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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 93 18 457 U ist ein elektromagnetischer Schalter bekannt, der zum Ein- und Ausschalten von Elektromotoren eingesetzt wird. Der Schalter weist eine bestrombare Erregerwicklung auf, in der ein Hub- bzw. Schaltanker axial verstellbar gelagert ist, welcher bei Bestromung der Erregerwicklung axial verschoben wird und den Stromkreis des einzuschaltenden Elektromotors schließt. Beim Abschalten wird in der Erregerwicklung eine elektromotorische Kraft induziert, die über eine Diode zwischen den Polen der Erregerwicklung kurzgeschlossen wird. Die Diode befindet sich mittig an der Innenseite eines Deckels am Gehäuse des elektromagnetischen Schalters und ist in eine Ausnehmung am Deckel eingesetzt und dort mit Klebstoff fixiert.
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Auch aus der
DE 10 2011 002 004 A1 ist ein elektromagnetischer Schalter bekannt, dessen Erregerwicklung beim Abschalten über eine Diode kurzgeschlossen wird, die in einer Ausnehmung in einer Endplatte am Gehäuse angeordnet und in der Ausnehmung mittels eines Harzes fixiert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen elektromagnetischen Schalter auch unter Einsatzbedingungen mit Vibrationen und Stößen langlebig auszuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der elektromagnetische Schalter weist eine bestrombare Erregerwicklung auf sowie einen axial verschieblich gelagerten Hubanker, der eine Stell- bzw. Schaltfunktion ausführt und bei Bestromung der Erregerwicklung axial verstellt wird. Die Erregerwicklung liegt auf einem Wicklungsträger bzw. einer Spule, der bzw. die aus einem elektrisch nicht-leitenden Material wie zum Beispiel Kunststoff oder Harz besteht.
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Beim Abschalten der Erregerwicklung wird eine elektromotorische Kraft (EMK) induziert, die über eine Diode, welche parallel zur Erregerwicklung geschaltet ist und die Wicklungsanschlüsse der Erregerwicklung verbindet, kurzgeschlossen wird. Beim Anlegen einer Spannung an die Erregerwicklung sperrt die Diode, so dass ein Kurzschluss verhindert wird, beim Abschalten der Erregerwicklung wird dagegen die Diode zum Kurzschließen der induzierten EMK in Durchlassrichtung beansprucht.
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Die Diode ist an einer Endplatte des Wicklungsträgers angeordnet und in eine Halterung eingesetzt, welche eine Ausnehmung zur formschlüssigen Aufnahme der Diode aufweist. Auf die Halterung ist eine zusätzliche Platte aufsetzbar, so dass die Diode in Radialrichtung von den Seitenwänden der Halterung begrenzt ist und in Achsrichtung vom Boden der Ausnehmung in der Halterung sowie gegenüberliegend von der aufgesetzten Platte. Damit wird in beide Radialrichtungen und in beide Achsrichtungen eine formschlüssige Aufnahme und Sicherung der Diode am elektromagnetischen Schalter erreicht. Dies ist insbesondere unter Einsatzbedingungen vorteilhaft, in denen der elektromagnetische Schalter Stößen und Vibrationen ausgesetzt ist wie zum Beispiel bei einer Verwendung des elektromagnetischen Schalters als Starterrelais für die Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug. Aufgrund der formschlüssigen Aufnahme in der Halterung ist eine zusätzliche Sicherung der Diode mittels eines Klebers nicht zwingend erforderlich, auch wenn dies gegebenenfalls vorgesehen werden kann.
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Die Halterung auf der Endplatte befindet sich auf der der Erregerwicklung axial abgewandten Seite, so dass die Diode axial von außen in die Ausnehmung in der Halterung eingesetzt und anschließend die zusätzliche Platte zur Sicherung der Diode in der Halterung aufgesetzt werden kann. In die zusätzliche Platte sind Ausnehmungen zum Hindurchführen der Diodenanschlüsse eingebracht, so dass die Diodenanschlüsse nach dem Aufsetzen der Platte auf der Plattenaußenseite liegen und dort in einfacher Weise elektrisch mit den Anschlüssen der Erregerwicklung verbunden werden können. Die Montage und der elektrische Anschluss an die Erregerwicklung wird hierdurch signifikant vereinfacht.
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Der elektromagnetische Schalter wird beispielsweise als Starterrelais in einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eingesetzt. Der Hubanker des Starterrelais verstellt ein Starterritzel zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition, in der das Starterritzel mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine kämmt, woraufhin das Starterritzel über einen elektrischen Startermotor in Drehung versetzt wird.
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Der elektromagnetische Schalter kann, gemäß einer Ausführungsvariante, zusätzlich zur Erregerwicklung auch eine bestrombare Schaltwicklung aufweisen, der ein axial verstellbar gelagerter Schaltanker zugeordnet ist. Bei einem Einsatz des Schalters als Starterrelais in einer Startvorrichtung hat die Erregerwicklung bzw. der von der Erregerwicklung verstellbare Hubanker die Funktion, das Starterritzel in die Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen. Die Schaltwicklung bzw. der der Schaltwicklung zugeordnete Schaltanker, welcher bei einer Bestromung der Schaltwicklung axial verstellt wird, schließt einen Stromkreis zur Bestromung des elektrischen Startermotors, woraufhin das Starterritzel in Drehung versetzt wird. Die Ausführung des Starterrelais mit Erregerwicklung und Schaltwicklung erlaubt somit die funktionale Entkopplung der Stellbewegung des Starterritzels von dem Einschalten des Startermotors und der damit verbundenen Drehbewegung des Starterritzels.
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Auch der Schaltwicklung ist zweckmäßigerweise eine Diode zugeordnet, die zwischen den Wicklungsanschlüssen der Schaltwicklung angeordnet ist und über die die Schaltwicklung zum Ableiten der induzierten EMK, die beim Abschalten der Schaltwicklung entsteht, kurzgeschlossen wird. Auch diese zweite Diode ist vorteilhafterweise in der Halterung an der Endplatte des Wicklungsträgers formschlüssig aufgenommen und wird in entsprechender Weise wie die erste Diode axial von der aufgesetzten zusätzlichen Platte gesichert, in die zusätzliche Ausnehmungen für die Diodenanschlüsse der zweiten Diode eingebracht sind. Die Halterung an der Endplatte des Wicklungsträgers ist mit Ausnehmungen zur Aufnahme der beiden Dioden versehen, die zusätzliche Platte deckt die Halterung mit den Ausnehmungen für beide Dioden ab. Der Wicklungsträger nimmt vorteilhafterweise sowohl die Erregerwicklung als auch die Schaltwicklung auf. Die Schaltwicklung liegt vorzugsweise axial benachbart zu der Endplatte mit der Halterung für die beiden Dioden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die zusätzliche Platte als eine Magnetplatte ausgeführt, welche dem Schaltanker in der Schaltwicklung zugeordnet ist. Die Magnetplatte zieht den Schaltanker in die ausgelenkte Position. Die Magnetplatte besteht bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material und ist somit nur bei Bestromung der Schaltwicklung und dem hierbei entstehenden Magnetfeld temporär magnetisch. Der Schaltanker ist – ebenso wie der Hubanker – durch die Kraft eines Federelementes in die Ausgangsposition kraftbeaufschlagt und nimmt somit wieder die Ausgangsposition ein, sobald die Wicklung nicht länger bestromt wird.
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Soweit zwei Dioden vorgesehen sind, liegen diese, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, in Umfangsrichtung hintereinander in der Halterung an der Endplatte des Wicklungsträgers. Zwischen den Dioden kann ein Trennabschnitt angeordnet sein, der insbesondere einteilig mit der Halterung ausgebildet ist und beispielsweise als eine radial nach außen gerichtete Wandung ausgeführt ist. Der Trennabschnitt verhindert einen versehentlichen Kontakt zwischen den beiden Dioden und gewährleistet auch unter rauen Umgebungsbedingungen eine sichere Aufnahme und elektrische Trennung der beiden Dioden voneinander.
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In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass die Dioden nicht in Umfangsrichtung hintereinander liegen, sondern beispielsweise parallel versetzt zueinander an der Endplatte des Wicklungsträger angeordnet sind. Auch in dieser Ausführung wird die Halterung mit den beiden Ausnehmungen für die zwei Dioden von der zusätzlichen Platte axial überdeckt, so dass die Dioden sowohl in Radialrichtung als auch in Achsrichtung formschlüssig in der Halterung aufgenommen sind.
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Die Halterung ist vorteilhafterweise einteilig mit der Endplatte ausgebildet. Die Endplatte ist mit dem Wicklungsträger verbunden, sie kann gegebenenfalls aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Die Halterung befindet sich beispielsweise im radial außen liegenden Bereich der Endplatte benachbart zum Außenumfang, wenngleich auch eine Anordnung im mittleren Bereich an der Endplatte möglich ist.
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In die zusätzliche Platte, welche im montierten Zustand die Ausnehmung in der Halterung axial abdeckt, kann eine Nut eingebracht sein, in welche die Halterung einragt. Die Halterung überragt die Stirnseite der Endplatte in Achsrichtung, wobei die Nut an der zweiten, zusätzlichen Platte den axialen Überstand der Halterung kompensiert, so dass die zweite Platte trotz der axial überstehenden Halterung über einen Großteil ihrer Stirnfläche an der Endplatte anliegt.
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An der Endplatte können axial überstehende Anschlussstützen angeformt sein, die zur Führung und Halterung der Diodenanschlüsse dienen. Die üblicherweise aus Draht bestehenden Diodenanschlüsse erfahren durch die Anschlussstützen eine zusätzliche Stabilität. Die Anschlussstützen sind durch weitere Ausnehmungen hindurchgeführt, die in die zweite Platte eingebracht sind.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem axial verstellbaren Starterritzel, einem Starterrelais für die Verstellbewegung des Starterritzels und einem elektrischen Startermotor zum Antreiben des Starterritzels,
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2 einen Schnitt längs durch ein Starterrelais, mit einer Erregerwicklung und einer Schaltwicklung, mit einem Hubanker und einem Schaltanker,
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3 ein Wicklungsträger des Starterrelais mit einer stirnseitigen Endplatte, die Träger einer Halterung zur Aufnahme von Dioden ist,
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4 die Halterung an der Stirnseite der Endplatte in vergrößerter Darstellung,
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5 eine 3 entsprechende Ansicht, jedoch mit zwei in die Halterung an der Endplatte eingesetzten Dioden,
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6 eine zusätzliche Platte, welche auf die Endplatte am Wicklungsträger aufsetzbar ist,
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7 der Wicklungsträger mit eingesetzten Dioden und der Endplatte während der Montage,
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8 der Wicklungsträger mit den Dioden und der aufgesetzten zweiten Platte,
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9 der Wicklungsträger mit einer Halterung in einer Ausführungsvariante,
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10 die Halterung gemäß 9 in vergrößerter Darstellung,
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11 eine zweite Platte, die auf den Wicklungsträger einschließlich Halterung gemäß 9 bzw. 10 aufsetzbar ist,
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12 der Wicklungsträger mit den Dioden und der zweiten Platte während der Montage,
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13 der Wicklungsträger mit der aufgesetzten zweiten Platte.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine umfasst ein Starterritzel 2, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht werden kann. Das Starterritzel 2 ist auf einer Antriebswelle 5 gemäß dem eingetragenen Doppelpfeil axial verschieblich gelagert. Das Starterritzel 3 ist drehfest mit der Antriebswelle 5 gekoppelt, insbesondere über ein Steilgewinde, und kann zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 mithilfe eines als Starterrelais 6 ausgebildeten elektromagnetischen Schalters verstellt werden.
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Das Starterrelais 6 weist eine bestrombare Erregerwicklung 7 sowie einen axial verstellbar gelagerten Hubanker 8 auf, der bei Bestromung der Erregerwicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 verbunden, die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition wird über den Einrückhebel 9 in eine entsprechende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz umgesetzt.
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Die drehende Antriebsbewegung der Antriebswelle 5 bzw. des Starterritzels 2 wird über einen elektrischen Startermotor 11 erzeugt, der über ein Getriebe 12, beispielsweise ein Planetengetriebe mit der Antriebswelle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Antriebswelle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
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Der Startvorrichtung 1 ist des Weiteren ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden. Der elektrische Strom für den Startermotor 11 wird über das Starterrelais 6 eingeschaltet, woraufhin sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Antriebswelle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
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Die Startvorrichtung 1 ist mit einer Freilaufeinrichtung versehen, die als Rollenfreilauf 14 ausgebildet ist. Der Einrückhebel 9 wirkt auf ein Federelement 13, das einen Mitnehmer 15 des Rollenfreilaufs 14 axial kraftbeaufschlagt. Mit dem Mitnehmer 15 wirkt ein Ritzel- bzw. Rollenbund 16 des Rollenfreilaufs 14 zusammen, wobei der Ritzelbund 16 einteilig mit dem Starterritzel 2 ausgebildet ist. Der Rollenfreilauf 14 erlaubt eine Übertragung der Drehbewegung in Antriebsrichtung des elektrischen Startermotors 11. Sobald nach dem Starten der Brennkraftmaschine 4 die Drehgeschwindigkeit des Zahnkranzes 3 so hoch wird, dass die Antriebsrichtung umgekehrt wird, wird über den Rollenfreilauf 14 die kinematische Kopplung zwischen Mitnehmer 15 und Ritzelbund 16 aufgehoben.
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In 2 ist das Starterrelais 6 im Längsschnitt dargestellt. Das Starterrelais 6 weist in einem Gehäuse 17 den axial verschieblich gelagerten Hubanker 8 auf, der innerhalb der umgreifenden Erregerwicklung 7 angeordnet und mit einer Stellstange 18 fest verbunden ist, die über das Gehäuse 17 herausragt und mit dem Einrückhebel zur Verstellung des Starterritzels gekoppelt ist. Die Erregerwicklung 7 ist auf eine Spule bzw. einen Wicklungsträger 19 gewickelt, der fest im Gehäuse 17 angeordnet ist.
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Der Wicklungsträger 19 ist außerdem Träger einer Schaltwicklung 20, die parallel versetzt zu der Erregerwicklung 7 angeordnet ist und der ein Schaltanker 21 zugeordnet ist, welcher koaxial und axial versetzt zum Hubanker 8 angeordnet und ebenso wie dieser axial verschieblich im Gehäuse gelagert ist. Der Schaltanker 21 ist mit einem Stößel 22 verbunden, der über ein Federelement an einer stirnseitigen Kappe 23, die auf dem Gehäuse 17 aufsitzt, abgestützt ist. Der Schaltanker 21 wird von dem Federelement in die Ausgangsstellung beaufschlagt; auch der Hubanker 8 ist von einem Federelement in die Ausgangsstellung kraftbeaufschlagt.
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Dem Schaltanker 21 ist eine Platte 24, die gehäusefest angeordnet ist, axial vorgelagert, die aus einem weichmagnetischen Material besteht und bei der Bestromung der Schaltwicklung 20 magnetisiert wird. Hierdurch wird der Schaltanker 21 axial in Richtung auf die magnetisierte Platte 24 gezogen. Bei dieser Verstellbewegung wird der mit dem Schaltanker 21 verbundene Stößel 22 ebenfalls axial verstellt und gelangt hierbei in einen Schaltkontakt mit elektrischen Anschlüssen eines Stromkreises zur Bestromung des Startermotors in der Startvorrichtung. Ein derartiger elektrischer Anschluss ist als Gegenkontakt 28 in der Kappe 23 angeordnet, die stirnseitig auf das Gehäuse 17 aufgesetzt ist.
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Bei der Bestromung der Erregerwicklung 7 wird das Starterritzel in die Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt. Bei der Bestromung der Schaltwicklung 20 wird der elektrische Stromkreis des Startermotors geschlossen und dadurch der Startermotor in Drehung versetzt, wobei die Drehbewegung über die Antriebswelle auch auf das Starterritzel übertragen wird.
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Beim Abschalten der Bestromung der Wicklungen 7 und 20 wird jeweils eine elektromotorische Kraft EMK induziert, die über Dioden 30, 31 (2, 5, 7 und 8) abgebaut wird. Die Dioden 30, 31 sind mit den Anschlüssen der Erregerwicklung 7 bzw. der Schaltwicklung 20 verbunden und stehen bei der Bestromung in Sperrkontakt. Die induzierte EMK kann nach dem Abschalten der Bestromung in Durchlassrichtung der Dioden 30, 31 abgebaut werden.
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Die Dioden 30, 31 befinden sich an einer Endplatte 29, die einteilig mit dem Wicklungsträger 19 ausgebildet ist und die axiale Stirnseite des Wicklungsträgers auf der dem Hubanker 8 abgewandten Seite bildet, wie den 2 in Verbindung mit den 3 bis 8 zu entnehmen. An der axial außen liegenden, dem Hubanker und der Erregerwicklung abgewandten Seite trägt die Endplatte 29 eine Halterung 32, die einteilig mit der Endplatte ausgebildet sein kann und zur formschlüssigen Aufnahme der Dioden 30, 31 dient. Gegebenenfalls kann die Halterung 32 auch als separates Bauteil ausgebildet sein, das mit der Endplatte 29 verbunden ist. Die Halterung 32 weist Ausnehmungen 33 auf, die an die Form der Dioden 30, 31 angepasst sind, so dass diese formschlüssig in die Ausnehmungen 33 eingesetzt werden können. Jede Ausnehmung 33 weist einen radial verbreiterten Abschnitt zur Aufnahme des Diodenkörpers und daran anschließend radial schmaler ausgeführte Abschnitte zur Aufnahme der Diodenanschlüsse auf. Die Halterung 32 erstreckt sich benachbart zum Außenumfang der Endplatte 29 über ein Winkelsegment von etwa 30° in Umfangsrichtung, die beiden Ausnehmungen 33 zur Aufnahme der zwei Dioden sind ebenfalls in Umfangsrichtung hintereinanderliegend angeordnet.
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An jeder axialen Stirnseite der Halterung 32 befindet sich eine axial erhöhte Anschlussstütze 34, die schalenförmig ausgebildet ist und zur Halterung und Führung jeweils eines Diodenanschlusses 35 dient.
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In 6 ist die magnetisierbare, zusätzliche Platte 24 gezeigt, die gehäusefest angeordnet ist und der Schaltwicklung 20 bzw. dem Schaltanker 21 zugeordnet ist. Wie 6 in Verbindung mit den 7 und 8 zu entnehmen, wird die magnetisierbare Platte 24 stirnseitig auf die Endplatte 29 aufgesetzt, so dass die magnetisierbare Platte 24 die Ausnehmungen 33 in der Halterung 32, in die die Dioden 30 und 31 eingesetzt, überdeckt. Somit sind die Dioden 30 und 31 zum einen in den Ausnehmungen 33 in Radialrichtung formschlüssig aufgenommen und zum andern in Achsrichtung durch die aufgesetzte magnetisierbare Platte 24 formschlüssig gesichert.
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Die Halterung 32 ist erhaben ausgeführt und steht über die Stirnseite der Endplatte 29 axial über. Um diesen Überstand axial zu kompensieren, weist die magnetisierbare Platte 24, wie den 6 und 7 zu entnehmen, über ein der Halterung 32 entsprechendes Segment eine Nut bzw. Vertiefung 36 auf, mit der die magnetisierbare Platte 24 unmittelbar auf der Halterung 32 aufliegt. Die Nut 36 stellt eine Vertiefung in der magnetisierbaren Platte 24 dar, so dass insgesamt eine großflächige Abstützung der magnetisierbaren Platte 24 an der Endplatte 29 möglich ist.
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Benachbart zu der Nut 36 sind in die magnetisierbare Platte 24 drei randseitig offene Ausnehmungen 37 eingebracht, durch die die Diodenanschlüsse 35 sowie die Anschlussstützen 34 geführt sind (8). Auf der dem Wicklungsträger 19 abgewandten Seite der magnetisierbaren Platte 24 sind die Diodenanschlüsse 35 mit den entsprechenden Anschlüssen der Wicklungen verbunden.
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In den 9 bis 13 ist eine Halterung 32 an der Endplatte 29 eines Wicklungsträgers 19 in einer Ausführungsvariante dargestellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel weist die Halterung 32 zwei in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete Ausnehmungen 33 zur Aufnahme jeweils einer Diode 30 bzw. 31 auf. Um sicherzustellen, dass die Diodenanschlüsse 35 unterschiedlicher Dioden, welche benachbart angeordnet sind, sich nicht berühren, ist einteilig mit der Halterung 32 ein Trennabschnitt 38 in Form einer radial nach außen gerichteten Wandung zwischen den beiden Ausnehmungen 33 ausgebildet. Der Trennabschnitt 38 liegt zwischen jeweils einem Diodenanschluss 35, so dass auch bei Vibrationen und Stößen ein versehentlicher Kontakt dieser unterschiedlichen Dioden zugeordneten Anschlüsse ausgeschlossen ist.
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Aufgrund des zwischenliegenden Trennabschnittes 38 sind die Diodenanschlüsse 35, welche unterschiedlichen Dioden zugeordnet sind, verhältnismäßig weit auseinanderliegend angeordnet. In der magnetisierbaren Platte 24 sind insgesamt vier randseitig offene Ausnehmungen 37 angeordnet, durch die jeweils ein Diodenanschluss 35 geführt ist. Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 3 bis 8 sind die benachbart angeordneten Diodenanschlüsse verschiedener Dioden durch eine gemeinsame Ausnehmung 37 geführt, wohingegen beim zweiten Ausführungsbeispiel die Diodenanschlüsse durch jeweils eine Ausnehmung 37 in der Platte 24 geführt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 9318457 U [0002]
- DE 102011002004 A1 [0003]