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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere einen Schlepphebel, bestehend aus einem Außenhebel mit zwei Armen, zwischen denen ein Innenhebel relativ hierzu schwenkbeweglich über eine Drehachse gelagert ist, wobei zumindest der Innenhebel auf seiner Oberseite eine Nockenanlauffläche für mindestens einen Nocken einer Nockenwelle und der Nockenfolger an einem Ende an seiner Unterseite eine Anlagefläche aufweist, die mit einem Gaswechselventil zusammenwirkt, und an seinem anderen Ende eine Kontaktfläche für ein Abstützelement aufweist, weiterhin bestehend aus einem der Drehachse gegenüberliegenden topfförmigen Gehäuse am Außenhebel, in dem ein federbelasteten Verriegelungskolben im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse verschiebbar gelagert ist, der in einer entriegelten Stellung den Innenhebel vom Außenhebel bewegungsmäßig trennt und in einer verriegelten Stellung den Innenhebel mit dem Außenhebel verbindet, und mit einem Betätigungsmittel zum Verschieben des Verriegelungskolbens.
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Stand der Technik
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Als Nockenfolger werden in Hubkolbenbrennkraftmaschinen in der Regel Kipphebel, Schlepphebel oder Tasse zum Betätigen der Gaswechselventile verwendet, die von Nocken einer obenliegenden, im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle betätigt werden. Mit einem einfachen Kipphebel, Schlepphebel oder Tasse lässt sich der Hub des damit gesteuerten Ventils nicht beeinflussen.
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Um Kraftstoff zu sparen und die Effizienz der Brennkraftmaschine zu steigern, ist es bereits seit längerem bekannt, schaltbare Nockenfolger einzusetzen. Diese werden bei Brennkraftmaschinen dazu verwendet, den Hub der Gaswechselventile zu beeinflussen. Im einfachsten Fall wird ein sogenannter Nullhub realisiert, d. h. das zugeordnete Gaswechselventil öffnet nicht, obwohl ein Nocken der sich drehenden Nockenwelle den Nockenfolger betätigt. Auch sind - je nach Ausgestaltung der schaltbaren Nockenfolger und der Nocken der Nockenwelle - Änderungen des Ventilhubes realisierbar.
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Aus der
DE 10 2007 029 465 A1 ist ein gattungsbildender, schaltbarer, aus einem Au-ßen- und einem Innenhebel bestehender Schlepphebel für ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei weist der Außenhebel zwei Arme auf. Zwischen diesen Armen ist der Innenhebel angeordnet. Auf den Oberseiten beider Hebel ist jeweils eine Nockenanlauffläche vorgesehen. Auf der Unterseite dieses Schlepphebels ist an einem Ende eine Anlagefläche für ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine vorgesehen. Dieser Anlagefläche gegenüberliegend ist eine Kontaktfläche ausgebildet, an der ein Abstützelement angreift. Miteinander verbunden sind beide Hebel auf einer Seite über eine gemeinsame Drehachse. Auf dieser Drehachse ist eine Feder angebracht, die den Innenhebel in seine obere Position drückt. Auf der anderen Seite weist der Außenhebel ein topf- oder zylinderförmiges Gehäuse auf, in dem ein federbelasteter Verriegelungskolben gleitend geführt ist. Der Verriegelungskolben kann in einer verriegelten Stellung den Innenhebel mit dem Außenhebel bewegungsmäßig verbinden, d.h. drückt der Nocken der Nockenwelle auf den Innenhebel, so wird das Gaswechselventil geöffnet. In der entriegelten Stellung ist der Innenhebel vom Außenhebel bewegungsmäßig getrennt. Dadurch kann der Innenhebel nicht das am Außenhebel anliegende Gaswechselventil betätigen. Allenfalls kann - je nach Ausgestaltung des Nockens - über eine am Außenhebel angebrachte Nockenanlauffläche eine Öffnungsbewegung des Gaswechselventils erfolgen.
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Nachteilig ist bei dieser Ausgestaltung, dass der Verriegelungskolben über den Öldruck in der Brennkraftmaschine aktiviert wird. Bei einem hohen Öldruck schaltet der Verriegelungskolben, bei einem Absinken des Öldruckes schiebt die Feder des Verriegelungskolbens ihn wieder in die andere Position. Während der Aktivierung des Verriegelungskolbens muss der Öldruck konstant anliegen. Dies verlangt eine höhere Pumpenleistung der Öldruckpumpe als dieser ohne schaltbare Schlepphebel nötig wäre. Durch andere Verbraucher im Ölkreislauf können starke Druckeinbrüche erfolgen, was zu einem ungewollten Schalten des Verriegelungskolbens führen kann. Bei Vorhandensein einer Star-Stopp-Automatik für die Brennkraftmaschine ist der Schaltzustand vor dem Abschalten nicht speicherbar. Der Verriegelungskolben steht beim Starten immer in seiner entriegelten Stellung.
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Aus der
WO 2016/197088 A1 ist es bekannt, bei schaltbaren Nockenfolgern anstelle einer hydraulischen Betätigung des Verriegelungskolbens einen elektromagnetisch arbeitenden Aktuator in Form einer Spule vorzusehen, die im bestromten Zustand den Verriegelungskolben in seine entriegelte Stellung gegen die Kraft einer Druckfeder hält. Bei stromloser Spule verschiebt die Druckfeder den Verriegelungskolben in die verriegelte Stellung. Die Anordnung ist so aufgebaut, dass ein Teil des Verriegelungskolbens direkt mit der Spule zusammenwirkt. Deshalb verlangt diese Anordnung eine Bestromung der Spule solange wie der Verriegelungskolben in seiner entriegelten Stellung verharrt. Diese Anordnung ist aufwändig, da die Spule im Nockenfolger untergebracht ist. Auch erhöhen sich hierdurch die bewegten Massen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und ein Betätigungsmittel für einen schaltbaren Nockenfolger, insbesondere einen Schlepphebel, vorzuschlagen, das unabhängig vom Aufrechterhalten eines Öldruckes bei einer Schaltposition ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach geht die Erfindung von einem schaltbaren Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Schlepphebel, aus. Der Nockenfolger besteht aus einem Außenhebel mit zwei Armen, zwischen denen ein Innenhebel schwenkbeweglich gegenüber dem Außenhebel über eine Drehachse gelagert ist. Zumindest der Innenhebel weist auf seiner Oberseite eine Nockenanlauffläche für mindestens einen Nocken einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine auf. Der Nockenfolger weist an seiner Unterseite an einem Ende eine Anlagefläche und an seinem anderen Ende eine Kontaktfläche auf. Mit der Anlagefläche wirkt ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zusammen, während an der Kontaktfläche ein Abstützelement vorgesehen ist. Weiterhin weist der Nockenfolger an seinem Außenhebel ein der Drehachse gegenüberliegendes topfförmiges Gehäuse auf, in dem ein federbelasteter Verriegelungskolben im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse verschiebbar gelagert ist und der in einer entriegelten Position den Innenhebel von dem Außenhebel bewegungsmäßig trennt und der in einer verriegelbaren Position den Innenhebel mit dem Außenhebel verbindet. Weiterhin ist ein Betätigungsmittel zum Verschieben des Verriegelungskolbens vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Betätigungsmittel einen elektrisch arbeitender Aktuator, einen Steuerschieber und ein Übertragungselement umfasst, wobei die Steuerschieber ein Zahnprofil aufweist, das ein Übertragungselement betätigt, welches mit einer axialen Verlängerung des Verriegelungskolbens nach außerhalb seines Gehäuses zusammenwirkt und den Verriegelungskolben in die verriegelte oder entriegelte Stellung bewegt.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung muss der Verriegelungskolben nur nach au-ßen aus seinem Gehäuse verlängert werden oder es muss ein Verlängerungsstift eingesetzt werden, damit das außerhalb des Gehäuses liegende Übertragungselement dem Verriegelungskolben betätigen kann. Damit werden die bewegten Massen des Schlepphebels praktisch nicht vergrößert. Auch ist es möglich, bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren schaltbaren Nockenfolgern pro Zylinder einen einzigen Steuerschieber für die schaltbaren Nockenfolger vorzusehen, so dass ein gleichzeitiges Betätigen der schaltbaren Nockenfolger eines Zylinders sichergestellt ist.
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Wenn der Steuerschieber gegen die Kraft einer Feder verschoben wird, muss das Betätigungsmittel nur zum Wechsel und Halten einer der beiden Positionen des Verriegelungskolbens aktiviert werden. Damit kann die Anordnung vorteilhafterweise so ausgelegt werden, dass die im Betrieb der Brennkraftmaschine vorherrschende Position des Verriegelungskolbens dann keine Energie im Betätigungsmittel benötigt.
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Im einfachsten Fall ist der Steuerschieber eine Zahnstange. Es ist jedoch auch denkbar, nur im Bereich des Kontaktes mit dem Übertragungselementes eine Verzahnung vorzusehen.
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Das Übertragungselement weist bevorzugt ein nockenartiges Profil auf und ist nur im Bereich seines Grundkreises, als in dem Umfangsbereich, der mit dem Zahnprofil des Steuerschiebers zusammenwirkt, verzahnt. Dadurch kann ein kleinbauendes Übertragungselement geschaffen werden.
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Der Aktuator kann ein Elektromagnet sein, dann kann dessen Anker den Steuerschieber betätigen. Allerdings ist es auch möglich, den Steuerschieber so auszubilden, dass er gleichzeitig als Anker fungieren kann. Anstelle eines Elektromagneten kann auch ein Elektromotor mit einem entsprechenden Getriebe vorgesehen werden, um die Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Bewegung umzusetzen.
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Bei Verwendung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und/oder Hubventile und damit mehrerer schaltbarer Nockenfolger kann durch den elektrisch arbeitenden Aktuator eine gezielte Ansteuerung einzelner Aktuatoren zum Erreichen einer gemeinsamen Ausgangslage aller schaltbarer Nockenfolger vorgenommen werden. Auch kann damit die aktuelle Stellung jedes Verriegelungskolbens bei Verwendung einer Start-Stopp-Automatik während des Stillstandes der Brennkraftmaschine gehalten werden.
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Sinnvoll ist eine Ansteuerung des elektrisch arbeitenden Aktuators durch die Motorsteuerung der zugehörigen Brennkraftmaschine.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Figurenliste
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines schaltbaren Schlepphebels,
- 2 eine Schemazeichnung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit einem Steuerschieber, einem nockenartigen Übertragungselement, einer Druckfeder, einem Betätigungsmittel sowie einem Teil eines Verrieglungskolbens.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen schaltbaren Schlepphebel 1 als Nockenfolger für eine Brennkraftmaschine. Er besteht aus einem Außenhebel 2, dessen Mittelteil sich zu zwei Armen 3 erweitert. Zwischen diesen Armen 3 verläuft relativ verschwenkbeweglich hierzu ein Innenhebel 4. Dieser hat an seinem Mittelabschnitt 5 eine Rolle 6 als Anlauffläche für eine nicht näher dargestellten Nocken einer ebenfalls nicht näher dargestellten Nockenwelle. Je nach Ausgestaltung der Nockenwelle kann auch ein Nocken vorgesehen werden, der eine mit einer Nockenanlauffläche auf einem oder beiden Armen 3 des Außenhebels 2 zusammenwirkt, wenn der Innenhebel 4 vom Außenhebel 2 entriegelt ist.
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Der Innenhebel 4 weist an einem Ende ein Querjoch 16 auf, an dem sich der kastenartig geöffnete Mittelabschnitt 5 anschließt, der durch zwei balkenartige Arme 17 begrenzt ist. Die Arme 17 gehen in Richtung zu dem dem Querjoch gegenüberliegenden Ende 15 stark aufeinander zu einem gekröpften Steg 7 über, der nahezu orthogonal auf einer Längsmittelebene des Schlepphebel 1 angestellt ist. In diesem Endbereich ist eine Drehachse 10 im Außenhebel 2 angeordnet, die auch den Innenhebel 4 durchquert, so dass der Innenhebel 4 mit dem Außenhebel 2 verschwenkbar verbunden ist. Auf einer Unterseite 8 des Außenhebels 2 ist an diesem Ende 15 eine Anlagefläche 9 für ein ebenfalls nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Außenhebel 2 umschmiegt den Innenhebel 4 soweit wie möglich, so dass ein sehr kompakter Schlepphebel 1 entsteht. Auch weist er damit ein geringes Massenträgheitsmoment auf.
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An einem dem Querjoch 16 benachbarten Ende 18 ist der Außenhebel 2 mit einem topf- oder zylinderförmigen Gehäuse 13 versehen, in dem ein federbelasteter Verriegelungskolben angeordnet ist, dessen freies Ende als zylinderartiger Stift 14 aus dem Gehäuse 13 herausragt. Der Stift 14 kann integraler Bestandteil des Verriegelungskolbens sein, genauso gut ist es denkbar, dass der Stift 14 ein separates Bauteil ist, der als axiale Verlängerung des Verriegelungskolbens wirkt und dessen in 1 nicht sichtbares Ende in ständigem Kontakt mit dem Verriegelungskolben steht. Das topfförmige Gehäuse 13 weist an diesem Ende an seiner Unterseite 8 eine kalottenartig ausgebildete Kontaktfläche für ein nicht näher gargestelltes Abstützelement auf.
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Rechtwinklig abstehend ist an gegenüberliegenden Außenseiten an dem topfförmigen Gehäuse 13 jeweils ein zylinderartiger Zapfen 11 angebracht, der von je einer Torsionsfeder 12 umschlossen wird. Diese Torsionsfeder 12 (auch Lost-Motion-Feder genannt) stützt sich einerseits an dem Außenhebel 2 und andererseits an dem Innenhebel 4 ab. Dadurch ist sichergestellt, dass der Innenhebel 4 mit seiner Rolle 6 immer in seiner obersten Endstellung steht, wenn er nicht von dem Nocken betätigt wird.
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In 2 ist schematisiert der erfindungsgemäße Aufbau des Betätigungsmittels 19 dargestellt. Das Betätigungsmittel 19 besteht unter anderem aus einem elektrischen Aktuator 20, der hier als Elektromagnet ausgebildet ist. Dieser Elektromagnet verschiebt einen Steuerschieber 21 gegen die Kraft einer Druckfeder 22. Auf einem Bereich des Umfangs des Steuerschiebers 21 ist ein Zahnprofil 23 angebracht. Selbstverständlich kann der gesamte Steuerschieber 21 auch als Zahnstange ausgebildet sein.
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Das Übertragungselement 24 ist in diesem Beispiel eine drehbar gelagerte Scheibe, die ein nockenartiges Profil 25 aufweist. Auf dem Teil seines Umfangsbereiches, mit dem es dem Steuerschieber 21 zugewandt ist, ist das Übertragungselement 24 ebenfalls mit einem Zahnprofil 26 versehen, so dass eine geradlinige Bewegung des Steuerschiebers 21 das Übertragungselement 24 hin- und herdrehen lässt. Das Übertragungselement ist so zu dem Stift 14 angeordnet, dass der Stift 14 des Verriegelungskolbens auf dem Bereich des nockenartigen Profils 25 gleiten kann, so dass durch ein Hin- und Herdrehen des Übertragungselementes der Stift 14 in das Gehäuse 13 hineingeschoben bzw. durch die Feder des Verriegelungskolbens herausgeschoben werden kann.
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Die in 2 dargestellte Anordnung zeigt eine der beiden möglichen Positionen des Verriegelungskolbens und zwar die Position, bei der sich der Stift 14 in seiner am weitesten aus dem Gehäuse 13 herausgefahrenen Stellung befindet. Hierbei befindet sich die Nockenspitze des Übertragungselementes 23 seitlich neben dem Stift 14, der auf einer Nockenflanke ruht.
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Wird der elektrische Aktuator 20 bestromt, so wird die Steuerschieber 21 gegen die Kraft der Druckfeder 22 verschoben. Aufgrund der kämmenden Zahnprofile 23 und 26 verdreht sich hierbei das Übertragungselement 24 im Uhrzeigersinn. Dadurch gelangt die Nockenspitze des Übertragungselementes unter den Stift 14 und schiebt ihn in das Gehäuse 13 hinein. Damit ist die zweite Position des Stiftes 14 und damit des Verriegelungskolbens erreicht.
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Wird der elektrische Aktuator wieder stromlos, so schiebt die Druckfeder 22 den Steuerschieber 21 wieder zurück in die Ausgangsposition. Durch das Verschieben wird das Übertragungselement 24 aufgrund der Zahnprofile 23 und 26 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, so dass der Stift 14 von der Nockenspitze wieder zur Nockenflanke gelangt und damit aus dem Gehäuse 13 herausfahren kann.
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Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn die stromlose Position des Aktuators so ausgebildet ist, dass dann die Nockenspitze des Übertragungselementes 24 den Stift 14 in das Gehäuse 13 hineinschiebt. Die Nockenspitze ist dann selbstverständlich entsprechend ausgebildet. Dann ist in der bestromten Stellung der Steuerschieber 21 gegen die Kraft der Druckfeder 22 verschoben und der Stift 14 ruht hierbei auf der Nockenflanke des Übertragungselementes 24, so dass er aus dem Gehäuse 13 herausgefahren ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlepphebel
- 2
- Außenhebel
- 3
- Arme von 2
- 4
- Innenhebel
- 5
- Mittelabschnitt von 4
- 6
- Rolle
- 7
- Steg
- 8
- Unterseite von 1
- 9
- Anlagefläche
- 10
- Achse
- 11
- Zapfen
- 12
- Torsionsfeder
- 13
- zylinderartiges Gehäuse
- 14
- zylinderartiger Stift
- 15
- Ende gegenüber von 18
- 16
- Querjoch
- 17
- Arme von 4
- 18
- Ende von 2 gegenüber 15
- 19
- Betätigungsmittel
- 20
- elektrischer Aktuator
- 21
- Steuerschieber
- 22
- Druckfeder
- 23
- Zahnprofil auf 21
- 24
- Übertragungselement
- 25
- nockenartiges Profil
- 26
- Zahnprofil auf 24
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007029465 A1 [0004]
- WO 2016/197088 A1 [0006]
