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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als Zahnring ausgebildeten Spannelements, ein Spannelement, ausgebildet als Zahnring, sowie einen Dichtungsbalg zur Abdichtung von Kugelgelenken mit einem als Zahnring ausgebildeten, einvulkanisierten Spannelement.
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Spannelemente, die als Zahnring ausgebildet sind und ein J-Profil aufweisen, sind bekannt und werden beispielsweise zur Verstärkung von Dichtungsbalgen verwendet.
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Durch die
DE 10 2009 043 115 A1 wurde ein in einen Dichtungsbalg einvulkanisierter, als Zahnring ausgebildeter Federring bekannt, welcher ebenfalls eine Verstärkung des Randprofils des Dichtungsbalges bewirkt.
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Die bekannten Zahnringe werden einstückig hergestellt, d. h. sie werden als geschlossener Ring aus einer Blechplatine ausgestanzt. Dabei werden in einem äußeren Schnitt die Kreisform und in einem inneren Schnitt das Zahnprofil hergestellt. Bei beiden Schnitten ergibt sich relativ viel Abfallmaterial, was die Herstellungskosten für den Zahnring erheblich erhöht. Der Materialabfall bzw. der Schrottanteil ist umso höher, je größer der Durchmesser des Zahnringes ist, da die Fläche des innen ausgestanzten Butzens mit dem Durchmesser des Zahnringes überproportional wächst.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnringes mit geringeren Kosten vorzuschlagen, einen Zahnring vorzuschlagen, der mit geringeren Kosten herstellbar ist und in einem Dichtungsbalg als Spannelement verwendbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung sind bei einem Verfahren zur Herstellung eines Zahnringes folgende in ihrer Reihenfolge teilweise vertauschbare Verfahrensschritte vorgesehen: Bereitstellen eines glattrandigen Blechstreifens; Ausstanzen einer gezahnten Kontur aus einem der Ränder des Blechstreifens; Ablängen des Blechstreifens; Umformung des Blechstreifens zu einem Profil, vorzugsweise J-Profil; Umformung des Profils zu einem offenen Kreisring; Formen und Schneiden von Stoßenden und Schließen des offenen Kreisringes durch Verbinden der Stoßenden. Das Verfahren kann kontinuierlich ablaufen, indem der Blechstreifen als Bandmaterial von einem Coil (Wickel) zunächst einer Stanzeinheit zugeführt wird, wo einer der beiden glatten Ränder des Bandmaterials durch kontinuierliches Stanzen mit einer Zahnkontur versehen wird. Dabei fällt als Abfall nur das Material der Zahnlücken an. Das Umformen des ebenen Blechstreifens in ein Profil, vorzugsweise J-Profil kann – ebenfalls kontinuierlich – auf einer Biegemaschine erfolgen. Nach dem Ablängen wird der gerade und profilierte Streifen zu einem offenen Kreisring gebogen, und anschließend werden die Stoßenden des Kreisringes vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, z. B. durch Schweißen, Löten oder Kleben. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil erreicht, dass bei der Herstellung der Zahnringe nur ein sehr geringer Materialabfall entsteht, d. h. das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist wirtschaftlicher, und die Herstellungskosten des Zahnringes sind geringer als bei der herkömmlichen Herstellung durch Ausstanzen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein als Zahnring ausgebildetes Spannelement mit einem J-Profil aus einem geraden Blechstreifen mit zwei Stoßenden herstellbar, wobei die Stoßenden form-, kraft- und / oder stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind. Damit wird der Vorteil erreicht, dass der Zahnring mit minimalem Materialabfall und zu geringeren Kosten herstellbar ist. Als Material wird bevorzugt Stahlblech verwendet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zahnprofil in einem kontinuierlichen oder taktweise ablaufenden Stanzprozess in einen der beiden Ränder des Blechstreifens eingeschnitten. Als Abfall ergibt sich dabei nur das zwischen den Zähnen ausgeschnittene Material.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das J-Profil des Zahnringes durch Umformung oder Biegen des ebenen und geraden Blechstreifens hergestellt, was kontinuierlich auf einer Biegemaschine erfolgen kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zahnring aus dem profilierten Blechstreifen zu einem offenen Ring mit sich überlappenden Stoßenden gebogen oder umgeformt. Dabei ist das überlappende Stoßende entweder innerhalb oder außerhalb des Profilumfanges angeordnet. Damit wird eine weitestgehend glatte Außenkontur des Zahnringes erreicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das überlappende Stoßende so weit in Umfangsrichtung verlängert, dass es eine Bandage für den Kragen bildet. Der Kragen umfasst somit zwei Blechlagen, die eine Verstärkung der Zugfestigkeit und der Formbeständigkeit des J-Profils bewirken. Das als ungezahnter oder glatter Streifen überlappende Stoßende kann dabei entweder innen eingewickelt oder außen umwickelt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Dichtungsbalg zur Abdichtung von Kugelgelenken ein als Zahnring ausgebildetes Spannelement nach einer der oben genannten Ausführungsformen vorgesehen. Der erfindungsgemäß aus einem Blechstreifen hergestellte und in den Dichtungsbalg einvulkanisierte Zahnring erfüllt die gleiche Funktion wie ein herkömmlich hergestellter Zahnring und hat darüber hinaus den Vorteil, dass er zu geringeren Kosten hergestellt werden und optional eine höhere Festigkeit und Formsteifigkeit aufweisen kann. Letzteres ist insbesondere bei der Montage des Dichtungsbalgs über das kugelförmige Gehäuse von Vorteil. Die Zähne des abgewinkelten Schenkels können einerseits radial ausfedern und andererseits wieder einfedern und somit elastisch der Kugelform folgen. Der Kragen dagegen wird sich bei der Montage nicht verformen oder verwerfen, was durch die erfindungsgemäße Bandage ermöglicht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 einen erfindungsgemäßen Zahnring mit innen liegender Wicklung,
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2 eine Einzelheit A aus 1,
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3 einen Schnitt in der Ebene III-III in 2,
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4 einen vergrößerten Teilschnitt in der Ebene IV-IV in 1,
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5 einen erfindungsgemäßen Zahnring mit außen liegender Wicklung,
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6 eine Einzelheit B aus 5,
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7 einen Teilschnitt in der Ebene VII-VII in 6,
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8 einen vergrößerten Teilschnitt in der Ebene VIII-VIII in 5,
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9 einen Dichtungsbalg mit erfindungsgemäßem Zahnring,
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10 eine Einzelheit C aus 9 und
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11 den Dichtungsbalg gemäß 9 nach der Montage auf einem Kugelgelenkgehäuse.
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1 bis 4 zeigen als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zahnring 1 mit einer innen liegenden Wicklung 2. Der Zahnring 1 ist aus einem hier nicht dargestellten ebenen, glattrandigen Blechstreifen oder Bandmaterial hergestellt und weist ein kreisförmig gebogenes J-Profil 3 auf, welches in 4 im Querschnitt dargestellt ist. Das J-Profil 3 (4) weist einen als Kragen 3a ausgebildeten ersten Schenkel und einen abgewinkelten zweiten Schenkel 3b auf, aus dessen Randbereich halbkreisförmige Ausnehmungen 4, auch Ausklinkungen 4 genannt, ausgestanzt sind. Zwischen den Ausklinkungen 4 sind Zähne 5 belassen, sodass sich ein Zahnprofil 6 auf der Innenseite des Zahnringes 1 ergibt. Der Zahnring 1 weist aufgrund seiner Herstellung aus einem Blechstreifen einen Stoßbereich auf, welcher als Einzelheit A eingekreist und in 2 vergrößert dargestellt ist. Der Zahnring 1 weist umfangsseitig zwei Lagen oder Wickellagen auf, welche einerseits durch den Kragen 3a des J-Profils 3 und andererseits durch die innen liegende Wickelung 2 (vgl. insbesondere 4) gebildet werden. Die innen angeordnete Wicklung 2 ist als beidseitig glattrandiger, d. h. ungezahnter Streifen ausgebildet, welcher vom Stoßbereich A über den vollen Umfang in den Kragen 3a eingewickelt ist. Die äußere Lage, gebildet durch den Kragen 3a des J-Profils 3, erstreckt sich – bei einer Wicklungsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn – von einem ersten Stoßende 7 bis zu einem zweiten Stoßende 8, d. h. über einen Umfangsbereich von etwa 360°. Das zweite Stoßende 8 weist einen innerhalb des ersten Stoßendes 7 angeordneten Überlappungsbereich 8a auf, welcher in die innere Lage 2, auch Wicklung 2 genannt, übergeht. Die innen angeordnete Wicklung 2 wirkt somit als Verstärkung oder Bandage 2 für den außen liegenden Kragen 3a. Die Stoßenden 7, 8 sind stoffschlüssig miteinander verbunden, vorzugsweise durch Schweißung; Löten oder Kleben sind andere mögliche stoffschlüssige Verbindungen. Durch die Bandage 2 ergibt sich für den Zahnring 1, der bevorzugt als Spannelement verwendet wird, eine erhöhte Formsteifigkeit und eine erhöhte Zugfestigkeit in Tangentialrichtung. Gleichzeitig wird die Elastizität oder Federwirkung des gezahnten abgewinkelten zweiten Schenkels 3b erhalten, was bei der Montage – wie später ausgeführt wird – von Vorteil ist.
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In 2 ist der Stoßbereich, gekennzeichnet durch die Einzelheit A, vergrößert dargestellt. Man erkennt, dass der Außendurchmesser des zweiten Stoßendes 8 gegenüber Durchmesser des ersten Stoßendes 7 um die Kragendicke reduziert ist, sodass sich der Überlappungsbereich 8a an die Innenseite des Kragens 3a des ersten Stoßendes 7 anlegen kann. Damit ergibt sich auf der Außenseite des Zahnringes 1 ein annähernd glatter Übergang an der Stoßstelle. An den Überlappungsbereich 8a schließt sich der Wickelanfang 2a der Wickellage 2 an, die mit dem Wickelende 2b abschließt.
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3 zeigt einen Schnitt in der Ebene III-III in 2. Es ist erkennbar, dass der Überlappungsbereich 8a radial innerhalb des ersten Stoßendes 7 angeordnet ist. In dem Überlappungsbereich 8a erfolgt vorzugsweise die stoffschlüssige Verbindung beider Stoßenden 7, 8.
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4 zeigt einen Teilschnitt in der Ebene IV-IV in 1, d. h. einen Querschnitt durch den Zahnring 1. Das J-Profil 3 weist einen als Kragen ausgebildeten ersten Schenkel 3a und einen abgewinkelten zweiten Schenkel 3b auf. Der Kragen 3a ist auf seiner Innenseite durch die Wickellage 2, die einen Rechteckquerschnitt aufweist, verstärkt.
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5 bis 8 zeigen als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Zahnring 11 mit einer außen liegenden Wicklung oder Wickellage 12. Die Bezugsziffern des zweiten Ausführungsbeispieles in den 5 bis 8 sind für gleiche oder analoge Teile gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 4 jeweils um zehn erhöht. Der Zahnring 11 ist – analog dem Zahnring 1 des ersten Ausführungsbeispieles – ebenfalls aus einem geraden, glattrandigen, ebenen Blechstreifen hergestellt und weist ein kreisförmig gebogenes J-Profil 13 (8) mit halbkreisförmigen Ausklinkungen 14 sowie Zähnen 15 auf, welche zusammen ein Zahnprofil 16 bilden. Das J-Profil 13 weist ein erstes Stoßende 17 (Anfang der Wicklung) sowie ein zweites Stoßende 18 auf, welches mit dem ersten Stoßende 17 einen eingekreisten, mit B bezeichneten Stoßbereich bildet, welcher als Einzelheit in 6 vergrößert dargestellt ist. An das zweite Stoßende 18 schließt sich in Umfangsrichtung die äußere Wickellage 12 an, welche das J-Profil 13 von außen umfasst und somit eine Bandage 12 für den Zahnring 11 bildet.
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6 zeigt die Einzelheit B aus 5 in vergrößerter Darstellung. Das zweite Stoßende 18 weist einen Überlappungsbereich 18a auf, der als Zunge 18a ausgebildet und durch einen Längsschlitz 18b von der äußeren Wickellage 12 getrennt ist. In den Schlitz 18b ragt der Kragen 13a (8) des ersten Stoßendes 17 hinein. Die äußere Wickellage 2 weist einen Wickelanfang 12a und ein Wickelende 12b auf. Das erste Stoßende 17 und das zweite Stoßende 18 werden im Bereich ihrer Überlappung stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden. Ebenso wird die äußere Wickellage 12 stoffschlüssig mit dem Kragen 13a des J-Profils 13 verbunden.
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7 zeigt einen Schnitt in der Ebene VII-VII in 6, wobei einerseits die Verbindung zwischen dem zweiten Schenkel 13b (8) und dem Überlappungsbereich 18a sowie die Bandagierung des Kragens 13a durch die äußere Wickellage 12 deutlich erkennbar sind.
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8 zeigt einen Teilschnitt in der Ebene VIII-VIII in 5. Das J-Profil 13 weist einen als Kragen ausgebildeten ersten Schenkel 13a und einen radial nach innen abgewinkelten zweiten Schenkel 13b auf. Die Bandage 12 des Kragens 13a weist einen rechteckförmigen Querschnitt (ohne Zahnprofil) auf.
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9 zeigt einen Dichtungsbalg 20 mit einem ersten Abdichtungsbereich 21 und einem zweiten Abdichtungsbereich 22, die jeweils durch metallische Einlagen in Form von Spannelementen (ohne Bezugszahl) verstärkt sind. Der Dichtungsbalg 20 wird als Spritzgussteil aus einem elastomeren Werkstoff, z. B. Gummi hergestellt, wobei die metallischen Einlagen einvulkanisiert werden.
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Der erste Abdichtungsbereich 21 ist als Einzelheit C vergrößert in 10 dargestellt. Das Spannelement ist hier als J-Profil 23 mit einem als Kragen ausgebildeten ersten Schenkel 23a und einem abgewinkelten zweiten Schenkel 23b dargestellt. Das J-Profil 23 entspricht den J-Profilen 3 oder 13 der vorherigen Ausführungsbeispiele und bildet einen Zahnring 1 oder 11, wie er in den vorherigen Figuren dargestellt und oben beschrieben ist. Wesentlich für die Abdichtung ist, dass der abgewinkelte zweite Schenkel 23b mit Verzahnungsprofil radial nach innen weist, damit eine elastische Anlage an dem abzudichtenden Bauteil erzielt wird.
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11 zeigt einen Kugelzapfen 24 mit einer Kugel 25, welcher in einem Kugelgelenkgehäuse 26 aufgenommen ist. Das Kugelgelenkgehäuse 26 und der Kugelzapfen 24 werden durch den Dichtungsbalg 20 jeweils mit dem ersten Abdichtungsbereich 21 und dem zweiten Abdichtungsbereich 22 abgedichtet. Bei der Montage des Dichtungsbalgs 20 muss der erste Abdichtungsbereich 21 über das Kugelgelenkgehäuse 26 geschoben werden, wobei eine elastische Verformung des ersten Abdichtungsbereiches 21, insbesondere des umlaufenden Schenkels 23b erfolgt. In der dargestellten Endposition des ersten Abdichtungsbereiches 21 üben das Zahnprofil des zweiten Schenkels 23b eine elastische Rückstellkraft und der optional durch eine zweite Wickellage bandagierte Kragen 23a eine Haltekraft aus, welche den ersten Abdichtungsbereich 21 in seiner Abdichtposition fixiert.
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Die Erfindung betrifft auch ein (nicht dargestelltes) Verfahren, welches im Folgenden beschrieben wird: Das Verfahren dient der Herstellung eines Zahnringes, wie er oben als erstes und zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und in der Zeichnung dargestellt ist. Der Zahnring wird aus einem glattrandigen, ebenen Blechstreifen hergestellt, der kontinuierlich, z. B. von einem Wickel (Coil) oder taktweise bereitgestellt wird. Der Blechstreifen wird einer Stanzeinheit zugeführt, welche aus einem der beiden Ränder des Blechstreifens ein Zahnprofil ausstanzt. Dabei werden entweder nur die Lücken zwischen den Zähnen ausgestanzt, sodass der Rand des Blechstreifens für die Zahnköpfe stehenbleibt, oder es wird das gesamte Zahnprofil, bestehend aus Flanken und Zahnkopf, ausgestanzt – im letzteren Falle ergibt sich ein Abfallstreifen, während im ersten Falle einzelne Materialstücke, die Zahnlücken, als Abfall anfallen. In beiden Fällen ergibt sich ein minimaler Materialabfall. Nach dem Austanzen des Zahnprofils werden die Blechstreifen abgelängt, d. h. auf die Länge geschnitten, welche zum Wickeln des Zahnringes (eine Lage oder zwei Lagen) benötigt wird. Anschließend wird in den noch ebenen Blechstreifen ein J-Profil eingeformt, was kontinuierlich auf einer Biegemaschine erfolgen kann. Danach wird das noch gerade ausgerichtete J-Profil zu einem offenen Kreisring gebogen. An den Kreisring werden unterschiedliche Stoßenden angeformt, je nachdem, ob das zweite Stoßende außerhalb oder innerhalb des ersten Stoßendes liegen soll. Im Falle, dass der Zahnring eine Bandage, d. h. eine zusätzliche innere oder äußere Wickellage erhalten soll, erfolgt ein dementsprechender Zuschnitt des Blechstreifens. Nach dem Wickeln des Zahnringes werden die Stoßenden stoffschlüssig miteinander verbunden, was vorzugsweise durch Schweißen erfolgt, aber auch durch Löten oder Kleben bewirkt werden kann. Gegebenenfalls wird gleichzeitig die Bandage mit dem Kragen des J-Profil stoffschlüssig verbunden, sodass ein geschlossener Zahnring entsteht, welcher in der Lage ist, die oben erwähnten Funktionen zu erfüllen. Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte können in der Reihenfolge vertauscht werden, z. B. kann das Ablängen auch nach dem Biegen des J-Profils erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnring
- 2
- Wicklung, innen
- 2a
- Wickelanfang
- 2b
- Wickelende
- 3
- J-Profil
- 3a
- erster Schenkel
- 3b
- zweiter Schenkel
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Zahn
- 6
- Zahnprofil
- 7
- erstes Stoßende
- 8
- zweites Stoßende
- 8a
- Überlappungsbereich
- 11
- Zahnring
- 12
- Wicklung, außen
- 12a
- Wickelanfang
- 12b
- Wickelende
- 13
- J-Profil
- 13a
- erster Schenkel
- 13b
- zweiter Schenkel
- 14
- Ausklinkung
- 15
- Zahn
- 16
- Zahnprofil
- 17
- erstes Stoßende
- 18
- zweites Stoßende
- 18a
- Überlappungsbereich (Zunge)
- 18b
- Schlitz
- 20
- Dichtungsbalg
- 21
- erster Abdichtungsbereich
- 22
- zweiter Abdichtungsbereich
- 23
- J-Profil
- 23a
- erster Schenkel
- 23b
- zweiter Schenkel
- 24
- Wellenschaft
- 25
- Kugelgelenk
- 26
- Kugelgelenkgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009043115 A1 [0003]
