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Die Erfindung betrifft ein für die Verwendung in einem elektrischen Nockenwellenversteller geeignetes Wellgetriebe.
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Wellgetriebe arbeiten prinzipbedingt mit einem verformbaren Getriebeelement und sind in vielen Fällen als hochuntersetzte Stellgetriebe ausgelegt, wobei eine zu verstellende Abtriebswelle innerhalb eines beschränkten Winkelbereichs gegenüber einer Antriebsbaugruppe, welche ein Antriebsrad umfasst, zu verstellen ist. Die Beschränkung des Verstellbereichs zwischen der Abtriebswelle und der Antriebsbaugruppe kann grundsätzlich entweder mit Hilfe gesonderter Elemente, beispielsweise Anschlagscheiben, oder mit Hilfe von Elementen, die innerhalb des Wellgetriebes weitere Funktionen, insbesondere Lagerungsfunktionen, übernehmen, erfolgen.
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Bei einem aus der
DE 10 2016 220 916 A1 bekannten Hohlrad für ein Wellgetriebe ist ein Anschlagscheibenabschnitt zusätzlich zu einem Hohlradabschnitt vorhanden. Im Hohlradabschnitt befindet sich eine Innenverzahnung, welche umformtechnisch hergestellt ist. Weiter kann das bekannte Hohlrad Funktionsflächen aufweisen, welche als Axial- oder Radiallagerflächen ausgebildet sind.
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Die
DE 10 2004 062 072 A1 offenbart einen Nockenwellenversteller, bei welchem eine Anschlagscheibe den Verstellbereich begrenzt. Die Anschlagscheibe ist drehfest mit einem Antriebsrad verbunden und übernimmt zusätzlich eine Axiallagerungsfunktion. Als Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers kommt im Fall der
DE 10 2004 062 072 A1 ein Taumelscheibengetriebe zum Einsatz.
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Ein weiterer Nockenwellenversteller, bei welchem ein Anschlagelement zugleich eine Lagerungsfunktion übernimmt, ist aus der
EP 2 638 257 B1 bekannt. In diesem Fall weist ein Abtriebsring Anschlagnasen auf, welche mit Anschlagkonturen eines Antriebshohlrads zusammenwirken. Der Anschlag zwischen dem Abtriebsring und dem Antriebshohlrad ist hydraulisch gedämpft.
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Eine Anschlagdämpfung ist auch bei einem aus der
DE 10 2014 002 362 A1 bekannten Nockenwellenversteller gegeben. In diesem Fall ist die Anschlagdämpfung aktiv ausgebildet.
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Weitere Nockenwellenversteller, jeweils mit einem Wellgetriebe, sind zum Beispiel in den Dokumenten
DE 10 2016 217 051 A1 ,
WO 2017/041801 A1 ,
DE 10 2016 219 076 A1 und
DE 10 2015 217 291 A1 offenbart. Im letztgenannten Fall ist in eine zur Verbindung mit einer Nockenwelle vorgesehene Anschlagscheibe eine Unwuchtausgleichkontur integriert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes, kompakt aufgebautes Wellgetriebe anzugeben, welches sich durch eine besonders fertigungsfreundliche Gestaltung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Wellgetriebe weist ein Antriebselement auf, welches Teil einer Antriebsbaugruppe ist, die Ganzes drehbar ist. Weiter weist das Wellgetriebe ein nachgiebiges, außenverzahntes, gegenüber der Antriebsbaugruppe nicht verdrehbares Getriebeelement auf. Dieses Getriebeelement wirkt direkt mit einem innenverzahnten, topfförmigen Abtriebselement zusammen, welches begrenzt drehbar in der Antriebsbaugruppe gelagert ist. An einer Außenumfangsfläche des Abtriebselementes sowie an einer Innenumfangsfläche eines zur Antriebsbaugruppe gehörenden ersten Gehäuseelementes ist sowohl eine Radialgleitlagerung als auch eine in Umfangsrichtung wirksame Anschlagvorrichtung ausgebildet. Zugleich ist zwischen einer Stirnfläche des Abtriebselementes und einem zweiten der Antriebsbaugruppe zuzurechnenden Gehäuseelement eine Axiallagerung gebildet.
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Das Abtriebselement vereint somit folgende Funktionen:
- - Direkte Zusammenwirkung mit dem nachgiebigen Getriebeelement,
- - Verdrehwinkelbegrenzung gegenüber der Antriebsbaugruppe,
- - Radialgleitlagerung in der Antriebsbaugruppe,
- - Axialgleitlagerung in der Antriebsbaugruppe.
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Was den zweiten und dritten Punkt (Anschlag in Umfangsrichtung des Abtriebselementes und damit des gesamten Wellgetriebes; Radialgleitlagerung) betrifft, wirkt das Abtriebselement mit ein und demselben Gehäuseelement der Antriebsbaugruppe zusammen. Was den vierten Punkten, das heißt die Axiallagerung des Abtriebselementes in der Antriebsbaugruppe, betrifft, ist dagegen eine direkte Zusammenwirkung zwischen dem Abtriebselement und dem zweiten Gehäuseelement gegeben. Eine Axiallagerfunktion zwischen dem Abtriebselement und dem ersten Gehäuseelement ist nicht vorhanden. Diese Entkopplung verschiedener Gleitlagerfunktionen kommt zum einen der Montierbarkeit des Wellgetriebes zugute und erleichtert zum anderen die beanspruchungsgerechte Auslegung der einzelnen Getriebekomponenten.
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Die zwischen dem Abtriebselement und dem ersten Gehäuseelement wirksame Anschlagvorrichtung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass sie axiale Verlagerungen zwischen den beiden genannten Elementen nicht behindert. Dies bedeutet, dass das Abtriebselement komplett durch das erste Gehäuseelement hindurchgeschoben werden könnte, sofern man die beiden genannten Elemente isoliert betrachtet. In vorteilhafter Ausgestaltung erstreckt sich die Anschlagvorrichtung - in Axialrichtung des Wellgetriebes betrachtet - über eine komplette, ansonsten im Wesentlichen zylindrische Innenkontur des ersten Gehäuseelementes sowie die komplette Außenkontur des Abtriebselementes. Auf diese Weise werden Kräfte, die beim Erreichen einer Anschlagposition der zu verstellenden Welle auftreten können, großflächig in die Antriebsbaugruppe eingeleitet.
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Im Vergleich zum ersten Gehäuseelement ist das zweite Gehäuseelement vorzugsweise dünnwandiger gestaltet. Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Gehäuseelement um ein Blechteil handeln. Für die Fertigung des ersten Gehäuseelementes kommen zum Beispiel spanabhebende oder urformende, insbesondere pulvermetallurgische, Verfahren in Betracht. Entsprechendes gilt für die Fertigung des topfförmigen Abtriebselementes. Bei dem mit dem Abtriebselement direkt zusammenwirkenden, nachgiebigen Getriebeelement handelt es sich in bevorzugter Ausgestaltung um eine Kragenhülse, das heißt ein hülsenförmiges Bauteil mit einem radial nach außen gerichteten Kragen.
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Das Antriebselement des Wellgetriebes wird in typischen Ausgestaltungen durch einen Ketten- oder Riementrieb angetrieben. Hierbei ist das erste Gehäuseelement vorzugsweise einstückig mit einem Antriebsrad, das heißt Ketten- oder Riemenrad, ausgebildet. Alternativ kann die Antriebsbaugruppe beispielsweise mittels eines Zahnradgetriebes angetrieben sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Antriebsbaugruppe zusätzlich zum ersten und zweiten Gehäuseelement ein drittes Gehäuseelement, welches auf der dem zweiten Gehäuseelement abgewandten Stirnseite des ersten Gehäuseelementes angeordnet ist. Ebenso wie das zweite Gehäuseelement ist auch das dritte Gehäuseelement vorzugsweise als Blechteil ausgebildet. Beim dritten Gehäuseelement kann es sich um ein Motorgehäuse eines Elektromotors handeln, welcher zur Betätigung des Wellgetriebes vorgesehen ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils in vereinfachter Darstellung:
- 1 ein Wellgetriebe in Schnittdarstellung,
- 2 das Wellgetriebe in einer weiteren Schnittdarstellung,
- 3 Komponenten des Wellgetriebes in geschnittener Darstellung,
- 4 die Anordnung nach 3 in einer weiteren Ansicht,
- 5 ein Detail aus 4,
- 6 und 7 ein Abtriebselement des Wellgetriebes in perspektivischer Darstellung,
- 8 und 9 ein Gehäuseelement des Wellgetriebes in perspektivischer Darstellung.
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Ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Wellgetriebe kommt als Stellgetriebe eines elektrischen Nockenwellenverstellers in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Das Wellgetriebe 1 umfasst eine Antriebsbaugruppe 2, welche als Ganzes drehbar ist und um eine mit R bezeichnete Rotationsachse rotiert. Die Rotationsachse R, das heißt Mittelachse des Wellgetriebes 1, ist mit der Rotationsachse der zu verstellenden Nockenwelle identisch.
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Die Antriebsbaugruppe 2 umfasst ein erstes Gehäuseelement 3, welches im Ausführungsbeispiel einstückig mit einem Riemenrad als Antriebselement 4 ausgebildet ist. Statt des Riemenrades 4 könnte mit gleicher Funktion auch ein Kettenrad verwendet werden. In jedem Fall rotiert das Antriebselement 4 in an sich bekannter Weise mit halber Kurbelwellendrehzahl des Verbrennungsmotors.
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Weiterhin umfasst die Antriebsbaugruppe 2 ein zweites Gehäuseelement 5, welches im Unterschied zum ersten Gehäuseelement 3 als Blechteil ausgebildet ist. Auf der dem zweiten Gehäuseelement 5 abgewandten Stirnseite des ersten Gehäuseelementes 3 ist mit diesem ein nachgiebiges Getriebeelement 6 verbunden, welches als Kragenhülse ausgeführt ist.
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Konzentrisch innerhalb des ersten Gehäuseelementes 3 ist ein als Hohlrad ausgeführtes Abtriebselement 7 angeordnet. Das Hohlrad 7 ist im Ausführungsbeispiel ebenso wie das erste Gehäuseelement 3 als Sinterteil ausgeführt. Auf derjenigen Stirnseite des ersten Gehäuseelementes 3, welche dem zweiten Gehäuseelement 5 und damit auch der zu verstellenden Nockenwelle abgewandt ist, befindet sich ein drittes Gehäuseelement 8, welches ebenso wie das zweite Gehäuseelement 5 aus Blech gefertigt ist und ebenfalls der Antriebsbaugruppe 2 zuzurechnen ist. Bei dem dritten Gehäuseelement 8 handelt es sich um das Motorgehäuse eines Elektromotors, mit welchem das Wellgetriebe 1 betrieben wird. Die beiden aus Blech gefertigten Gehäuseelemente 5, 8 sind mit Hilfe von Dichtungen 9, 10 gegenüber dem ersten Gehäuseelement 3 abgedichtet. Die Dichtungen 9, 10 liegen in Nuten 33, 34 des ersten Gehäuseelementes 3 ein. Die beiden Gehäuseelemente 5, 8 sind mit Hilfe von Nietverbindungen 40 am ersten Gehäuseelement 3 befestigt, wobei sich jeweils ein Nietelement durch die beiden Gehäuseelemente 5, 8 sowie das zwischen diesen Gehäuseelementen 5, 8 liegende Gehäuseelement 3 hindurch erstreckt.
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Die Kragenhülse 6 ist innerhalb des mit Hilfe der Dichtungen 9, 10 abgedichteten Innenraums des Wellgetriebes 1 mit dem ersten Gehäuseelement 3 verbunden. Hierbei liegt der mit 11 bezeichnete Kragen des nachgiebigen Getriebeelementes 6 an einer ringförmigen, stirnseitigen Fläche des ersten Gehäuseelementes 3 an. Der Kragen 11, welcher in einer zur Rotationsachse R normalen Ebene liegt, geht an seinem inneren Rand über in einen hülsenförmigen Abschnitt 12, welcher eine Außenverzahnung 13 trägt. Die Außenverzahnung 13, welche durch umformende Verfahren herstellbar ist, greift partiell in eine Innenverzahnung 14 des Abtriebselementes 7 ein. Die Innenverzahnung 14 befindet sich an der Innenumfangsfläche eines zylindrischen Abschnitts 15 des Abtriebselementes 7.
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An der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 15 ist ein Radialgleitlager 16 zwischen dem Abtriebselement 7 und dem ersten Gehäuseelement 3 gebildet. Zwischen dem ersten Gehäuseelement 3 und dem Abtriebselement 7 ist keinerlei axiale Lagerungsfunktion gegeben. Die durch das erste Gehäuseelement 3 bereitgestellte, direkt mit dem Abtriebselement 7 zusammenwirkende Gleitlagerfläche ist durch einen inneren Abschnitt 17 des ersten Gehäuseelementes 3 gebildet. An den inneren Abschnitt 17 schließt sich nach außen ein Scheibenabschnitt 18 an. Der Scheibenabschnitt 18 wiederum geht einstückig über in das Antriebselement 4. Im Querschnitt ist durch die Abschnitte 17, 18, 4 des ersten Gehäuseelementes 3 damit eine Doppel-T-Form beschrieben.
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Das Abtriebselement 7 weist im Wesentlichen eine Topfform auf, wobei sich an den zylindrischen Abschnitt 15 ein nicht geschlossener Boden 19 anschließt. Der Boden 19 weist in seiner Mitte einen Zapfen 20 auf, welcher in die nicht dargestellte, zu verstellende Nockenwelle eingesteckt ist. Eine das Abtriebselement 7 mit der Nockenwelle verbindende Zentralschraube, welche den hohlen Zapfen 20 durchdringt, ist ebenfalls nicht dargestellt.
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Eine Axiallagerung 21 zwischen der Antriebsbaugruppe 2 und dem Abtriebselement 7 ist unmittelbar zwischen dem Boden 19 und einem inneren Scheibenabschnitt 22 des zweiten Gehäuseelementes 5 gebildet. In der entgegengesetzten Richtung ist das Abtriebselement 7 durch einen Axiallagering 41, der im ersten Gehäuseelement 3 gehalten ist, gesichert. Der Axiallagerring 41 befindet sich radial außerhalb des hülsenförmigen Abschnitts 12 und - in Axialrichtung betrachtet - zwischen dem Kragen 11 und der dem Boden 19 gegenüberliegenden Stirnseite des Abtriebselementes 7.
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Der ringförmige Scheibenabschnitt 22 geht an seinem inneren Rand in einen inneren Hülsenabschnitt 23 über, welcher den Zapfen 20 konzentrisch umgibt. An den äußeren Rand des inneren Scheibenabschnitts 22 schließt ein mittlerer Hülsenabschnitt 24 an, welcher - in Axialrichtung des Wellgetriebes 1 betrachtet - entgegen dem inneren Hülsenabschnitt 23 aus der Ebene, in welcher sich der innere Scheibenabschnitt 22 befindet, herausragt. Ein an den mittleren Hülsenabschnitt 24 anschließender äußerer Scheibenabschnitt 25 liegt in einer zum inneren Scheibenabschnitt 22 parallelen, ebenfalls zur Rotationsachse R normalen Ebene. Insgesamt weist das zweite Gehäuseelement 5 damit eine mehrfach gestufte Form auf. In ähnlicher Weise ist das dritte Gehäuseelement 8 mehrfach gestuft. Im ersten Gehäuseelement 3 befinden sich Bohrungen 38 zur Befestigung der Gehäuseelemente 5, 8 mittels der am Umfang des Scheibenabschnitts 18 verteilten Nietverbindungen 40. Die Bohrungen 38 befinden sich radial - bezogen auf die Rotationsachse R - außerhalb der Dichtungen 9, 10.
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Ein im Innenraum des Wellgetriebes 1 angeordneter Wellgenerator 26 dient der Verformung des nachgiebigen Getriebeelementes 6. Der Wellgenerator 26 umfasst ein Kugellager 27 mit einem Innenring 28, Wälzkörpern, das heißt Kugeln 29, die in einem Käfig 30 geführt sind, sowie einem Außenring 31. Der Innenring 28 ist in sich starr und weist eine nicht kreisrunde, elliptische Form auf. Der Außenring 31 ist im Gegensatz zum Innenring 28 nachgiebig und passt sich permanent der unrunden Form des Innenrings 28 an. Hierdurch wird die Außenverzahnung 13 lediglich an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen in Eingriff mit der Innenverzahnung 14 gebracht. Durch eine geringfügig, nämlich um zwei, unterschiedliche Zähnezahl der Innenverzahnung 14 einerseits und der Außenverzahnung 13 andererseits wird eine volle Umdrehung des Innenrings 28 in an sich bekannter Weise in eine vergleichsweise geringe Verschwenkung des Abtriebselementes 7 gegenüber der Antriebsbaugruppe 2 umgesetzt.
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Der Bereich, in welchem das Abtriebselement 7 gegenüber der Antriebsbaugruppe 2 verschwenkbar ist, ist durch eine Anschlagvorrichtung 32 begrenzt. Die Anschlagvorrichtung 32, welche den mit α bezeichneten Schwenkwinkel zwischen dem Abtriebselement 7 und der Antriebsbaugruppe 2 limitiert, ist durch Konturen einerseits des Abtriebselementes 7 und andererseits des ersten Gehäuseelementes 3 realisiert. Der Anschlagvorrichtung 32 zuzurechnen sind Vorsprünge 35 an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 15 des Abtriebselementes 7 sowie radial nach innen gerichtete Anschlagelemente 36 des ersten Gehäuseelementes 3. Die Vorsprünge 35 sowie die Anschlagelemente 36 erstrecken sich in Axialrichtung über die gesamte Breite der Außenumfangsfläche des Abtriebselementes 7 beziehungsweise der Innenumfangsfläche des ersten Gehäuseelementes 3. Im Ausführungsbeispiel sind die Vorsprünge 35 - in Umfangsrichtung betrachtet - breiter als die Anschlagelemente 36. Das Radialgleitlager 16 ist zwischen den Vorsprüngen 35 und der Innenumfangsfläche des inneren Abschnitts 17 des ersten Gehäuseelementes 3 gebildet. Dagegen sind die Anschlagelemente 36 geringfügig von dem zylindrischen Abschnitt 15 des Abtriebselementes 7 abgehoben. Abgewandelte Ausführungsformen, in welchen die Gleitlagerung zwischen den Anschlagelementen 36 und dem Abtriebselement 7 gebildet ist, sind ebenfalls realisierbar.
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Die dreidimensionale Form des Abtriebselementes 7 einschließlich der Vorsprünge 35 sowie des ersten Gehäuseelementes 3 einschließlich der Anschlagelemente 36 geht aus den 6 bis 9 hervor. Eine in 6 erkennbare Sternstruktur 37 auf der Innenseite des Bodens 19, welche durch drei sternförmig um die Rotationsachse R angeordnete, zum Zapfen 20 hin laufende Rillen gebildet ist, begünstigt die Verteilung von Schmiermittel im Innenraum des Wellgetriebes 1. In 8 erkennbare Zapfen 39, welche an einer Stirnseite des ersten Gehäuseelementes 3 jeweils an ein Anschlagelement 36 anschließen, unterstützen die Fixierung des zweiten Gehäuseelementes 5 am ersten Gehäuseelement 3.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebsbaugruppe
- 3
- erstes Gehäuseelement
- 4
- Riemenrad, Antriebselement
- 5
- zweites Gehäuseelement
- 6
- nachgiebiges Getriebeelement, Kragenhülse
- 7
- Abtriebselement, Hohlrad
- 8
- drittes Gehäuseelement
- 9
- Dichtung
- 10
- Dichtung
- 11
- Kragen
- 12
- hülsenförmiger Abschnitt
- 13
- Außenverzahnung
- 14
- Innenverzahnung
- 15
- zylindrischer Abschnitt
- 16
- Radialgleitlager
- 17
- innerer Abschnitt
- 18
- Scheibenabschnitt
- 19
- Boden
- 20
- Zapfen
- 21
- Axiallagerung
- 22
- innerer Scheibenabschnitt
- 23
- innerer Hülsenabschnitt
- 24
- mittlerer Hülsenabschnitt
- 25
- äußerer Scheibenabschnitt
- 26
- Wellgenerator
- 27
- Kugellager
- 28
- Innenring
- 29
- Wälzkörper
- 30
- Käfig
- 31
- Außenring
- 32
- Anschlagvorrichtung
- 33
- Nut
- 34
- Nut
- 35
- Vorsprung
- 36
- Anschlagelement
- 37
- Sternstruktur
- 38
- Bohrung
- 39
- Zapfen
- 40
- Nietverbindung
- 41
- Axiallagerring
- α
- Schwenkwinkel
- R
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016220916 A1 [0003]
- DE 102004062072 A1 [0004]
- EP 2638257 B1 [0005]
- DE 102014002362 A1 [0006]
- DE 102016217051 A1 [0007]
- WO 2017/041801 A1 [0007]
- DE 102016219076 A1 [0007]
- DE 102015217291 A1 [0007]
