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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse und zwei darüber angeordneten Zylinderbänken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Brennkraftmaschinen sind hinlänglich bekannt und belegen bereits ein breites Einsatzspektrum. Um dabei die Leistung der Brennkraftmaschine steigern zu können, ist üblicherweise ein Ladeluftkühler vorgesehen, der im Ansaugtrakt zwischen dem Verdichter eines Abgasturboladers und einem Einlassventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet ist und einen Teil der Wärme, die durch die Verdichtung der Ladeluft im Abgasturbolader entsteht, abführt.
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Ein für diesen Verwendungszweck verwendeter Ladeluftkühler ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 044 291 A1 bekannt, wobei dieser Ladeluftkühler mehrere aufeinander gestapelte und miteinander verbundene, insbesondere miteinander verlötete, längliche Scheiben aufweist, die einen Hohlraum zum Durchführen der Ladeluft in Längsrichtung der Scheiben und einen weiteren Hohlraum zum Durchführen eines Kühlmittels begrenzen, wobei die Scheiben jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss für die Ladeluft besitzen. Um dabei einen Ladeluftkühler schaffen zu können, der kostengünstig herstellbar ist und auch bei hohen Temperaturen eine lange Lebensdauer aufweist, erstreckt sich mindestens ein Kühlmittelanschluss teilweise um einen Anschluss für die zu kühlende Ladeluft herum.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere bei Großmotoren eine Leistungssteigerung bei gleichzeitig hoher Flexibilität erlaubt.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer großvolumigen und als Diesel-/Gasmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine mit zumindest zehn Litern Hubraum und zumindest drei Zylindern je Zylinderbank einen modular aufgebauten und als Gegenstromkühler ausgebildeten Ladeluftkühler, insbesondere einen Ladeluftkühler gemäß der
DE 10 2005 044 291 A1 , vorzusehen und dadurch eine hohe Kühlleistung bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf zu erzielen. Durch den geringen Bauraumbedarf erschließen sich bislang nicht nutzbare Bauräume, wodurch das Gesamtvolumen der Brennkraftmaschine insgesamt kleiner gehalten werden kann. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine besitzt dabei ein Kurbelgehäuse und zwei darüber angeordnete Zylinderbänke, wobei erfindungsgemäß ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der über jeweils eine Ladeluftleitung jeweils eine Zylinderbank mit verdichteter Ladeluft versorgt. Teilweise bedient auch ein Abgasturbolader beide Zylinderbänke. Des Weiteren ist erfindungsgemäß zumindest ein modular aufgebauter und als Gegenstromkühler ausgebildeter Ladeluftkühler vorgesehen, der beispielsweise mehrere Ladeluftkühlersegmente umfassen kann und der die in den beiden Ladeluftleitungen strömende Ladeluft vor dem Eintritt in die jeweilige Zylinderbank bzw. deren Zylinder kühlt. Der zumindest eine Ladeluftkühler weist dabei mehrere miteinander verbundene Stapelscheiben auf, wobei die Anzahl der Stapelscheiben in Abhängigkeit einer Zylinderanzahl gewählt ist. Durch den modular aufgebauten und als Gegenstromkühler ausgebildeten Ladeluftkühler kann dieser individuell in Abhängigkeit des Kühlbedarfs der jeweiligen Brennkraftmaschine durch eine einfache Steigerung bzw. Reduzierung der Ladeluftkühlersegmente bzw. der Anzahl der verwendeten Stapelscheiben flexibel angepasst werden. Durch den als Gegenstrom ausgebildeten Ladeluftkühler ist zudem eine äußerst effektive und leistungsstarke Kühlung der Ladeluft bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf möglich, wodurch insbesondere großvolumige Dieselbrennkraftmaschinen ohne weiteren Bauraumbedarf erstmals effektiv mit gekühlter Ladeluft versorgt werden können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der modular aufgebaute Ladeluftkühler zwei Ladeluftkühlersegmente auf, wovon jeweils eines mit einer zugehörigen Zylinderbank kommunizierend verbunden ist. Die Aufsplittung des Ladeluftkühlers in zwei oder aber auch mehr Ladeluftkühlersegmente, erlaubt eine noch größere Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des Ladeluftkühlers bzw. der einzelnen Ladeluftkühlersegmente desselben, wodurch es erstmals möglich ist, bislang für einen derartigen Ladeluftkühler nicht zugängliche Bauräume nunmehr für den Einbau eines solchen Ladeluftkühlers zu nutzen. Da ein solcher Ladeluftkühler, beispielsweise aus der
DE 10 2005 044 291 A1 zudem bereits auf kleinstem Bauraum eine hohe Kühlleistung erbringt, ist insbesondere auch die Anordnung eines derartigen Ladeluftkühlers bzw. dessen Ladeluftkühlersegmente zwischen den beiden Zylinderbänken oder stirnseitig davon denkbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind der Ladeluftkühler und/oder dessen Ladeluftkühlersegmente stehend oder liegend angeordnet. Für den Wärmeübertrag zwischen dem Kühlmittel und der Ladeluft ist es dabei unerheblich, ob der Ladeluftkühler stehend oder liegend angeordnet ist, wodurch sich wiederum neue, bislang nicht erreichbare, Bauräume erschließen lassen.
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Zweckmäßig sind die beiden Ladeluftkühlersegmente liegend und beabstandet zueinander angeordnet, wobei die beiden Ladeluftkühlersegmente außen jeweils einen vom Abgasturbolader kommenden Ladelufteingang einen zur zugehörigen Zylinderbank gehenden Ladeluftausgang aufweisen und wobei ein Abstand der beiden Ladeluftkühlersegmente in Abhängigkeit der Zylinderanzahl und der Anzahl der Stapelscheiben variiert. Weist die Brennkraftmaschine demzufolge beispielsweise mehr Zylinder auf, so werden einfach je Ladeluftkühlersegment mehr Stapelscheiben eingesetzt, wodurch sich der Abstand zwischen den beiden Ladeluftkühlersegmenten in der Mitte verringert. Hierdurch ist es möglich, die Anschlüsse an die Ladeluftleitung außen fix vorzusehen und die Leistung des jeweiligen Ladeluftkühlersegments durch eine Reduzierung bzw. Erhöhung der Anzahl der Stapelscheiben nach innen anzupassen.
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Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die beiden Ladeluftkühlersegmente ebenfalls liegend, aber miteinander in Kontakt stehend angeordnet, wobei die beiden Ladeluftkühlersegmente außen jeweils einen vom Abgasturbolader kommenden Ladelufteingang und einen zur zugehörigen Zylinderbank gehenden Ladeluftausgang aufweisen. Eine Anzahl der Stapelscheiben der jeweiligen Ladeluftkühlersegmente variiert dabei in Abhängigkeit der Zylinderanzahl in Richtung des Ladelufteingangs/Ladeluftausgangs. Der erfindungsgemäß Ladeluftkühler ist somit an einer Stirnseite und zudem mittig der beiden Zylinderbänke angeordnet, wobei eine Anzahl der jeweils eingesetzten Stapelscheiben von der Anzahl der Zylinder in der zugehörigen Zylinderbank abhängt. Erhöht sich die Anzahl der Zylinder je Zylinderbank, so wachsen die beiden Ladeluftkühlersegmente hinsichtlich ihrer Anzahl an Stapelscheiben nach außen, wobei lediglich die Kopplung mit dem Ladelufteingang und dem Ladeluftausgang entsprechend angepasst werden muss.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der modular aufgebaute Ladeluftkühler insgesamt vier Ladeluftkühlersegmente auf, die stehend und zu einer Achse der Brennkraftmaschine parallel und axial versetzt zueinander sowie zwischen den beiden Zylinderbänken angeordnet sind. Besonders die Anordnung der vier Ladeluftkühlersegmente zwischen den beiden Zylinderbänken ermöglicht die Nutzung eines bislang für einen Ladeluftkühler überhaupt nicht zugänglichen Bauraum, wobei die nahe Anordnung des Ladeluftkühlers an den Zylinderbänken zugleich die Länge der erforderlichen Rohrleitungen verkürzt und dadurch nicht nur den Bauraum reduziert, sondern zudem auch Ressourcen schont.
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Zweckmäßig sind zwei Ladeluftkühlersegmente als Hochtemperaturkühler und zwei Ladeluftkühlersegmente als Niedertemperaturkühler ausgebildet. In diesem Fall ist somit eine zweistufige Ladeluftkühlung mittels entsprechender Hochtemperatur- und Niedertemperaturkühler möglich, wodurch ebenfalls eine besonders effektive Ladeluftkühlung möglich ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ohne Ladeluftkühler zur Verdeutlichung der einzelnen Komponenten,
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2 eine Darstellung wie in 1 mit einem stehend eingebauten und stirnseitig der Zylinderbänke angeordneten Ladeluftkühler mit zwei Ladeluftkühlersegmenten,
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3 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem liegend eingebauten Ladeluftkühler, der stirnseitig der Zylinderbänke und mittig derselben angeordnet ist,
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4 eine Brennkraftmaschine mit einem liegend angeordneten Ladeluftkühler mit zwei Ladeluftkühlersegmenten, die bezüglich ihrer Außenseite fixiert sind und deren Abstand bezüglich der Kühlleistungserfordernisse variiert,
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5 eine Darstellung wie in 4, wobei die beiden Ladeluftkühlersegmente mittig und miteinander in Kontakt stehend angeordnet sind und bezüglich der geforderten Kühlleistung nach außen variieren,
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6 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler mit zwei Ladeluftkühlersegmenten, die liegend und mittig der beiden Zylinderbänke angeordnet sind,
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7 eine Darstellung wie in 6, jedoch mit stehend zwischen den beiden Zylinderbänken angeordneten Ladeluftkühlersegmenten,
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8 eine Darstellung wie in 7, jedoch mit einem Ladeluftkühler mit insgesamt vier Ladeluftkühlersegmenten,
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9 einen Ladeluftkühler bzw. ein Ladeluftkühlersegment, welches einen Ladelufteingang direkt mit Verdichter eines Abgasturboladers gekoppelt ist.
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Entsprechend den 1 bis 8 weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 ein Kurbelgehäuse 2 sowie zwei darüber angeordnete Zylinderbänke 3 und 4 auf. In den einzelnen Zylinderbänken 4 sind dabei jeweils zumindest drei Zylinder 5, hier vier Zylinder 5, angeordnet, wobei selbstverständlich auch mehr Zylinder 5 je Zylinderbank 3, 4 angeordnet sein können. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um einen Diesel-/Gasmotor mit zumindest zehn Litern Hubraum, so dass im vorliegenden Fall von Großmotoren die Rede ist. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 weist darüber hinaus einen Abgasturbolader 7 bzw. generell eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Brennkraftmaschine 1 auf. Dieser Abgasturbolader 7 ist lediglich in 1 dargestellt, jedoch in den anderen Figuren ebenso vorhanden. Der Abgasturbolader 7 ist dabei über Ladeluftleitungen 6 und einen Ladelufteingang 8 mit einem Ladeluftkühler 9 (vergleiche die 2 bis 8) verbunden, wobei der Ladeluftkühler 9 über einen Ladeluftausgang 10 und die Ladeluftleitung 6 mit den jeweiligen Zylinderbänken 3, 4 kommunizierend verbunden ist, so dass die vom Abgasturbolader 7 bzw. generell von der Ladeeinrichtung verdichtete Frischluft über die Ladeluftleitungen 6 und den Ladeluftkühler 9 den jeweiligen Zylinderbänken 3, 4 bzw. den darin angeordneten Zylindern 5 zuströmt. Betrachtet man die rechte Darstellung in 1, so sind dort Maße A, B, C dargestellt, wobei das Maß A eine Breite der Brennkraftmaschine 1 im Bereich der Zylinderbänke 3, 4, das Maß B einen Abstand der beiden Ladelufteingänge 8 sowie das Maß C einen Abstand der beiden Ladeluftausgänge 10 bezeichnet. Die gezeigten Maße A, B, C sind dabei bei sämtlichen gezeichneten Brennkraftmaschinen 1 gleich groß.
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Bezüglich des Ladelufteingangs 8 und des Ladeluftausgangs 10 soll gelten, dass mit den Bezugszeichen 8 und 10 sowohl ein Ladelufteingang 8 bzw. ein Ladeluftausgang 10 am Ladeluftkühler 9 bzw. den einzelnen Ladeluftkühlersegmenten 12, 13, 15 und 16 als auch das damit verbundene Gegenstück der Ladeluftleitung 6 bezeichnet ist.
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Erfindungsgemäß ist nun der Ladeluftkühler
9 modular aufgebaut und als Gegenstromkühler ausgebildet, der die in den beiden Ladeluftleitungen
6 strömende Ladeluft vor dem Eintritt in die jeweilige Zylinderbank
3,
4 kühlt. Darüber hinaus besitzt der zumindest eine Ladeluftkühler
9 mehrere miteinander verbundene Stapelscheiben
11, wobei die Anzahl der Stapelscheiben bzw. eine Höhe H der gestapelten Stapelscheiben
11 in Abhängigkeit einer Zylinderanzahl gewählt ist. Je größer somit die Anzahl an Zylindern
5 in der jeweiligen Zylinderbank
3,
4 ist, umso größer ist auch die Höhe H des Ladeluftkühlers
9 bzw. einzelner Ladeluftkühlersegmente
12,
13 (vergleiche die
2 bis
8) und damit die Leistungsfähigkeit des Ladeluftkühlers
9. Der Ladeluftkühler
9 kann dabei im Prinzip demjenigen aus der
DE 10 2005 044 291 A1 entsprechen.
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Betrachtet man beispielsweise die 2, so kann man erkennen, dass der modular aufgebaute Ladeluftkühler 9 zwei Ladeluftkühlersegmente 12, 13 aufweist, wovon jeweils eines mit einer zugehörigen Zylinderbank 3, 4 kommunizierend verbunden ist. Die Zuführungsleitungen bzw. Abführungsleitungen für Kühlmittel sind dabei der Übersichtlichkeit halber nicht mit eingezeichnet. Die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 sind dabei stirnseitig der Zylinderbänke 3, 4 angeordnet und stehend, das heißt mit im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Stapelscheiben 11. Betrachtet man die weitere erfindungsgemäße Variante der Brennkraftmaschine 1 gemäß der 3, so kann man erkennen, dass dort ein Ladeluftkühler 9 mit lediglich einem Ladeluftkühlersegment 12 vorgesehen ist, das ebenfalls stirnseitig der beiden Zylinderbänke 3, 4 und mittig derselben angeordnet ist. Mittig bedeutet in diesem Fall, dass der Ladeluftkühler 9 bzw. das Ladeluftkühlersegment 12 mittig bezüglich einer Achse 14 der Brennkraftmaschine 1 ausgerichtet ist, das heißt gemäß der 3 in der rechten Darstellung, dass sich der Ladeluftkühler 9 bezogen auf die Achse 14 gleich weit in Richtung der beiden Zylinderbänke 3, 4 erstreckt. Das gemäß der 3 dargestellte Ladeluftkühlersegment 12 ist dabei liegend angeordnet.
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Betrachtet man die in 4 dargestellte Variante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1, so kann man dort einen Ladeluftkühler 9 mit ebenfalls zwei Ladeluftkühlersegmenten 12, 13 erkennen, welche liegend und zugleich beabstandet zueinander angeordnet sind. Die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 weisen jeweils einen vom Abgasturbolader 7 kommenden Ladelufteingang 8 auf, der mit dem Ladelufteingang 8 der Ladeluftleitung 6 kommunizierend verbunden ist. In gleicher Weise besitzen die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 auch einen Ladeluftausgang 10, der mit dem Ladeluftausgang 10 der Ladeluftleitung 6 kommunizierend verbunden ist. Ein Abstand zwischen den beiden Ladeluftkühlersegmenten 12, 13 variiert dabei in Abhängigkeit der Zylinderanzahl und des damit einhergehenden Kühlbedarfs. Weist jede Zylinderbank 3, 4 beispielsweise mehr Zylinder 5 auf, so wachsen die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 in Richtung Mitte aufeinander zu. Eine ähnliche Darstellung zeigt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 gemäß der 5, wobei hier jedoch die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 stirnseitig und mittig der beiden Zylinderbänke 3, 4 angeordnet sind und je nach erforderlicher Kühlleistung nach außen in Richtung der Zylinderbänke 3, 4 wachsen. In diesem Fall sind somit die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 liegend und miteinander in Kontakt stehend angeordnet.
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Betrachtet man die Brennkraftmaschine 1 gemäß der 6, so weist diese ebenfalls zwei Ladeluftkühlersegmente 12, 13 auf, die jedoch gänzlich zwischen den beiden Zylinderbänken 3, 4 angeordnet sind. Zudem sind die Ladeluftkühlersegmente 12, 13 liegend angeordnet. Je nach erforderlichem Kühlbedarf bzw. je nach Anzahl an Zylindern 5 können dabei selbstverständlich auch noch mehr Ladeluftkühlersegmente 12, 13 aneinander gereiht werden.
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Gemäß der 7 ist eine Darstellung ähnlich der 6 gezeigt, wobei in diesem Fall die beiden Ladeluftkühlersegmente 12, 13 stehend angeordnet sind. In 8 sind insgesamt vier Ladeluftkühlersegmente 12, 13, 15 und 16 vorgesehen, die stehend zwischen den Zylinderbänken 3, 4 angeordnet sind. Dabei können beispielsweise die Ladeluftkühlersegmente 12, 13 als Hochtemperaturkühler 17 und die Ladeluftkühlersegmente 15, 16 als Niedertemperaturkühler 18 ausgebildet sein, wodurch ebenfalls eine besonders effektive und platzsparende Kühlung möglich ist. Die einzelnen Ladeluftkühlersegmente 12, 13, 15 und 16 sind dabei stehend parallel zur Achse 14 der Brennkraftmaschine 1 und axial versetzt zueinander zwischen den beiden Zylinderbänken 3, 4 angeordnet.
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Betrachtet man schließlich noch den Ladeluftkühler 9 gemäß der 9, so kann man erkennen, dass dieser bzw. das dort dargestellte Ladeluftkühlersegment 12 an seinem Ladelufteingang 8 direkt mit einem Verdichter 19 des Abgasturboladers 7 verbunden ist, wodurch die bislang in diesem Bereich vorgesehene Ladeluftleitung 6 eingespart werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005044291 A1 [0003, 0006, 0007, 0028]
