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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schwungmasse eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes, die eine Schaltmasse zur Erhöhung der Trägheit aufweist sowie ein Koppelmittel zur Anbindung der Schwungmasse an eine Schaltwelle und einen Ausleger, welcher die Schaltmasse und das Koppelmittel miteinander verbindet.
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Hintergrund der Erfindung
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In Getriebeschalteinrichtungen zum Beispiel für Zahnräderwechselgetriebe werden oftmals Maßnahmen ergriffen, um den Schalt- oder Wählvorgang mit einer definierten Wähl- oder Schaltkraft auszuführen. Zur Vermeidung von Kraftspitzen während des Einspurvorgangs beim Gangwechsel weisen Schalteinrichtungen häufig Schwungmassen auf, die zur Erzielung eines möglichst großen Trägheitsmoments bei gleichzeitig kleiner Masse weit von der Schaltwelle auskragen. Die Schwungmassen sind aufgrund ihrer radialen Abstandes zur Schaltwelle besonders leicht durch Schwingungen anregbar. Die Anregungen erfolgen sowohl im Fahrbetrieb als auch am Ende des Schaltvorgangs, wenn die Bewegung der Schwungmasse durch einen Anschlag abrupt gebremst wird. Um die Schwingungsenergie abzubauen, sind häufig Dämpfungsmittel vorgesehen.
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Eine gattungsbildende Schwungmasse ist in
DE 10 2009 057 298 A1 offenbart. Nachteilig an dieser Schwungmasse ist, dass sie getriebespezifisch ist und daher für jedes Getriebe eine eigene Schwungmasse zu entwickeln ist. Dies erfordert verschieden Schwungmassen mit verschieden geformten, an das jeweilige Getriebe angepassten Schaltmassen.
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DE 10 2005 062 170 A1 betrifft ein Schaltgewicht für ein Schaltgetriebe mit einer Auslegeeinrichtung und einer mit der Auslegeeinrichtung wenigstens formschlüssig verbundenen Zusatzmasse. In der Druckschrift wird darauf hingewiesen, dass im Stand der Technik derartige Gewichtskörper häufig als einteilige Gussgewichte ausgeführt sind. Die Zusatzmasse sowie der Ausleger, auf dem sie sich befindet, sind als einteilige Gussteile ausgeführt. In der genannten Druckschrift wird vorgeschlagen, den Gewichtskörper wenigstens zweiteilig auszubilden und damit den einstückigen Gusskörper zu substituieren. Die Gusskörper sind auf die spezielle Anwendung abgestimmt und aufwendig in ihrer Herstellung.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwungmasse für eine Schaltwelle eines Kraftfahrzeuggetriebes zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile beseitigt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schwungmasse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Schaltmasse ist erfindungsgemäß aus mehreren Einzelmassen zusammengesetzt, die untereinander befestigt sind. Der modulare Aufbau der Schaltmasse ermöglicht es, verschiedene Schaltmassen aus den gleichen Grundbauteilen zusammenzusetzen und mit diesen verschieden große oder verschieden geformte Schaltmassen herzustellen. Die Einzelmassen selbst sind aufgrund der hohen Stückzahl kostengünstig herstellbar.
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Alternativ ist es möglich, zwei oder wenige verschiedene Grundformen von Einzelmassen zu einer Schaltmasse zusammenzusetzen. In diesem Fall können auch komplex und unregelmäßig geformte Schaltmassen modular geformt werden, die besonders gut den vorhandenen Bauraum ausnutzen.
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Die Einzelmassen werden in einer Ausführungsform miteinander unlösbar befestigt. Sie können als Einzelteile mit dem Ausleger gemeinsam zur Schaltmasse verbunden werden oder werden zunächst vormontiert und dann als vormontierte Schaltmasse am Ausleger befestigt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Einzelmassen untereinander die gleiche Grundform auf. Dazu sind sie beispielsweise quaderförmig aufgebaut und lassen sich zu einem Schaltmassenquader verbinden. Dieser baut besonders kompakt und lässt sich endseitig am Ausleger montieren oder anderweitig verbinden. Mögliche Verbindungstechniken sind Verschrauben, Verstemmen, Verschweißen oder Einlegen in eine Passausnehmung des Auslegers und ein gemeinsames Umspritzen.
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In einer Ausgestaltung weisen alle Einzelmassen jeweils eine Durchgangsausnehmung auf, die als Bohrung ausgebildet sein kann. Über die Durchgangsausnehmung können die Einzelmassen gemeinsam verbunden werden, so dass lediglich ein Verbindungsmittel wie ein Stift oder eine Schraube erforderlich ist. In bevorzugter Weise sind die Einzelmassen über lediglich eine Schraube am Ausleger verschraubt.
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Die Einzelmassen brauchen nicht wie eine einteilige Schaltmasse als Gussteil hergestellt werden, sondern können auf einfache Weise aus Blech gestanzt werden. Sie können kaltumformtechnisch beispielsweise durch Durchstellen, Durchdrücken oder Prägen so weiterbearbeitet werden, dass eine in eine Stirnseite eingeformte Kontur eine Negativkontur in der rückwärtigen Stirnseite bedingt. Durch diese Kontur weisen die Einzelmassen untereinander eine Passform auf, an der sie ausgerichtet werden können. Die Konturverformung an der Oberfläche kann alternativ oder zusätzlich als Verdrehsicherung genutzt werden. Die Verdrehsicherungen eignen sich insbesondere für im Querschnitt unregelmäßig geformten Einzelmassen oder zum Verbinden von unterschiedlich geformten Einzelmassen. Die Prägung oder Durchstellung kann selbst unregelmäßig geformt sein, um ein winkelgetreues Verbinden zu einer Schaltmasse zu erzwingen.
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In einer Weiterbildung sind die Einzelmassen aus Blech stanzpaketiert. Das Stanzpaketieren stellt ein besonders einfaches Verfahren zum Verbinden der Einzelteile dar. Verschiedene oder gleichartige Bleche werden gestapelt und gemeinsam miteinander verbunden.
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In einer Ausgestaltung sind mindestens drei oder vier Einzelmassen zu einer Schaltmasse untereinander verbunden. Unter „untereinander verbunden“ wird verstanden, dass Einzelmassen eine Schaltmasse von nach außen geometrisch fester Struktur ergeben. Nicht erforderlich ist es, jede Einzelmasse mit jeder der anderen Einzelmassen zu verbinden. Vielmehr bietet es sich an, bis auf die Endstücke, jede Einzelmasse mit zwei anderen zu verbinden. Weisen die Einzelmassen parallel gerichtete Stirnflächen auf, lassen sie sich zu einem kompakten Körper fügen.
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Die Einzelmassen können unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein. Alternativ sind zwischen ihnen Dämpfungselemente wie Gummischichten angeordnet, die im Betrieb der Schwungmasse extern erzeugte Schwingungen abbauen können.
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Eine Schwungmasse mit besonders niedriger Gesamtmasse bei dennoch hohem Trägheitsmoment ergibt sich, wenn die Einzelmassen aus einem schweren Werkstoff mit möglichst hohem spezifischem Gewicht ausgebildet sind. Dazu eignen sich beispielsweise Stahllegierungen. Als Werkstoff für den Ausleger sind beispielsweise Aluminium, Kunststoffe oder andere leichte und zugleich möglichst korrosionsbeständige Werkstoffe vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die Wahl eines dämpfenden Werkstoffs wie Kunststoff, der die Schwingungsamplituden zudem reduziert. Die möglichst schwere Schaltmasse ist daher als ein in der Regel kompaktes Bauteil über den Ausleger, der aus einem leichteren Material besteht, an die Schaltwelle angebunden.
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In einer Variante können ein Anlenkmittel zur Betätigung der Schaltwelle mit dem Ausleger und das Koppelmittel, das die Schaltwelle an den Ausleger koppelt, einteilig mit dem Ausleger ausgebildet sein. Alternativ sind sie an diesem nachträglich befestigt, oder sie sind als Ausnehmungen realisiert.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Hybridschwungmasse vor, die aus zwei oder mehreren verschiedenen Werkstoffen aufgebaut ist. Die Einzelmassen können ebenfalls aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Form und der Werkstoff des Auslegers und der Schaltmasse so gewählt werden, dass die Eigenfrequenz der auf der Schaltwelle verbauten Schwungmasse außerhalb der möglichen Drehzahlen der Eingangswelle des Getriebes liegt, für das die Anordnung vorgesehen ist. Die Eigenfrequenz der Schwungmasse kann von ihrer Anbindung an die Umgebungskonstruktion abhängen und ist daher im allgemeinen getriebeindividuell.
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Die Schwungmasse ist über ihr Koppelmittel mit einer Schaltwelle drehfest koppelbar. Bei dem Koppelmittel kann es sich um eine Durchgangsausnehmung handeln, mit der die Schwungmasse direkt oder indirekt mit der Schaltwelle in Verbindung steht. So kann das Koppelmittel als Lagerauge den Außenring eines Gleit- oder Wälzlagers bilden. Alternativ ist im Lagerauge ein Adapter eingesetzt. Eine nicht-kreisförmige Form des Lagerauges, beispielsweise ein Innenmehrkant, erlaubt eine formschlüssige, drehfeste Verbindung. Eine drehfeste Verbindung kann auch über eine Verzahnung der Lageraugenwand erfolgen.
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Auch andere Gestaltungen des Koppelmittels, beispielsweise als Sackloch oder als Nase, die stirnseitig in ein Sackloch einer Schaltwelle eingreifen kann sind denkbar.
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Beim Verdrehen der Schaltwelle verschwenkt auch die Schwungmasse. In der Regel verschwenkt diese um das Koppelmittel, das dann auf der Achse, um die verschwenkt wird, angeordnet ist.
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Der Ausleger ist ein im Wesentlichen radial gerichteter Abschnitt der Schwungmasse, der sowohl das Koppelmittel als auch die Schaltmasse aufnimmt. Vorzugsweise ist die Schaltmasse im radial am weitesten auskragenden Abschnitt des Auslegers angeordnet, um ein hohes Trägheitsmoment zu erzeugen.
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Die Schaltmasse kann am Ausleger form-, kraft- oder stoffschlüssig gesichert sein. Vorzugsweise ist sie in den Ausleger derart eingebettet, dass dieser die Schaltmasse vollständig umgibt. Dazu kann die Schaltmasse mit Kunststoff umspritzt sein.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist der Ausleger als ein Winkelbauteil ausgebildet. Er weist vorzugsweise einen radial gerichteten Abschnitt und einen in Umfangsrichtung der Schaltwelle gerichteten Abschnitt auf, in dem die Schaltmasse angeordnet ist. Ein derartiger winkelförmiger Ausleger ist Bauraum und Masse sparend und weist ein hohes Trägheitsmoment auf.
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Der Ausleger weist vorzugweise Ausnehmungen auf, die die Eigenfrequenz verändern und/oder die Masse des Auslegers verringern. Die Ausnehmungen können vereinzelt angeordnet sein, oder sie sind lediglich von Rippen oder Stegen getrennt, die den Ausleger stabilisieren. Einfache Profilierungen sind ebenso denkbar wie komplexere Netzkonstruktionen. Zur weiteren Stabilisierung insbesondere eines Auslegers aus Kunststoff kann ein außen liegender, zumindest teilweise umlaufender Kragen beitragen. Die Höhe des Kragens kann veränderlich sein.
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In einer weiteren Ausbildung weist die Schwungmasse ein Anlenkmittel auf, über das die Schaltwelle verdrehbar ist. Das Anlenkmittel ist beispielsweise ein Kugelkopf, der mit einem Seilzug koppelbar ist. In einer anderen Variante ist das Anlenkmittel als eine Aussparung ausgebildet, in die ein Zapfen eingreifen kann. Die Aussparung ist vorzugsweise als eine Durchgangsaussparung ausgebildet, in die ein Zylinder formschlüssig eingreift.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste, erfindungsgemäße Schwungmasse in einer perspektivischen Ansicht,
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2 die erste Schwungmasse nach 1 im Querschnitt,
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3 eine zweite, erfindungsgemäße Schwungmasse in einer perspektivischen Ansicht,
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4 die zweite Schwungmasse nach 3 im Längsschnitt,
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5 eine rückseitige Ansicht der Schwungmasse nach 3 und
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6 einen Längsschnitt der Schaltmasse der zweiten Schwungmasse in vergrößerter Darstellung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 und 2 zeigen eine Schwungmasse 1 für eine nicht dargestellte Schaltwelle eines Kraftfahrzeugzahnräderwechselgetriebes Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Schwungmasse 1 aus drei miteinander fest verbundenen Einzelteilen aufgebaut: Sie weist einen Ausleger 2, ein Verbindungsteil 3 und eine Schaltmasse 4 auf, wobei die genannten Einzelteile 2, 3, 4 aus jeweils unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
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Die Schwungmasse 1 weist eine winkelförmige Grundform mit zwei Schenkeln auf, an deren einem Schenkelende 5 die Schaltmasse 4 und an deren anderem Schenkelende 6 ein Koppelmittel 7 angeordnet ist. Das Koppelmittel 7 wird durch eine Freistanzung in Form eines regelmäßigen Sechsecks in dem Verbindungsteil 3 gebildet. Zur besseren Führung der Schaltwelle bilden ein Teil des Verbindungsteils 3, das die Freistanzung einschließt, als ein Boden 9 und eine daran anschließende Hülse 8 einen kreiszylindrischen Topf. Durch die nicht kreisförmige Freistanzung kann die Schwungmasse 1 mit der Schaltwelle formschlüssig und verdrehsicher positioniert werden. Eine nicht dargestellte, unregelmäßig geformte Freistanzung könnte zusätzlich nur genau eine Montageposition zulassen, so dass Fehlmontagen ausgeschlossen werden.
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Die Hülse 8 ist integraler Teil des Auslegers 2, der als dreidimensional geformtes Bauteil in Leichtbauweise aus einem dämpfenden Kunststoff hergestellt ist. Zusammen mit dem Boden 9 bildet die Hülse 8 ein Lagerauge für die Schaltwelle, um das die Schwungmasse 1 beim Einlegen (Schalten) eines Ganges verschwenkbar ist.
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Der winkelförmige Ausleger 2 ist ein Kunststoffspritzteil. An seinem vom Koppelmittel 7 abwandten Schenkelende 5 weist er einer Schaltmasse 4 auf, die durch den Kunststoff gekapselt ist. Die Schaltmasse 4 besteht aus einem schweren Material wie Eisen. Er ist von einer vergleichsweise dünnen Kunststoffhülle 10 umgeben, so dass die Form des Schenkelendes 5 im Wesentlichen durch die Form der Schaltmasse 4 bestimmt ist.
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Mittig weist der Ausleger 2 ein Anlenkmittel 11 auf, über das die Schwungmasse 1 und infolgedessen die drehfest mit ihr koppelbare Schaltwelle verschwenkt werden können. Das Anlenkmittel 11 ist als Durchgangsausnehmung in Form einer Bohrung ausgebildet, in die ein vom Schaltgestänge bewegter, nicht dargestellter stiftartiger Zapfen eingreifen kann, über den die Schwungmasse 1 angelenkt wird. Das Anlenkmittel 11 und das als Freistanzung ausgebildete Koppelmittel 7 sind beide auf einer Blechplatte angeordnet, die als Verbindungsbauteil 3 die eingeleitete Schaltkraft sicher auf die Schaltwelle übertragen kann. Auf einen separaten Schalthebel für die Schaltwelle kann so verzichtet werden, da das in den Ausleger 2 eingeschlossene Verbindungsbauteil 3 den Hebelarm bildet. Zur Minimierung der Masse der Blechplatte weist diese im Bereich zwischen den Ausnehmungen 7, 11 seitliche Einschnürungen 12 auf, die auch die Eigenfrequenz beeinflussen. Die Blechplatte ist hier relativ dünnwandig; das Verbindungsbauteil 3 kann auch als ein massives Bauteil vorzugsweise aus Metall ausgebildet sein oder aus gedoppelten Blechplatten (jeweils nicht dargestellt) aufgebaut sein. Vorliegend ist das Verbindungsbauteil 3 zungenförmig mit zwei endseitigen Verdickungen ausgebildet, so dass die Breite b des Blechs, senkrecht zur Achse 15 Anlenkmittel-Koppelmittel gesehen, abzüglich der Ausnehmungen in etwa konstant bleibt.
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Der dreidimensionale gestaltete Ausleger 2 weist Ausnehmungen 13 auf. Die Ausnehmungen 13 sind teilweise als Durchgangsausnehmungen, teilweise Sacklöcher ausgebildet. Einige sind vereinzelt angeordnet, während andere ein Netz bilden, so dass sie durch eine Stegstruktur 15 voneinander getrennt sind. Durch Art und Größe aller Ausnehmungen 13 kann die Eigenfrequenz ebenfalls gezielt beeinflusst werden.
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Zur Masseoptimierung ist der Schenkelarm 5, über den die Schaltmasse 4 angebunden ist, relativ dünnwandig ausgebildet. Zur Verstärkung des Auslegers 2 weist dieser daher einen versteifenden Kragen 14 auf, der an der längeren Seite des Auslegers 2 angeordnet ist.
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3 bis 6 zeigen eine zweite Schwungmasse 1 auf einer Schaltwelle 23 mit einer quaderförmigen Schaltmasse 4, die aus vier einzelnen, gleich aufgebauten Einzelmassen 41, 42, 43, 44 zusammengesetzt ist. Die Einzelmassen 41, 42, 43, 44 weisen jeweils Ausnehmungen auf, die in ihrer Gestalt der Bohrung 24 im Ausleger entsprechen, so dass die Einzelmassen 41, 42, 43, 44 über eine Schraube 21 in der Bohrung 24 fixiert sind. Untereinander sind die Einzelmassen 41, 42, 43, 44 auch im nicht verschraubten Zustand durch Durchstellungen 22 aneinander gehalten.
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Zur Begrenzung des radial erforderlichen Bauraums bei gleichzeitig hohem Trägheitsmoment sind die Einzelmassen 41, 42, 43, 44 in ihrer Haupterstreckungsrichtung gewinkelt zum Ausleger 2 angeordnet und weisen in Umfangsrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwungmasse
- 2
- Ausleger
- 3
- Verbindungsteil
- 4
- Schaltmasse
- 5
- Schenkel
- 6
- Schenkel
- 7
- Koppelmittel
- 8
- Hülse
- 9
- Boden
- 10
- Hülle
- 11
- Anlenkmittel
- 12
- Einschnürung
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Kragen
- 15
- Achse
- 21
- Schraube
- 22
- Durchdrückung
- 23
- Schaltwelle
- 24
- Bohrung
- 41
- Einzelmasse
- 42
- Einzelmasse
- 43
- Einzelmasse
- 44
- Einzelmasse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009057298 A1 [0003]
- DE 102005062170 A1 [0004]
