vorbestimmten gegeneinander tordierten Endpositionen die erste Position einnehmen kann, sondern auch, dass dies auch in Zwischenpositionen möglich ist. Die Erweiterungen können entlang einer Längsseite der Nut oder des Schlitzes der Aussparung angeordnet sein, so dass in einer Aufsicht die Erweiterungen als ein Sägezahnprofil erscheinen.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist die Aussparung der Stabilisatoreinrichtung eine Öffnung. Insbesondere, wenn die Aussparung in dem das erste Kupplungselement umgebenden zweiten Kupplungselement ausgeführt ist, kann eine Bearbeitung von einer Außenseite des als Kupplungsgehäuse oder Rohr ausgebildete zweite Kupplungselement zu einer Innenseite hin erfolgen. Dies vereinfacht die Fertigung des zweiten Kupplungselements. Damit lässt sich das zweite Kupplungselement preisgünstig herstellen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das erste Verriegelungselement mit einer Antriebseinheit unmittelbar drehbar koppelbar.
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Als Antriebseinheit kann ein Elektroantrieb in Form beispielsweise eines Elektromagnets oder Elektromotors gewählt sein. Die Antriebseinheit kann aber auch pneumatisch oder hydraulisch betätigte Dreheinrichtungen wie beispielsweise Drehzylinder umfassen. Insbesondere bei der Verwendung eines Elektroantriebs ist die zum Schwenken des ersten Verriegelungselements von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt nur ein geringer Energiebedarf notwendig, der damit auch nur eine geringe Belastung des Fahrzeugbordnetzes bedeutet.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist das erste Kupplungselement der Stabilisatoreinrichtung ein zweites Verriegelungselement auf, wobei das zweite Verriegelungselement derart an das erste Verriegelungselement gekoppelt ist, dass bei der Schwenkbewegung des ersten Verriegelungselements in eine erste Schwenkrichtung das zweite Verriegelungselement in eine der ersten Schwenkrichtung entgegengesetzte zweite Schwenkrichtung geschwenkt wird.
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Das erste Verriegelungselement und das zweite Verriegelungselement können beispielsweise auf einer gemeinsamen Achse mit einem ersten und einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende angeordnet sein, welche durch das erste Stabteil hindurchtritt, wobei das an dem ersten Ende angeordnete erste Verriegelungselement in eine erste Aussparung eingreift und das an dem zweiten Ende angeordnete zweite Verriegelungselement in eine der ersten Aussparung gegenüberliegende zweite Aussparung eingreift. Auch können das erste und das zweite Verriegelungselement auf einer gemeinsamen Achse derart angeordnet sein, dass das erste Verriegelungselement und das zweite Verriegelungselement an dem ersten oder dem zweiten Ende der Achse übereinander angeordnet sind und in eine gemeinsame Aussparung greifen. Die Verriegelungselemente können derart gestaltet sein, dass sie in ihrer jeweils zweiten Position in Aufsicht deckungsgleich sind, so dass sie gemeinsam in der Nut oder dem Schlitz bewegbar sind. Auch kann ein erster Schwenkwinkel, um den das erste Verriegelungselement von der zweiten Position in die erste Position geschwenkt wird, gleich groß ist wie ein zweiter Schwenkwinkel, um den das zweite Verriegelungselement von der zweiten Position in die erste Position geschwenkt wird. Beispielsweise kann die Anordnung der beiden Verriegelungselemente auch auf zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wellen erfolgen, wobei die äußere Welle als Hohlwelle gestaltet sein kann, mit der das zweite Verriegelungselement drehfest verbunden ist, und wobei die innere Welle als Vollwelle gestaltet ist, mit der das das erste Verriegelungselement drehfest verbunden ist. Hierbei können die beiden Wellen unabhängig voneinander drehen, so dass gleichzeitig gleichsinnige oder gegensinnige Schwenkbewegungen möglich sind.
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Insbesondere die Ausgestaltung mit zwei Verriegelungselementen, die in eine gemeinsame Aussparung greifen, kann bewirken, dass, wenn die beiden Verriegelungselemente um jeweils den gleichen Schwenkwinkel in die erste Position verlagert sind, Kräfte, die durch die Tordierung der beiden Stabteile gegeneinander auf die beiden Verriegelungselemente wirken, nur in einer Kraftrichtung auf die Achse aufgebracht werden. Die zu dieser Kraftrichtung möglicherweise wirkenden Querkräfte, die durch ein Einwirken besagter Kräfte auf das jeweilige Verriegelungselement möglicherweise entstehen können, können zwar gleichgroß sein, sind jedoch in ihrer Wirkung entgegengesetzt, so dass sich diese beiden Querkräfte gegeneinander aufheben.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung greift das zweite Verriegelungselement, wenn das erste Verriegelungselement in die erste Position verlagert ist, in seiner ersten Position derart in die Aussparung ein, dass das zweite Verriegelungselement formschlüssig an das zweite Kupplungselement verbunden ist. Wenn das erste Verriegelungselement in die zweite Position verlagert ist, greift das zweite Verriegelungselement in seiner zweiten Position derart in die Aussparung ein, dass das zweite Kupplungselement zumindest innerhalb eines vorbestimmten Verdrehwegs relativ zu dem ersten Kupplungselement drehbar ist.
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Eine derartige Ausgestaltung lässt sich beispielsweise dadurch erzeugen, dass eine äußere Kontur der beiden Verriegelungselemente identisch ist. Hierbei können die beiden Verriegelungselemente in ihrer jeweiligen zweiten Position in einer Aufsicht deckungsgleich sein.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind das erste Verriegelungselement und das zweite Verriegelungselement auf einer gemeinsamen Gewindespindel gelagert.
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Hierbei kann die Gewindespindel rotatorisch und translatorisch fest mit dem ersten Stabteil verbunden sein. Das erste und das zweite Verriegelungselement können mit einer gemeinsamen Antriebseinheit verbunden sein. Natürlich kann auch jedes Verriegelungselement eine eigene Antriebseinheit aufweisen. Bedingt durch eine Steigung des Gewindes der Gewindespindel wird jedes Verriegelungselement bei dem Schwenken von der zweiten Position in die erste Position und umgekehrt eine translatorische Bewegung entlang der Gewindespindel ausführen. Dies kann bei der Dimensionierung der Aussparung berücksichtigt sein. Auch kann das Gewinde eine Bewegungsgewinde wie beispielsweise ein Trapezgewinde sein. Auch kann durch eine entsprechende Auswahl des Gewindes selbsthemmend oder nicht selbsthemmend gewählt sein. Insbesondere bei einem selbsthemmenden Gewindes können die Verriegelungselemente lediglich durch die Antriebseinheit geschwenkt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist die Gewindespindel der Stabilisatoreinrichtung in einem ersten Schwenkbereich des ersten Verriegelungselements von der ersten Position in die zweite Position ein Rechtsgewinde und in einem zweiten Schwenkbereich des zweiten Verriegelungselements von der ersten Position in die zweite Position ein Linksgewinde auf oder umgekehrt.
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Die Umkehrung bedeutet, dass das Linksgewinde auch in dem ersten Verriegelungselement und dementsprechend das Rechtsgewinde in dem zweiten Verriegelungselement angeordnet sein kann. Durch die unterschiedlichen Gewinde in dem jeweiligen Schwenkbereich der beiden übereinander angeordneten und miteinander in translatorischer Richtung entlang der Längserstreckung der Gewindespindel verbundenen Verriegelungselemente kann beispielsweise durch eine Hubbewegung der Verriegelungselemente die Verriegelung der beiden Kupplungshälften miteinander erzeugt werden. Die Gewindespindel kann beispielsweise in translatorischer und rotatorischer Richtung mit dem jeweiligen Stabteil fest verbunden sein. Durch die Hubbewegung um einen vorbestimmten Hub kann beispielsweise das zweite Verriegelungselement entlang der Gewindespindel zu einem dem Stabteil abgewandten Ende der Gewindespindel verlagert werden. Innerhalb des vorbestimmten Hubs kann durch das Linksgewinde das zweite Verriegelungselement von der zweiten Position in die erste Position entlang des zweiten Schwenkbereichs verlagert werden. Gleichzeitig kann mit der Hubbewegung des zweiten Verriegelungselements auch das erste Verriegelungselement entlang der Gewindespindel um den gleichen Hub in die gleiche Richtung wie das zweite Verriegelungselement bewegt werden. Auch hier kann innerhalb des vorbestimmten Hubs durch das Rechtsgewinde das erste Verriegelungselement von der zweiten Position in die erste Position entlang des ersten Schwenkbereichs verlagert werden. Aufgrund des Rechts-Links-Gewindes ist jedoch die Schwenkrichtung des ersten und des zweiten Verriegelungselements entgegengesetzt.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind zum Schwenken des ersten und des zweiten Verriegelungselements von der jeweils ersten Position in die jeweils zweite Position und umgekehrt das erste und/oder das zweite Verriegelungselement mit der Antriebseinheit verbunden, wobei die Gewindespindel in rotatorischer und translatorischer Richtung fest mit dem ersten Stabteil verbunden ist. Das erste und das zweite Verriegelungselement sind entlang einer Längserstreckungsrichtung der Gewindespindel durch die Antriebseinheit verlagerbar.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Verriegelungselement eine technische Feder angeordnet, die bei einer Störung der Antriebseinheit das erste und das zweite Verriegelungselement in die erste Position verlagert.
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Insbesondere wenn sie Antriebseinheit elektrisch betrieben ist, kann bei einem Stromausfall durch die technische Feder, die beispielsweise als Druckfeder, Zugfeder oder Drehfeder ausgeführt sein kann, die beiden Verriegelungselemente in ihre erste Position geschwenkt werden. Zur Umsetzung wird in der Regel das Gewinde der Gewindespindel nicht selbsthemmend ausgeführt sein. Das Gewinde wird damit einen entsprechend großen Steigungswinkel aufweisen. In der Regel wird die Wirkrichtung der technischen Feder quer zu der Längserstreckung der Gewindespindel erfolgen.
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Insbesondere bietet sich die Verwendung einer Drehfeder an, wobei mit ihrem ersten Schenkel das erste Verriegelungselement und mit deren dem ersten Schenkel gegenüberliegenden zweiten Schenkel das zweite Verriegelungselement verbunden ist. Hierdurch ist eine bereits beschriebene Verlagerung beider Verriegelungselemente um einen bestimmten Hub besonders leicht realisierbar. Natürlich kann diese Funktionalität auch mittels einer Druckfeder, deren Längserstreckungsrichtung quer zu der Längserstreckungsrichtung der Gewindespindel angeordnet ist, realisiert werden.
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Durch die Verlagerung der beiden Verriegelungselement selbständig in ihre erste Position werden die beiden Stabteile oder ein Stabteil mit dem ortsfest an der Karosserie befestigten zweiten Kupplungselement in beide Verdrehrichtungen miteinander formschlüssig verbunden, wobei hierdurch die maximale Gesamtfedersteifigkeit erreicht wird. Damit leidet möglicherweise der Komfort der Fahrzeuginsassen, jedoch wird durch die maximale Unterdrückung des Wankvermögens des Fahrzeugs die maximale Fahrwerkstabilität erreicht. Bei der technischen Feder wird es sich gewöhnlich um eine Druckfeder handeln. Jedoch kann bei einer entsprechenden Ausgestaltung auch eine Zugfeder oder Drehfeder verwendet werden. Natürlich ist die Antriebseinheit derart zu dimensionieren, dass sie bei der Linearbewegung die Federkraft überwindet.
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Natürlich kann die technische Feder auch derart angeordnet sein, dass bei einer Stromunterbrechung der Antriebseinheit die technische Feder die Verriegelungselemente von der ersten Position in die zweite Position verlagert.
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Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einer Stabilisatoreinrichtung beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindungen zu führen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt ein erstes Kupplungselement mit einem ersten und einem zweiten Verriegelungselement in einer 3D-Ansicht;
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2 zeigt das Kupplungselement aus 1 in einer Aufsicht;
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3 zeigt das Kupplungselement aus 1 mit einer Antriebseinheit in einer 3D-Ansicht;
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4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Kupplungseinheit mit dem ersten Kupplungselement aus 3 und einem zweiten Kupplungselement in einer 3D-Ansicht;
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5 zeigt eine Kupplungseinheit mit zwei ersten Kupplungselementen aus 3 in einer 3D-Ansicht; und
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6 zeigt eine beispielhafte Anordnung von zwei Kupplungseinheiten pro Stabteil in Verbindung mit einem torsionsfesten Gehäuse im Längsschnitt.
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Detaillierte Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
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1 zeigt eine Stabilisatoranordnung 2 mit einem Torsionsstab 4, von dem lediglich ein erstes Stabteil 6 sichtbar ist. Das erste Stabteil 6 weist ein zweites Ende 7 auf, das einem insbesondere in 6 ersichtlichen dritten Ende 9 gegenüberliegt, welches zu einem zweiten Stabteil 8 gehört. Das zweite 7 und das dritte Ende 9 sind im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet. Das zweite 7 und das dritte Ende 9 sind weiterhin relativ zueinander um die gemeinsame Achse A verdrehbar. Eine Kupplungseinheit 12 weist ein erstes 10 und ein zweites hier nicht sichtbares Kupplungselement auf. Das erste Kupplungselement 10 ist an dem zweiten Ende 7 drehfest verbunden. Das erste Kupplungselement 10 besteht im Wesentlichen aus einer Gewindespindel 14, an deren ersten Ende 16 ein erstes Verriegelungselement 18 sowie ein zweites Verriegelungselement 20 mit einer zwischen dem ersten Verriegelungselement 18 und dem zweiten Verriegelungselement 20 angeordneten technischen Feder 22 angeordnet sind. Die Gewindespindel 14 ist mit dem ersten Stabteil 6 sowohl in rotatorischer Richtung als auch in translatorischer Richtung fest verbunden. Die Gewindespindel 14 erstreckt sich entlang einer Schwenkachse B, die senkrecht auf die gemeinsame Achse A steht. Die technische Feder 22 ist als Drehfeder ausgebildet, wobei sich deren wenigstens eine Windung um die Gewindespindel 14 windet, ohne jedoch die Gewindespindel 14 zu berühren, wodurch ein Verhaken der wenigstens einen Windung in Gewindegängen der Gewindespindel 14 vermieden werden kann. Hierbei ist ein erster Schenkel der Drehfeder 22 mit dem ersten Verriegelungselement 18 und ein zweiter Schenkel der Drehfeder 22 mit dem zweiten Verriegelungselement 20 fest verbunden. Weiterhin sind die das erste 18, das zweite Verriegelungselement 20 und die Drehfeder 22 in translatorischer Richtung entlang der Achse B miteinander derart verbunden, dass eine Verlagerung beispielsweise des zweiten Verriegelungselements 20 um einen vorbestimmten Hub auch zu einer Verlagerung des ersten Verriegelungselements 20 sowie der Drehfeder 22 um ebenfalls diesen vorbestimmten Hub führt. Die Darstellung des ersten Verriegelungselements 18 und des zweiten Verriegelungselements 20 erfolgt in deren jeweils erster Position, wobei in der ersten Position das erste Kupplungselement 10 mit einem zweiten hier nicht dargestellten Kupplungselement formschlüssig verbunden ist. Das erste Verriegelungselement 18 weist mittig eine Linksgewindebohrung und das zweite Verriegelungselement 20 weist mittig eine Rechtsgewindebohrung auf, wobei die Rechtsgewindebohrung in einem korrespondierenden Rechtsgewindeabschnitt der Gewindespindel 14 und die Linksgewindebohrung in einem korrespondierenden Linksgewindeabschnitt gelagert sind. In dem hier gewählten Ausführungsbeispiel sind die beiden Gewinde nicht-selbsthemmend ausgeführt. Durch eine Verlagerung des zweiten Verriegelungselements 20 um den vorbestimmten Hub entlang der Achse B wird das erste Verriegelungselement 18 ebenfalls um diesen vorbestimmten Hub verlagert. Bedingt durch die unterschiedlichen Gewinde wird das erste Verriegelungselement 18 in eine erste Schwenkrichtung E und das zweite Verriegelungselement 20 in eine der ersten Schwenkrichtung E entgegengesetzte zweite Schwenkrichtung F geschwenkt. Damit sind die beiden Schwenkrichtungen E, F gegensinnig. Dies ist durch einen Doppelpfeil 24 symbolisiert. Die beiden Gewinde der Gewindespindel 14 weisen durchgehend die gleiche Steigung auf, so dass ein erster Schwenkbereich von der ersten Position in die zweite Position des ersten Verriegelungselements 18 gleich ist einem zweiten Schwenkbereich des zweiten Verriegelungselements 20. In einer zweiten Position, die hier nicht dargestellt ist, sind das erste 18 und das zweite Verriegelungselement 20 in Aufsicht gesehen deckungsgleich. Weiterhin ist das erste Verriegelungselement 18 und das zweite Verriegelungselement 20, welche hier quaderförmig dargestellt sind, identisch ausgestaltet.
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2 zeigt das Kupplungselement 10 aus 1 in einer Aufsicht. Deutlich sichtbar ist, dass ein erster Schwenkwinkel α, um den das erste Verriegelungselement 18 von der zweiten Position in die erste Position verlagert wurde, gleichgroß ist wie ein Schwenkwinkel β, um den das zweite Verriegelungselement 20 von der zweiten Position in die erste Position verlagert wurde. Eine Kraft G, die beispielsweise durch eine Tordierung der beiden Stabteile 6, 8 gegeneinander erzeugt wird und auf eine Stirnfläche 34 des ersten Verriegelungselements 18 und auf eine Stirnfläche 34 des zweiten Verriegelungselements 20 wirkt, resultiert lediglich in eine Kraft H, die quer zu der gemeinsamen Achse A auf das erste Kupplungselement 10 wirkt. Die in Richtung der gemeinsamen Achse A wirkenden Querkräfte K sind einander entgegengerichtet und heben sich gegenseitig auf.
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3 zeigt das Kupplungselement 10 aus 1 mit einer Antriebseinheit 26. Diese Antriebseinheit 26 ist an die Gewindespindel 14 in translatorischer und rotatorischer Richtung fest verbunden. Die Antriebseinheit 26 ist hier als ein Elektromagnet in Form eines Hubmagneten ausgebildet. Die Antriebseinheit 26 ist zwischen dem zweiten Verriegelungselement 20 und dem ersten Stabteil 6 angeordnet. Die Antriebseinheit 26 ist mit dem zweiten Verriegelungselement 20 derart gekoppelt, dass die beiden Verriegelungselemente 18, 20 von ihrer jeweils ersten Position in ihre jeweils zweite Position durch eine Aktivierung der Antriebseinheit 26 verlagert werden. Hierbei werden das erste Verriegelungselement 18 und das zweite Verriegelungselement 20 entlang der Drehachse B in Richtung eines dem Stabteil 6 abgewandten ersten Endes 16 der Gewindespindel 14 gegen eine Federkraft der Drehfeder 22 verlagert. Zur Verlagerung in die jeweils zweite Position wird die Antriebseinheit 26 in dem vorliegenden Fall bestromt. Sobald die Antriebseinheit 26 stromlos geschaltet ist, wie dies auch bei einem Ausfall der Stromzufuhr aufgrund einer Betriebsstörung erfolgen kann, entspannt sich die vorgespannte Zugfeder 22 und dreht das erste 18 und das zweite Verriegelungselement 20 um die Achse B voneinander weg. Entlang der beiden Gewinde der Gewindespindel 14 werden dann das erste 18 und das zweite Verriegelungselement 20 in die hier dargestellte jeweilige erste Position verlagert. Hierbei erfolgt die Schwenkbewegung des ersten Verriegelungselements 18 entgegen und die Schwenkbewegung des zweiten Verriegelungselements 20 in Uhrzeigersinn.
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4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Kupplungseinheit 12 mit dem ersten Kupplungselement 10 aus 3 und einem zweiten Kupplungselement 28 in einer 3D-Ansicht. Das zweite Kupplungselement 28 ist mit dem dritten Ende 9 des zweiten Stabteils 8 (siehe 6) drehfest verbunden, wobei das zweite Stabteil 8 und das dritte Ende 9 in 3 nicht dargestellt sind. Das zweite Kupplungselement 28 ist als ein Rohrsegment dargestellt. Quer zur gemeinsamen Achse A erstreckt sich in dem zweiten Kupplungselement 28 eine Aussparung 30. Die Aussparung 30 durchbricht in Form einer Öffnung eine Kupplungselementwandung 31 des Kupplungselements 28. Die Aussparung 30 besteht im Wesentlichen aus einem Schlitz 32 mit einer Breite C und Erweiterungen 38. Jeweils am Ende des Schlitzes 32 befindet sich ein Endanschlag 36. Wenn sich die beiden Verriegelungselemente 18, 20 in der jeweils zweiten Position befinden und damit einander decken, kann sich das erste Kupplungselement 10 gegenüber dem zweiten Kupplungselement 28 derart verdrehen, bis eine der Stirnflächen 34 an einem der Endanschläge 36 anschlägt. In der hier gewählten Darstellung befinden sich die beiden Verriegelungselemente 18, 20 in ihrer ersten Position und sind mit ihren Stirnflächen 34 formschlüssig an Stützflächen 40 der Erweiterung 38 verbunden. In der hier gewählten Darstellung greifen die beiden Verriegelungselemente 18, 20 in einer Mittelstellung R in die Erweiterungen 34 der Aussparung 30 ein. Diese Mittelstellung R entsteht vorzugsweise, wenn die beiden Stabteile 6, 8 nicht gegeneinander tordiert sind. Auch können die Verriegelungselemente 18, 20 in Endpositionen S, also wenn die Verriegelungselemente 18, 20 an einem der Endanschläge 36 anstehen, an den Erweiterungen 34 durch Verlagerung in die erste Position an das zweite Kupplungselement 28 formschlüssig verbunden werden. Eine Verlagerung der beiden Verriegelungselemente 18, 20 in die erste Position zur formschlüssigen Verbindung mit dem zweiten Kupplungselement 28 ist auch in einer zwischen der Mittelposition R und der Endposition S angeordneten Zwischenposition T möglich. Die Bedeutung der Zwischenposition T, die auch mehrfach zwischen der Mittelposition R und einer der Endpositionen S vorhanden sein kann, soll anhand eines Beispiels kurz erläutert werden. Die beiden Verriegelungselemente 18, 20 befinden sich in ihrer zweiten Position und sollen in die erste Position verlagert werden. Das erste 10 und das zweite Kupplungselement 28 sind jedoch gegeneinander leicht verdreht. Wenn nun die beiden Verriegelungselement 18, 20 von ihrer zweiten Position in die erste Position verlagert werden sollen, können sie möglicherweise aufgrund der Verdrehung nicht in der Mittelstellung R in die Erweiterungen 38 geschwenkt werden. Eine Verdrehung der beiden Kupplungselemente 10, 28, bis die beiden Verriegelungselemente 18, 20 einen der Endanschläge 36 erreichen und sich damit in der Endposition S befinden, kann unerwünscht sein. Somit können die Verriegelungselemente 18, 20 in einer zu der Mittelposition R benachbarten Zwischenposition T mit der Erweiterung 34 in Eingriff gebracht werden.
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5 zeigt eine Kupplungseinheit 12 mit zwei ersten Kupplungselementen 10 aus 3 in einer 3D-Ansicht. Die Funktionalität der Kupplungseinheit 12 ist bereits in 4 erläutert worden. In der hier gewählten Darstellung ist die Gewindespindel 14 durch das erste Stabteil 6 hindurchgehend dargestellt. Das zweite Kupplungselement 28 ist rotationssymmetrisch zu der gemeinsamen Achse A. Dem ersten Ende 16 der Gewindespindel 14 gegenüberliegend befindet sich ein zweites Ende 42 der Gewindespindel, an dem ebenfalls das in 3 beschriebene Kupplungselement 10 angeordnet ist.
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6 zeigt eine beispielhafte Anordnung von zwei Kupplungseinheiten 12 pro Stabteil 6, 8 in Verbindung mit einem torsionsfesten Gehäuse 50 im Längsschnitt. Hierbei sind die beiden Stabteile 6, 8 mit ihrem zweiten 7 bzw. dritten Ende 9 in das Gehäuse 50 eingebracht, wobei das zweite Ende 7 des ersten Stabteils 6 und das dritte Ende 9 des zweiten Stabteils 8 einander benachbart gegenüberliegen. Die beiden Stabteile 6, 8 sind an der Karosserie mittels Schulterlager 52 drehbar gelagert. An einem dem zweiten 7 bzw. dritten Ende 9 entgegengesetzt angeordneten vierten Ende 54 schließen sich die abgewinkelten Enden des Stabilisators an, die als Hebel dienen. Eine durch die beiden Enden 54 begrenzte Länge L markiert die Gesamtlänge des Torsionsstabs 4. Das Gehäuse 50 selbst ist torsionsfest gestaltet und in der hier gewählten Darstellung als Rohr ausgebildet, wobei das Gehäuse 50 in der hier gewählten Darstellung gegenüber der Karosserie um die Achse A drehbar ist. In dem Gehäuse 50 sind vier Kupplungseinheiten 12 angeordnet. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die Kupplungseinheiten 12 zusätzlich mit den Buchstaben A bis D gekennzeichnet. Weiterhin besitzt das Gehäuse 50 ein erstes Gehäuseende 56 sowie ein dem ersten Gehäuseende 56 gegenüberliegendes zweites Gehäuseende 58. An dem zweiten Ende 7 ist die Kupplungseinheit 12B und an dem dritten Ende 7 die Kupplungseinheit 12C angeordnet. Weiterhin ist an dem ersten Gehäuseende 56 die mit dem ersten Stabteil 6 drehfest verbindbare Kupplungseinheit 12A und an dem zweiten Gehäuseende 58 die mit dem zweiten Stabteil 8 drehfest verbindbare Kupplungseinheit 12D angeordnet. Alle vier Kupplungseinheiten 12A bis 12D können jede für sich einen der Stabteile 6, 8 mit dem Kupplungsgehäuse 50 drehfest verbinden. Deutlich sichtbar ist, dass ein erster Abstand O zwischen den beiden Kupplungseinheiten 12A und 12B größer ist als ein zweiter Abstand P zwischen den beiden Kupplungseinheiten 12C und 12D. Ein zwischen dem ersten Abstand O und dem zweiten Abstand P verbleibender dritter Abstand M zwischen den beiden Kupplungseinheiten 12B und 12C ist klein gegenüber den beiden Abständen O, P ausgeführt und wird daher bei den kommenden Betrachtungen vernachlässigt.
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Ein Widerstand des Torsionsstabes 4 gegen Torsion oder Verdrehung um die Achse A lässt sich durch eine entsprechende Kopplung der einzelnen Kupplungseinheiten 12A bis 12D mit dem torsionsstabilen Gehäuse 50 und den entsprechenden Stabteilen 6, 8 stufenweise erzeugen. Insgesamt lassen sich mit einer derartigen Anordnung fünf Federsteifigkeitsstufen erzeugen. Am weichsten ist der Torsionsstab 4 in einer ersten Federsteifigkeitsstufe, wenn keine oder nur eine der Kupplungseinheiten 12A bis 12D das Gehäuse 50 mit den Stabteilen 6, 8 drehfest verbindet. In dieser Anordnung wirkt das Gehäuse 50 nicht, vielmehr können sich die Stabteile 6, 8 gegeneinander verdrehen. In einer gegenüber der ersten Federsteifigkeitsstufe härteren zweiten Federsteifigkeitsstufe verbinden die beiden Kupplungseinheiten 12B und 12C die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Unter Vernachlässigung des dritten Abstands M verhält sich der Torsionsstab 4 wie ein durchgehender Torsionsstab, der über seine Gesamtlänge L tordiert werden kann. In einer gegenüber der zweiten Federsteifigkeitsstufe härteren dritten Federsteifigkeitsstufe verbinden die Kupplungseinheiten 12B und 12D die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Hierbei ist der Torsionsstab 4 um eine erste virtuelle Länge L‘ tordierbar, wobei die erste virtuelle Länge L‘ aus der um den zweiten Abstand P verringerte Gesamtlänge L besteht. In einer gegenüber der dritten Federsteifigkeitsstufe härteren vierten Federsteifigkeitsstufe verbinden die Kupplungseinheiten 12A und 12C die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Hierbei ist der Torsionsstab 4 um eine zweite virtuelle Länge L‘‘ tordierbar, wobei die zweite virtuelle Länge L‘‘ aus der um den ersten Abstand O verringerte Gesamtlänge L besteht. In einer gegenüber der vierten Federsteifigkeitsstufe härteren fünften Federsteifigkeitsstufe verbinden die Kupplungseinheiten 12A und 12D die beiden Stabteile 6, 8 mit dem Gehäuse 50. Hierbei ist der Torsionsstab 4 um eine dritte virtuelle Länge L‘‘‘ tordierbar, wobei die dritte virtuelle Länge L‘‘‘ aus der um den ersten Abstand O und um den zweiten Abstand P verringerte Gesamtlänge L besteht. Somit lässt sich durch eine entsprechende Anordnung von Kupplungseinheiten 12A bis 12D innerhalb eines torsionsfesten Gehäuses 50 sowie dessen Länge die Gesamtfedersteifigkeit des Torsionsstabes 4 stufenweise steuern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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