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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse wenigstens einen Entlüftungskanal aufweist, welcher mit wenigstens einer äußeren Öffnung an einer Außenseite des Gehäuses und mit wenigstens einer inneren Öffnung an einer Innenseite des Gehäuses mündet.
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Elektrische Maschinen können sich im Betrieb erwärmen, beispielsweise aufgrund von in einem Stator und/oder in einem Rotor fließender elektrischer Ströme. Um einen Druckausgleich zwischen dem Inneren der elektrischen Maschine und ihrer Umgebung zu ermöglichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Entlüftungskanäle und/oder Druckausgleichselemente bei elektrischen Maschinen vorzusehen. Durch diese Entlüftungskanäle bzw. Druckausgleichselemente kann während des Betriebs erwärmte Luft aus dem Inneren der Maschine austreten. Ebenso kann bei einer elektrischen Maschine, die sich beispielsweise nach ihrem Betrieb abkühlt, von außen Luft in das Innere der Maschine nachströmen. Auf diese Weise wird der Innendruck der elektrischen Maschine an den Umgebungsdruck angepasst.
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In
DE 44 18 000 A1 wird ein Elektromotor beschrieben, der ein Lagerschild aufweist, an dem Entlüftungslöcher vorgesehen sind, um das Innere des Elektromotors zu entlüften. Die Entlüftungslöcher weisen dabei je einen Wulst auf, welcher in einen Luftzwischenraum zwischen der elektrischen Maschine und einem an der elektrischen Maschine angeordneten Reglergehäuse weist. Durch die Wulste wird das Eindringen von Schmutz oder Flüssigkeitsteilchen in das Innere des Elektromotors verhindert.
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In
DE 35 00 723 A1 wird ein Generator beschrieben, welcher einen von einem Innenhohlraum einer Nabe zu einem Einschnitt eines Lagerschildes führenden Entlüftungskanal aufweist. Durch den Entlüftungskanal kann ein Hohlraum entlüftet werden, in dem ein von der Nabe umschlossenes Kugellager sowie zwei Schleifringe angeordnet sind.
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DE 23 09 070 A1 offenbart einen ringlosen Wechselstromdynamo. Zur Führung des magnetischen Flusses ist ein Kreisring vorgesehen, welcher an einem Lagerschild befestigt ist und an seinem Umfang mit Entlüftungsöffnungen versehen ist. Durch Öffnungen in den Lagerschilden sowie durch die Entlüftungsöffnungen des Kreisrings kann Kühlluft strömen, um überschüssige Wärme aus den am Kreisring angeordneten Erregerspulen abzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Maschine anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens eine innere Öffnung in der Einbauposition der elektrischen Maschine oberhalb der wenigstens einen äußeren Öffnung angeordnet ist, wobei das Gehäuse mit Ausnahme des Entlüftungskanals fluiddicht ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass bei einem Eintauchen der elektrischen Maschine in eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, ein Eindringen der Flüssigkeit in das Innere der elektrischen Maschine verhindert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung, wonach die wenigstens eine innere Öffnung in der Einbauposition der elektrischen Maschine oberhalb der wenigstens einen äußeren Öffnung angeordnet ist sowie durch die fluiddichte Ausgestaltung des Gehäuses wird nach dem Prinzip einer Taucherglocke sowohl ein Eindringen der Flüssigkeit wie auch ein Entweichen der sich beim Eintauchen im Inneren der elektrischen Maschine befindenden Luft verhindert. Das Gehäuse umfasst dabei das gesamte Innere der elektrischen Maschine, beispielsweise die für einen Motorenbetrieb und/oder Generatorenbetrieb notwendigen Teile, wie unter anderem einen Rotor und einen Stator. Das Gehäuse kann einstückig gefertigt sein oder aus mehreren, fluiddicht aneinander befestigten Gehäuseteilen bestehen. Das Gehäuse bzw. die Gehäuseteile können aus Metall und/oder aus Kunststoff gefertigt sein und durch Verschraubung, Verschweißung oder Verklebung aneinander befestigt sein. Das Gehäuse kann weiterhin wenigstens eine Öffnung für eine Welle der elektrischen Maschine aufweisen, wobei die Welle derart in der wenigstens einen Öffnung drehbar gelagert ist, dass die Fluiddichtigkeit des Gehäuses nicht beeinträchtigt wird.
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Der wenigstens eine innerhalb des Gehäuses verlaufende Entlüftungskanal weist eine äußere Öffnung an der Außenseite des Gehäuses sowie eine innere Öffnung an der Innenseite des Gehäuses auf, wodurch ein Fluidaustausch zwischen dem Inneren der elektrischen Maschine und der Umgebung der elektrischen Maschine über den Entlüftungskanal ermöglicht wird, wenn die elektrische Maschine nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht ist. Es ist auch möglich, dass das Gehäuse mehrere Entlüftungskanäle umfasst. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Entlüftungskanal mit einer äußeren Öffnung verzweigt ist und an mehreren inneren Öffnungen an der Innenseite des Gehäuses mündet oder dass der Entlüftungskanal derart verzweigt ist, dass er mit mehreren äußeren Öffnungen an einer Außenseite des Gehäuses und mit nur einer inneren Öffnung an einer Innenseite des Gehäuses mündet. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen der Entlüftungskanal derart verzweigt ist, dass er mit mehreren äußeren Öffnungen an einer Außenseite des Gehäuses und mit mehreren inneren Öffnungen einer Innenseite des Gehäuses mündet.
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Wenn die elektrische Maschine nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, so kann über den Entlüftungskanal, welcher von Fluiden passierbar ist, eine Entlüftung des Innenraums der elektrischen Maschine erfolgen. Beispielsweise können erwärmte Luft oder Wasserdampf aus dem Inneren der Maschine über den Entlüftungskanal austreten. Es ist auch möglich, dass der Entlüftungskanal so angeordnet ist, dass sich im Inneren der elektrischen Maschine sammelndes Kondenswasser über den Entlüftungskanal abfließen kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine innere Öffnung in der Einbauposition vertikal mindestens ein Viertel der Höhe der elektrischen Maschine von der wenigstens einen äußeren Öffnung beabstandet angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Öffnungen weist der Entlüftungskanal jeweils eine Länge auf, welche mindestens einem Viertel der Höhe der elektrischen Maschine entspricht. Eine solche Länge des Entlüftungskanals ermöglicht es, bei einem Eintauchen der elektrischen Maschine in eine Flüssigkeit einen Teil der Flüssigkeit im Entlüftungskanal aufzunehmen, welcher aufgrund der Kompression der sich im Inneren der elektrischen Maschine befindlichen Luft beim Eintauchen der elektrischen Maschine in den Entlüftungskanal fließen kann. Das Innenvolumen des Entlüftungskanals beeinflusst folglich die maximale Eintauchtiefe der elektrischen Maschine. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Höhenunterschied zwischen innerer Öffnung und äußerer Öffnung wird ein Eindringen der im Entlüftungskanal aufgenommenen Flüssigkeit in das Innere der elektrischen Maschine verhindert, da sich die nachströmende Flüssigkeit lediglich im Entlüftungskanal sammelt. Es ist insbesondere möglich, dass der Entlüftungskanal länger ist als ein Viertel der Höhe der elektrischen Maschine. Bevorzugt erstreckt sich der Entlüftungskanal von einer im Bereich der Unterseite der elektrischen Maschine angeordneten äußeren Öffnung zu einer im Bereich der Oberseite angeordneten inneren Öffnung. Die Länge des Kanals kann dabei beliebig lang gewählt werden. Auch der Abstand der inneren Öffnung zur äußeren Öffnung kann größer sein als ein Viertel der Höhe der elektrischen Maschine in Einbauposition. Es ist insbesondere möglich, dass die äußere Öffnung im Bereich der Unterseite der elektrischen Maschine angeordnet ist und die innere Öffnung im Bereich der Oberseite, so dass der vertikale Abstand zwischen den Öffnungen maximal nahezu der gesamten Höhe der elektrischen Maschine entsprechen kann.
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Für den Entlüftungskanal kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er wenigstens einen geraden Kanalabschnitt umfasst oder dass der Entlüftungskanal über seine gesamte Länge gerade ist. Vorzugsweise kann der gerade Entlüftungskanal oder der wenigstens eine gerade Kanalabschnitt des Entlüftungskanals in der Einbauposition der elektrischen Maschine in vertikaler Richtung oder einer im Wesentlichen vertikalen Richtung verlaufen. Es ist auch möglich, dass der Entlüftungskanal mehrere gerade Kanalabschnitte umfasst, welche durch weitere Kanalabschnitte oder durch Verzweigungen miteinander verbunden sind.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Entlüftungskanal oder der wenigstens eine gerade Kanalabschnitt eine Bohrung ist. Dadurch kann das Gehäuse in einfacher Weise mit einem Entlüftungskanal versehen werden. Bei einem Gehäuse, welches aus mehreren Gehäuseteilen besteht, kann die Bohrung durch ein oder mehrere Gehäusebauteile verlaufen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Innere der elektrischen Maschine mehrere miteinander kommunizierende Kammern umfasst, wobei die wenigstens eine innere Öffnung im Bereich der Unterseite einer Kammer angeordnet ist. Die Kammern kommunizieren dabei derart, dass ein Fluid, insbesondere Luft oder Wasserdampf, zwischen den Kammern strömen kann. Durch die Anordnung der inneren Öffnung im Bereich der Unterseite einer Kammer wird es vorteilhaft ermöglicht, dass sich eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Kondenswasser, welches sich in der Kammer sammelt, über die Entlüftungsbohrung nach außen abfließen kann. Wenn die elektrische Maschine nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, kann auf diese Weise sich in der elektrischen Maschine sammelndes Kondenswasser aus dem Inneren der elektrischen Maschine abgeführt werden.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die wenigstens eine innere Öffnung im Bereich der Unterseite einer randseitigen Kammer der elektrischen Maschine angeordnet ist. Die Anordnung der inneren Öffnung im Bereich der Unterseite einer randseitigen Kammer bietet den Vorteil, dass die randseitige Kammer eine niedrigere Temperatur als zum Inneren der elektrischen Maschine angeordnete Kammern aufweisen kann, so dass in der randseitigen Kammer eine erhöhte Kondensation von Wasser stattfinden kann. Insbesondere kann die randseitige Kammer so im Inneren der Maschine angeordnet sein, dass wenigstens eine Wand der Kammer an das Gehäuse der elektrischen Maschine anschließt oder dass eine Wand der Kammer durch das Gehäuse der elektrischen Maschine gebildet wird.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine innere Öffnung in einen Aktivraum oder einen Resolverraum der elektrischen Maschine mündet. Als Aktivraum wird dabei derjenige Teil der elektrischen Maschine bezeichnet, in dem beispielsweise ein Rotor und ein Stator der elektrischen Maschine angeordnet sind. Der Resolverraum kann beispielsweise an eine Welle der elektrischen Maschine anschließen, wobei im Resolverraum ein Resolver oder eine andere Vorrichtung, mit der die Position der Welle der elektrischen Maschine bestimmt werden kann, angeordnet ist.
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Für das Gehäuse kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass es ein Lagerschild umfasst, wobei das Lagerschild den Entlüftungskanal, die wenigstens eine innere Öffnung und die wenigstens eine äußere Öffnung aufweist. Das Lagerschild ist dabei mit dem oder den restlichen Gehäuseteilen fluiddicht verbunden. Eine solche Verbindung zwischen Lagerschild und dem oder den weiteren Gehäuseteilen kann beispielsweise durch Verschraubung, Verschweißung oder Verklebung erfolgen, wobei zusätzlich zwischen dem Lagerschild und der wenigstens einen weiteren Gehäusekomponente ein oder mehrere Dichtungsmittel, wie beispielsweise Dichtungsringe, angeordnet sein können.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die wenigstens eine innere Öffnung in der Einbauposition der elektrischen Maschine oberhalb einer Welle einer elektrischen Maschine angeordnet ist. Die äußere Öffnung ist dabei bevorzugt im unteren Bereich des Lagerschildes angeordnet, so dass sich die innere Öffnung in der Einbauposition der elektrischen Maschine in vertikaler Richtung oberhalb der äußeren Öffnung befindet.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst. Die wenigstens eine elektrische Maschine kann im Kraftfahrzeug als Generator und/oder als Motor verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, eine derartige elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zu benutzen. Es ist auch möglich, dass eine oder mehrere erfindungsgemäße elektrische Maschinen in dem Kraftfahrzeug als Aktoren zur Bewegung einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können im Kraftfahrzeug eine oder mehrere elektrische Maschinen als Generator verwendet werden, beispielsweise zum Laden einer Autobatterie oder eines einem elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zugeordneten Energiespeichers, beispielsweise durch Rückgewinnung von Bremsenergie.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 2 eine geschnittene Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und
- 3 eine geschnittene Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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In 1 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 dargestellt. Das Innere der elektrischen Maschine 1 ist von einem Gehäuse 2 umschlossen, welches mit Ausnahme eines Entlüftungskanals 14 fluiddicht ist. Das Gehäuse 2 umfasst dabei ein Gehäuseelement 3 sowie ein Lagerschild 4. In einem Aktivraum 5 der elektrischen Maschine 1 sind ein an einer Welle 6 befestigter Rotor 7 sowie ein am Gehäuseelement 3 befestigter Stator 8 angeordnet. Der Stator 8 umfasst dabei mehrere Statorwicklungen, welche als Wickelköpfe 9 in axialer Richtung seitlich aus dem Stator 8 heraustreten. Zwischen dem Stator 8 und dem Rotor 7 befindet sich ein Luftspalt 10. Die Welle 6 der elektrischen Maschine 1 ist an einer Seite im Lagerschild 4 gelagert und an der anderen Seite in einem in einer Öffnung des Gehäuseelements 3 angeordneten Lager 11. Die Lagerung der Welle 6 im Lager 11, die Befestigung des Lagers 11 am Gehäuseelement 3 sowie die Befestigung des Lagerschilds 4 am Gehäuseelement 3 erfolgt dabei derart, dass das Gehäuse 2 insbesondere auch an diesen Stellen fluiddicht ist.
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Das Innere der elektrischen Maschine umfasst weiterhin einen Resolverraum 12, in welchem ein an der Welle 6 angeordneter Resolver 13 aufgenommen ist. Im Gehäuseelement 3 ist der Entlüftungskanal 14 vorgesehen, welcher an der Außenseite des Gehäuses 2 in einer äußeren Öffnung 15 mündet sowie an einer Innenseite des Gehäuses 2 im Resolverraum 12 in einer inneren Öffnung 16. Die Einbauposition der elektrischen Maschine 1 wird durch den Pfeil 17 angegeben, welcher von der Unterseite der elektrischen Maschine 1 zur Oberseite der elektrischen Maschine 1 in ihrer Einbauposition weist. Die äußere Öffnung 15 befindet sich in der Einbauposition der elektrischen Maschine 1 folglich unterhalb der inneren Öffnung 16. Die Länge des Entlüftungskanals 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass der vertikale Abstand zwischen der äußeren Öffnung 15 und der inneren Öffnung 16 ein Viertel der Höhe der elektrischen Maschine 1 beträgt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Resolverraum 16 eine randseitige Kammer der elektrischen Maschine 1. Im Resolverraum 16 kondensierendes Wasser kann durch den Entlüftungskanal 14 und seine im unteren Bereich des Resolverraums 12 mündende innere Öffnung 16 sowie die äußere Öffnung 15 an der Außenseite des Gehäuses aus der elektrischen Maschine 1 abfließen.
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Das Gehäuse 2 ist weiterhin fluiddicht ausgeführt, so dass bei einem Eintauchen der elektrischen Maschine 1 in eine Flüssigkeit, z. B. beim Durchfahren eines Wasserlaufs, diese aufgrund des Tauchesglockenprinzips nicht in das Innere der elektrischen Maschine 1 gelangen kann. Da bei steigender Tauchtiefe die sich im Inneren der elektrischen Maschine 1 befindende Luft komprimiert wird, bestimmt das Innenvolumen des Entlüftungskanals 14 die maximale Tauchtiefe, bei der die Flüssigkeit, welche aufgrund der Kompression der sich im Inneren der elektrischen Maschine 1 befindlichen Luft in den Entlüftungskanal 14 steigt, noch nicht durch die innere Öffnung 16 in das Innere der elektrischen Maschine 1 gelangt.
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Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise als Antriebsmotor in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wobei ein Eintauchen der elektrischen Maschine 1 in eine Flüssigkeit beispielsweise bei einer Wasserdurchfahrt des Kraftfahrzeugs erfolgen kann.
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In 2 ist eine geschnittene Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine dargestellt. Auch in dieser Abbildung gibt der Pfeil 17 die Orientierung der elektrischen Maschine 1 in Einbauposition an. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Entlüftungskanal 14 im Lagerschild 4 des Gehäuses 2 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Die äußere Öffnung 15 befindet sich an der Außenseite des Gehäuses 2 an der Unterseite der elektrischen Maschine 1. Der Entlüftungskanal 14 mündet mit der inneren Öffnung 16 oberhalb der Welle 6 in den Aktivraum 5 der elektrischen Maschine 1. Durch den Entlüftungskanal 14 kann eine Entlüftung des Aktivraums 5 der elektrischen Maschine 1 erfolgen.
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3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine 1. Die Einbauposition der elektrischen Maschine 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel derart, dass die Welle 6 parallel zu dem in Einbauposition von unten nach oben weisenden Pfeil 17 ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der äußeren Öffnung 15 in Einbauposition unterhalb der inneren Öffnung 16, so dass der Entlüftungskanal 14 zumindest teilweise in vertikaler Richtung zwischen der äußeren Öffnung 15 und der inneren Öffnung 16 verläuft.
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Es ist weiterhin möglich, dass in den dargestellten Ausführungsbeispielen mehr als ein Entlüftungskanal 14 vorgesehen wird. Es ist auch möglich, dass ein Entlüftungskanal 14 mehr als eine äußere Öffnung 15 und/oder mehr als eine innere Öffnung 16 aufweisen kann. Das Gehäuseelement 3 sowie das Lagerschild 4 können beispielsweise aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. In allen gezeigten Ausführungsbeispielen erfolgt die Verbindung des Lagerschildes 4 am Gehäuseelement 3 fluiddicht, beispielsweise durch Verschweißung, Verklebung oder Verschraubung. Zusätzlich können zwischen dem Lagerschild 4 und dem Gehäuseelement 3 Dichtungselemente, wie beispielsweise Dichtungsringe, angeordnet werden. Auch die Lagerung der Welle 6 im Lager 11 sowie die Befestigung des Lagers 11 im Gehäuseelement 3 erfolgt fluiddicht, so dass ein Austreten von insbesondere Luft oder Wasser aus dem Inneren der Maschine an anderen Stellen als über den Entlüftungskanal 14 nicht möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4418000 A1 [0003]
- DE 3500723 A1 [0004]
- DE 2309070 A1 [0005]
