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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Planetenraddifferential, welches zumindest ein Hohlrad mit einer Hohlradverzahnung, zumindest ein Sonnenrad mit einer Sonnenradverzahnung, Planetenräder, welche einerseits mit der Hohlradverzahnung und andererseits mit der Sonnenradverzahnung in Eingriff stehen und einen Planetenradträger, an welchem die Planetenräder drehbar gelagert sind, aufweist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Planetenraddifferential für einen Antriebsstrang sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang.
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Derartige Antriebsstränge sind in der Kraftfahrzeugherstellung und insbesondere in der Serienfertigung, weit verbreitet und werden eingesetzt, um eine Drehmomentaufteilung, beispielsweise eines Antriebsdrehmoments über das Planetenraddifferential zu bewerkstelligen. Je nach Bauform können verschiedene Drehmomentaufteilungen auf ein Sonnenrad, Planetenräder sowie ein Hohlrad des Planetenraddifferentials vorgegeben werden.
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Aus der
DE 39 38 888 A1 ist ein Verteilergetriebe mit einem Planetengetriebe bekannt. Das Planetengetriebe dient zur Aufteilung von Drehmoment auf eine Abtriebswelle für eine Vorderachse und eine Hinterachse. Ein Abtrieb zur Hinterachse erfolgt über eine, trieblich mit einem Hohlrad des Planetengetriebes verbundene Abtriebswelle, während ein Abtrieb für die Vorderachse über ein Sonnenrad des Planetengetriebes sowie über die Abtriebswelle erfolgt.
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Die
DE 10 2009 032 286 A1 beschreibt ein Stirnraddifferenzial mit einer ersten Sonne und einer zweiten Sonne, wobei der ersten Sonne ein erster Satz Planetenräder und der zweiten Sonne ein zweiter Satz Planetenräder zugeordnet ist.
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Aus der
CH 237300 A ist ein selbstsperrendes Stirnräder-Ausgleichsgetriebe bekannt. Das Ausgleichsgetriebe weist Ausgleichsräder auf, deren Verzahnung als Stumpfverzahnung ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welche ein besonders flexibel einsetzbares Planetenraddifferential aufweist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planetenraddifferential für einen derartigen Antriebsstrang sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Antriebsstrang bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Planetenraddifferential gemäß Patentanspruch 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Die Erfindung geht von einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Planetenraddifferential aus. Das Planetenraddifferential weist zumindest ein Hohlrad mit einer Hohlradverzahnung, zumindest ein Sonnenrad mit einer Sonnenradverzahnung, Planetenräder, welche einerseits mit der Hohlradverzahnung und andererseits mit der Sonnenradverzahnung in Eingriff stehen und einen Planetenradträger, an welchem die Planetenräder drehbar gelagert sind, auf. Das Planetenraddifferential kann beispielsweise als Stirnraddifferenzial ausgebildet sein wobei dementsprechend die Hohlradverzahnung, die Sonnenradverzahnung sowie jeweilige Planetenradverzahnungen der Planetenräder als jeweilige Stirnradverzahnungen ausgestaltet sein können. Das Planetenraddifferential ermöglicht die Anordnung der Planetenräder sowie des Sonnenrades innerhalb des Hohlrades, wodurch insgesamt eine besonders kompakte Anordnung erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung die gleiche Anzahl an jeweiligen Zahnradzähnen aufweisen. Mit anderen Worten kann die Hohlradverzahnung eine bestimmte Anzahl an Hohlradzähnen aufweisen, welche einer entsprechenden Anzahl an Sonnenradzähnen der Sonnenradverzahnung entspricht. Der Planetenradträger kann durch eine Antriebsmaschine, beispielsweise durch eine Verbrennungskraftmaschine oder durch einen Elektromotor des Antriebsstrangs angetrieben werden, also mit der entsprechenden Antriebsmaschine drehmomentübertragend gekoppelt oder koppelbar sein. Zwischen der Antriebsmaschine und dem Planetenradträger kann hierzu eine schaltbare Kupplung angeordnet sein.
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Durch die gleichen Anzahlen an jeweiligen Zahnradzähnen sind auch jeweilige Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern sowie zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad gleich. Aufgrund der jeweils gleichen Anzahl an jeweiligen Zahnradzähnen kann ein, von der Antriebsmaschine bereitgestelltes Antriebsdrehmoment über den Planetenradträger und die Planetenräder gleichmäßig auf das Hohlrad und das Sonnenrad aufgeteilt werden, sodass das Sonnenrad und das Hohlrad mit dem jeweils gleichen Momentenanteil, beispielsweise des Antriebsmoments angetrieben werden können. Dadurch ist es möglich, mittels des Hohlrades und des Sonnenrades sogar einander gegenüberliegende Antriebsräder einer Achse des Antriebsstranges anzutreiben, sodass das Planetenraddifferential sogar als Achsdifferential eingesetzt werden. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Differentialgetrieben kann das Planetenraddifferential also nicht nur zur Momentenverteilung zwischen jeweiligen Vorderachsen und Hinterachsen des Antriebsstranges, sondern auch zur Momentenverteilung zwischen axial miteinander fluchtenden Antriebsrädern einer einzigen Achse verwendet werden, wodurch das Planetenraddifferential insgesamt besonders flexibel einsetzbar ist.
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Die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung können eine jeweilige Zähneanzahl der jeweiligen Zahnradzähne im Bereich von beispielsweise 50 bis 200 Zähnen aufweisen. Die Planetenräder können eine jeweilige Planetenradzähnezahl im Bereich von beispielsweise 10 bis 30 Zähnen aufweisen. Derartige Zähnezahlen ermöglichen eine besonders kompakte Ausgestaltung des Planetenraddifferentials sowie eine besonders bedarfsgerechte Leistungsverteilung beispielsweise von dem Planetenradträger auf das Sonnenrad und das Hohlrad. Durch die kompakte Bauform, ergibt sich eine Massereduzierung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Achsdifferenzialen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung den gleichen Modul auf. Mit anderen Worten können die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung dadurch die gleiche Zahnradteilung (Abstand zweier benachbarter Zähne) aufweisen. Der Modul stellt ein Maß für die jeweilige Größe der Hohlradzähne der Hohlradverzahnung bzw. der Sonnenradzähne der Sonnenradverzahnung dar. Dadurch, dass die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung den gleichen Modul aufweisen, kann eine besonders gleichmäßige Lasteinleitung von den Planetenrädern in die Hohlradverzahnung sowie in die Sonnenradverzahnung beim Antreiben des Planetenraddifferentials erzielt werden. Der Modul kann bevorzugt in einem Modulbereich von 0,5 mm bis 2,5 mm liegen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zumindest die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung als jeweilige Stumpfverzahnungen ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da durch das Ausbilden als Stumpfverzahnung eine besonders große Konstruktionsfreiheit bei der Ausgestaltung des Planetenraddifferentials besteht. Bevorzugt sind die jeweiligen Stumpfverzahnungen als gewalzte Stumpfverzahnungen ausgebildet, welche unter besonders geringem Herstellungsaufwand und damit besonders kostengünstig herstellbar sind. Unter „gewalzte Stumpfverzahnung“ ist insbesondere eine durch Walzen umgeformte Stumpfverzahnung zu verstehen. Die jeweiligen Stumpfverzahnungen können also durch ein, das Hohlrad bzw. das Sonnenrad zumindest bereichsweise umformendes Walzverfahren hergestellt sein. Durch die Stumpfverzahnung kann in besonders vorteilhafter Weise eine große Profilverschiebung der jeweiligen Verzahnungen erreicht werden, da die Stumpfverzahnung eine große Gestaltungsfreiheit bei der Wahl von Unterschnittgrenze und Spitzengrenze der Verzahnungen ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die jeweiligen Stumpfverzahnungen eine jeweilige Zahnhöhe auf, welche kleiner als das 1,2fache des Moduls, insbesondere kleiner als der Modul ist. Dies ist von Vorteil, da Stumpfverzahnungen mit einer derart geringen Zahnhöhe insgesamt besonders kompakt ausgebildet werden können. Je kleiner die Zahnhöhe ist, desto kleiner kann das Planetenraddifferential in dessen radialer Erstreckungsrichtung dimensioniert sein, sodass das Planetenraddifferential insgesamt besonders platzsparend im Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Des Weiteren kann durch diese Zahnhöhe ebenfalls eine Massereduktion im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Achsdifferentialen erzielt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Planetenräder unter Aufhebung von Axialkräften mit der Hohlradverzahnung und der Sonnenradverzahnung in Eingriff. Dies ist von Vorteil, da somit insgesamt besonders geringe Lagerkräfte, beispielsweise auf jeweilige Lagerbolzen wirken, mittels welchen die Planetenräder an dem Planetenradträger drehbar aufgenommen sein können. Die Aufhebung der Axialkräfte kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass jeweilige Verzahnungsschrägungswinkel der Hohlradverzahnung und der Sonnenradverzahnung derart gewählt und aufeinander abgestimmt sein können, dass sich zwischen der Hohlradverzahnung und den Planetenrädern wirkende, erste Axialkräfte und zwischen der Sonnenradverzahnung und den Planetenrädern wirkende, zweite Axialkräfte gegenseitig aufheben können.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Hohlradverzahnung und die Sonnenradverzahnung als jeweilige Schrägverzahnung, Doppelschrägverzahnung, Pfeilverzahnung, Bogenverzahnung oder Doppelwinkelverzahnung ausgebildet. Diese Verzahnungsarten sind von Vorteil, da durch jeweilige Schrägungswinkel dieser Verzahnungsarten eine geringe Profilüberdeckung zumindest weitgehend ausgeglichen und vorteilhafterweise eine Sprungüberdeckung generiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Hohlrad mit einem ersten Antriebsrad des Antriebsstranges und das Sonnenrad mit einem zweiten Antriebsrad des Antriebsstranges drehmomentübertragend gekoppelt. Durch diese Koppelung ist eine besonders günstige Lastverteilung über das Planetenraddifferential gegeben, indem das radial außen liegende Hohlrad das erste Antriebsrad und das radial innen liegende Sonnenrad das zweite Antriebsrad antreibt. Das Planetenraddifferential kann vorzugsweise als Achsdifferential einer Achse ausgestaltet sein, durch welches die beiden axial miteinander fluchtenden Antriebsräder angetrieben werden können. Die Achse kann beispielsweise als Vorderachse oder als Hinterachse des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Hohlrad eine Außenverzahnung auf, über welche das Hohlrad drehmomentübertragend mit dem ersten Antriebsrad gekoppelt ist und das Sonnenrad weist eine Innenverzahnung auf, über welche das Sonnenrad drehmomentübertragend mit dem zweiten Antriebsrad gekoppelt ist. Dies ist von Vorteil, da über die Außenverzahnung des Hohlrades bzw. die Innenverzahnung des Sonnenrades eine besonders platzsparende und unmittelbare Übertragung von Drehmoment an die jeweiligen Antriebsräder ermöglicht ist. Die Außenverzahnung kann mit einem, mit dem ersten Antriebsrad gekoppelten Hohlwellenelement, welches beispielsweise eine Glockenform aufweisen kann, und welches eine zu der Außenverzahnung komplementäre Hohlwelleninnenverzahnung aufweisen kann, in Eingriff sein. Die Innenverzahnung kann mit einem mit dem zweiten Antriebsrad gekoppelten Wellenelement, welches eine zu der Innenverzahnung komplementäre Wellenaußenverzahnung aufweisen kann, in Eingriff sein. Die Innenverzahnung und die Wellenaußenverzahnung des Wellenelements können bevorzugt eine Welle-Nabe-Verbindung in Form einer Steckverzahnung bilden. Es können jedoch auch weitere Verbindungsarten wie beispielsweise polygonale Verbindungen sowie Schweißkonstruktionen gewählt werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Planetenraddifferential für einen Antriebsstrang. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Planetenraddifferential und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang und dem erfindungsgemäßen Planetenraddifferential vorgestellten Merkmale sowie deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend im Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Perspektivansicht eines Antriebsstrangs mit einem Planetenraddifferential, welche in einem Kraftfahrzeug angeordnet sind.
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Die Fig. zeigt ein vorliegend lediglich schematisch angedeutetes Kraftfahrzeugs 100 mit einem Antriebsstrang 10, welcher ein Planetenraddifferential 20 aufweist. Das Planetenraddifferential 20 ist vorliegend als Achsdifferential ausgestaltet und dient zum Antreiben zweier, axial fluchtend miteinander angeordneter Antriebsräder 96, 98 einer Antriebsachse des Antriebsstrangs 10.
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Das Planetenraddifferential 20 weist ein Hohlrad 30 mit einer Hohlradverzahnung 32, ein Sonnenrad 50 mit einer Sonnenradverzahnung 52, drei Planetenräder 70, 72, 74, welche über jeweilige Planetenradverzahnungen 76 einerseits mit der Hohlradverzahnung 32 und andererseits mit der Sonnenradverzahnung 52 in Eingriff stehen sowie einen Planetenradträger 80 auf, an welchem die Planetenräder 70, 72, 74 über jeweilige Lagerbolzen 82 drehbar gelagert sind. Die Hohlradverzahnung 32 umfasst Hohlradzähne 34 und die Sonnenradverzahnung 52 umfasst Sonnenradzähne 54. Die Anzahl der Hohlradzähne 34 und der Sonnenradzähne 54 ist identisch, sodass die Hohlradverzahnung 32 und die Sonnenradverzahnung 52 dementsprechend die gleiche Anzahl an jeweiligen Zahnradzähnen (Hohlradzähne 34, Sonnenradzähne 54) aufweisen. Des Weiteren weisen die Hohlradverzahnung 32 und die Sonnenradverzahnung 52 den gleichen Modul auf.
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Die Hohlradverzahnung 32 und die Sonnenradverzahnung 52 sind als jeweilige Stumpfverzahnungen und insbesondere als gewalzte Stumpfverzahnungen ausgebildet. Durch die jeweilige Stumpfverzahnung kann in besonders vorteilhafter Weise eine große Profilverschiebung der jeweiligen Verzahnungen erreicht werden, da die Stumpfverzahnung eine große Gestaltungsfreiheit bei der Wahl der Unterschnittgrenze und Spitzengrenze der Verzahnungen ermöglicht.
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Die jeweiligen Stumpfverzahnungen weisen eine Zahnhöhe auf, welche kleiner als das 1,2fache des Moduls sein kann. Insbesondere kann die Zahnhöhe der jeweiligen Stumpfverzahnungen kleiner als der Modul der Hohlradverzahnung 32 und der Sonnenradverzahnung 52 sein, wodurch das Planetenraddifferential 20 insgesamt zumindest in dessen Radialerstreckungsrichtung besonders kompakt ausgestaltet sein kann.
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Die Planetenräder 70, 72, 74 sind unter Aufhebung von Axialkräften über die jeweiligen Planetenradverzahnungen 76 mit der Hohlradverzahnung 32 und der Sonnenradverzahnung 52 in Eingriff. Hierzu sind die Hohlradverzahnung 32 und die Sonnenradverzahnung 52 als komplementäre Verzahnungen ausgestaltet. Die Hohlradverzahnung 32 und die Sonnenradverzahnung 52 können dementsprechend als zueinander komplementäre Verzahnungsarten, zu welchen eine Schrägverzahnung, eine Doppelschrägverzahnung, eine Pfeilverzahnung, eine Bogenverzahnung oder eine Doppelwinkelverzahnung gehören können, ausgestaltet sein.
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Wie in der Fig. erkennbar ist, ist das Hohlrad 30 mit dem ersten Antriebsrad 96 des Antriebsstranges 10 und das Sonnenrad 50 mit dem zweiten Antriebsrad 98 des Antriebsstranges 10 drehmomentübertragend gekoppelt. Hierzu weist das Hohlrad 30 eine Außenverzahnung 40 auf, über welche das Hohlrad 30 drehmomentübertragend mit dem ersten Antriebsrad 96 gekoppelt ist. Das Sonnenrad 50 weist hingegen eine Innenverzahnung 60 auf, über welche das Sonnenrad 50 drehmomentübertragend mit dem zweiten Antriebsrad 98 gekoppelt ist.
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Über die Außenverzahnung 40 kann Drehmoment an ein Hohlwellenelement 36, welches mit dem ersten Antriebsrad 96 gekoppelt ist, übertragen werden. Das Hohlwellenelement 36 kann bereichsweise glockenförmig ausgestaltet sein, sodass das Hohlrad 30 durch das Hohlwellenelement 36 zumindest bereichsweise umschlossen sein kann. Die Innenverzahnung 60 des Sonnenrads 50 kann hingegen mit einem Wellenelement 56 drehmomentübertragend gekoppelt sein, wobei das Wellenelement 56 mit dem zweiten Antriebsrad 98 gekoppelt sein kann, wie vorliegend in der Fig. gezeigt ist.
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Das Planetenraddifferential 20 weist aufgrund der Stumpfverzahnungen allgemein eine besonders kompakte Bauform sowie wenige Bauteile im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Differentialen auf.
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Der Planetenradträger 80 kann mit einer vorliegend nicht weiter dargestellten Antriebsmaschine des Antriebsstranges 10 drehmomentübertragend gekoppelt sein, wobei eine gesamte, durch die Antriebsmaschine aufgewendete Antriebsleistung mittels des Planetenradträgers 80 über die einzelnen Planetenräder 70, 72, 74 und vorteilhafterweise über die gesamte Verzahnungsbreite der jeweiligen Verzahnungen (Hohlradverzahnung 32, Sonnenradverzahnung 52, Planetenradverzahnungen 76) übertragen werden kann. Die jeweiligen Verzahnungen (Stumpfverzahnungen) können bevorzugt durch Umformen, beispielsweise durch ein umformendes Walzverfahren und dementsprechend besonders günstig hergestellt werden. Durch die Stumpfverzahnung kann eine große Profilverschiebung der jeweiligen Verzahnungen erreicht werden, wodurch insbesondere die gleiche Zähnezahl und der gleiche Modul für die Hohlradverzahnung 32 des Hohlrades 30 und für die Sonnenradverzahnung 52 des Sonnenrades 50 erreicht werden kann, obwohl das Hohlrad 30 und das Sonnenrad 50 unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3938888 A1 [0003]
- DE 102009032286 A1 [0004]
- CH 237300 A [0005]
