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Die Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Differenzialgetriebes gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
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Bei Kraftfahrzeugen werden Differenzialgetriebe eingesetzt, um das Antriebsmoment eines Antriebsmotors, insbesondere eines elektrischen Antriebsmotors, auf die angetriebenen Räder einer Antriebsachse zu verteilen. Dabei ist dem Differenzial ein Planetengetriebe vorgeschaltet, um die Drehzahl des Antriebsmotors zu reduzieren und das Drehmoment entsprechend zu erhöhen. Der Antriebsmotor ist dabei mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden. Das Antriebsmoment wird über das Sonnenrad, mit dem Sonnenrad in Eingriff stehende Planetenräder und einen Planetenträger auf das Differenzial übertragen. Über die Ausgleichsräder des Differenzials erfolgt dann eine Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden angetriebenen Räder einer Antriebsachse.
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Aus der
DE 10 2014 207 484 A1 ist ein Differenzialgetriebe bekannt, um die Vorgabe eines Drehzahlverhältnisses zwischen einer ersten und einer zweiten Abtriebswelle zu machen. Dabei weist das Differenzialgetriebe eine versetzt zu den Abtriebswellen angeordnete, verstellbare Übersetzungseinrichtung mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle auf, wobei eine Übersetzungseinrichtung eingerichtet ist zur Vorgabe eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Dabei sind die Eingangswelle mit der ersten Abtriebswelle drehmoment- und die Ausgangswelle mit der zweiten Abtriebswelle drehmomentübertragend verbindbar. Das Differenzialgetriebe weist eine Vorgabeeinrichtung mit einer Stelleinrichtung auf, die zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle eingerichtet ist.
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Die
DE 10 2011 004 696 A1 offenbart ein Differenzialgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetengetriebe und einem dem Planetengetriebe nachgeschalteten Differenzial. Dabei ist ein Sicherungsring vorgesehen, welcher eine axiale Verschiebung des Sonnenrades in Richtung des Differenzials verschiebt.
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Aus der
DE 10 2015 201 750 A1 ist ein Differenzial mit einem äußeren Rohrabschnitt und einem inneren Rohrabschnitt vorgesehen. Dabei ist eine Abfallverhinderungsvorrichtung zum Verhindern von einer relativen Axialbewegung der äußeren und inneren Rohrabschnitte vorgesehen. Ein Dichtungselement zum Absperren einer Verbindung zwischen der Abfallverhinderungsvorrichtung und eines Inneren des Differenzialgehäuses ist in einen Einbauabschnitt zwischen den äußeren und inneren Rohrabschnitten eingesetzt. Entsprechend wird, ohne einen speziellen Prozess während des Zusammenbaus durchzuführen, wie zum Beispiel Druckschweißen oder Adhäsionskleben, Schmieröl in dem Differenzialgehäuse daran gehindert, aus einem Raum zwischen dem Achswellenrad und der Hülse auszulaufen, was die Montage des Differenzialgetriebes erleichtert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes und leichtes Differenzialgetriebe für eine elektrische Antriebsachse vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Differenzialgetriebe mit einem Planetengetriebe und einem dem Planetengetriebe nachgeschalteten Differenzial, umfassend ein angetriebenes Sonnenrad, welches mit mindestens einem Planetenrad in Eingriff steht, gelöst. Dabei ist das mindestens eine Planetenrad drehbar auf einem Planetenträger gelagert, wobei der Planetenträger ein Antriebsmoment auf das Differenzial überträgt. In dem Planetenträger ist eine erste Lagerstelle zur Aufnahme eines ersten Kegelrads des Differenzials ausgebildet. Der Planetenträger weist eine Montageöffnung zum Einsetzen des ersten Kegelrads und eines zweiten Kegelrads in den Planetenträger auf. Es ist vorgesehen, dass an dem Planetenträger eine Ausnehmung zur formschlüssigen Aufnahme eines Fixierelements ausgebildet ist, wobei das zweite Kegelrad mittels eines in der Ausnehmung angeordneten Fixierelements im Planetenträger befestigt ist. Durch das vorgeschlagene Differenzialgetriebe ist ein besonders leichtes und kompaktes Achsgetriebe für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeuges ausführbar. Dabei kann die Anzahl der Bauteile reduziert werden und insbesondere Bauraum eingespart werden, indem das Differenzial in einem Freiraum des Planetengetriebes angeordnet ist. Dabei kann ein Kegelraddifferenzial eingesetzt werden, welches verschachtelt in dem Planetenträger angeordnet ist. Durch das Fixierelement ist eine einfache Fixierung des zweiten Kegelrads möglich, sodass die Elemente des Differenzials betriebssicher zueinander positioniert werden können und eine Verschiebung der Kegelräder unter Last ausgeschlossen ist. Der Planetenträger beinhaltet somit sowohl die Getriebe- als auch die Differenzialstufe, das zu der beschriebenen kompakten Bauart des Differenzialgetriebes führt. Der Planetenträger ist vorzugsweise einteilig ausgeführt und benötigt lediglich ein Fixierelement, um die Montage des Differenzials zu ermöglichen. Dadurch wird die Toleranzkette kürzer und die Herstellung des Planetenträgers kann mit einfachen und kostengünstigen Fertigungsverfahren erfolgen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Differenzialgetriebes möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fixierelement in Form eines Deckels oder einer Scheibe ausgebildet ist. Durch einen Deckel oder eine Scheibe ist eine in axialer Richtung, also entlang einer Drehachse des Sonnenrads und der Kegelräder, kompakte Ausführungsform möglich.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Deckel oder die Scheibe eine Öffnung aufweisen, wobei eine Mantelfläche des zweiten Kegelrads in der Öffnung des Deckels oder der Scheibe aufgenommen ist. Durch ein Aufschieben einer Öffnung des Deckels oder der Scheibe auf eine Mantelfläche des zweiten Kegelrads kann in axialer Richtung zusätzlich Bauraum eingespart werden. Zudem kann das Kegelrad in radialer Richtung gegen ein Verschieben gesichert werden, sodass eine montage- und betriebssichere Positionierung des zweiten Kegelrads möglich ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Differenzialgetriebes ist vorgesehen, dass das Fixierelement an einer Stirnfläche des zweiten Kegelrads anliegt. Durch ein Anliegen des Fixierelements an einer Stirnfläche des Kegelrads kann eine axiale Vorspannung erzielt werden, welche eine exakte Positionierung der Kegelräder zueinander und zu den Ausgleichsrädern ermöglicht.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fixierelement durch einen Fixierstift in dem Planetenträger fixiert ist. Durch einen Fixierstift ist eine besonders einfache Sicherung des Fixierelements möglich. Dabei kann der Fixierstift formschlüssig oder kraftschlüssig in eine Öffnung im Fixierelement eingebracht werden, um dieses in seiner aktuellen Lage zu fixieren.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Fixierstift senkrecht zur Ausnehmung im Planetenträger orientiert ist. Dabei können senkrechte Bohrungen in den Planetenträger eingebracht werden, welche leichter und kostengünstiger ausgeführt werden können als Schrägbohrungen. Zudem können senkrechte Bohrungen für den Fixierstift mit einfachen Werkzeugen in den Planetenträger eingebracht werden, was die Fertigungskosten für den Planetenträger und somit für das Differenzialgetriebe reduziert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Differenzialgetriebes ist mit Vorteil vorgesehen, dass in den Planetenträger eine erste Aufnahmebohrung eingebracht ist, wobei das Planetenrad mittels eines in der ersten Aufnahmebohrung fixierten Lagerbolzens drehbar auf dem Planetenträger gelagert ist. Durch einen Lagerbolzen kann auf einfache Art und Weise eine drehbare Lagerung der Planetenräder auf dem Planetenträger realisiert werden.
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In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Planetenträger eine Lagerstelle ausgebildet ist, wobei an einer Innenseite der Lagerstelle das erste Kegelrad drehbar gelagert ist und an einer Außenseite der Lagerstelle eine Anlagefläche für ein Wälzlager zur drehbaren Lagerung des Planetenträgers ausgebildet ist. Dabei kann auf einfache Art und Weise eine zweiseitig wirkende Lagerstelle ausgebildet werden. Vorzugsweise steht die Lagerstelle in axialer Richtung über den restlichen Planetenträger vor, sodass die Lagersitze an der Lagerstelle mit einfachen Maschinen und Werkzeugen geschliffen werden können, was die Fertigungskosten für den Planetenträger reduziert.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Differenzialgetriebes mit einem Planetengetriebe und einem nachgeschalteten Differenzial vorgeschlagen, wobei ein erstes Kegelrad in einen Planetenträger des Differenzialgetriebes eingesetzt wird, welches in einer Lagerstelle im Planetenträger drehbar gelagert wird und ein zweites Kegelrad des Differenzials in den Planetenträger eingesetzt wird, wobei das zweite Kegelrad mittels eines Fixierelements gegen eine Bewegung in axialer Richtung gesichert wird. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann die Montage eines kompakten und leichten Differenzialgetriebes für eine angetriebene Achse eines Kraftfahrzeuges realisiert werden. Dabei wird das erste Kegelrad durch die Montageöffnung in den Planetenträger eingeführt und an der Lagerstelle drehbar gelagert. Anschließend werden die weiteren Komponenten des Differenzials in den Planetenträger eingesetzt, wobei abschließend das zweite Kegelrad eingesetzt und durch das Fixierelement gegen eine Verschiebung in axialer Richtung gesichert wird. Dadurch ist eine besonders einfache Montage des Differenzials in dem Planetenträger möglich, da alle Elemente des Differenzials durch die Montageöffnung in den Planetenträger eingesetzt und dort gesichert werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fixierelement als Deckel oder Scheibe mit einer Öffnung ausgeführt ist, wobei das Fixierelement auf eine Mantelfläche des zweiten Kegelrads aufgeschoben wird, wodurch das zweite Kegelrad gegen eine Bewegung in radialer Richtung gesichert wird. Ferner umschließt die Öffnung eine Mantelfläche des zweiten Kegelrads, wodurch das zweite Kegelrad gegen eine Verschiebung in radialer Richtung oder ein Verkanten gesichert wird. Dadurch wird eine besonders exakte und betriebssichere Positionierung des Differenzials in dem Planetenträger erreicht.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Planetenträgers für ein erfindungsgemä-ßes Differenzialgetriebe; und
- 2 ein erfindungsgemäßes Differenzialgetriebe mit einem Planetenträger zur Übertragung eines Antriebsmoments vom Planetengetriebe auf das Differenzial.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Planetenträgers 8 für ein erfindungsgemäßes Differenzialgetriebe 10 gezeigt. Der Planetenträger 8 weist eine erste Aufnahmebohrung 1 zur Aufnahme eines Lagerbolzens zur Lagerung eines Planetenrades auf, welche den Planetenträger 8 in axialer Richtung vollständig durchdringt. Der Planetenträger 8 weist ferner eine Lagerstelle 4 auf, an welcher ein Kegelrad an seiner Mantelfläche aufgenommen und drehbar gelagert werden kann. Die Lagerstelle 4 ist vorzugsweise als doppelseitige Lagerstelle 4 ausgebildet, wobei an einem Innendurchmesser der Lagerstelle 4 ein erstes Kegelrad und an einem Außendurchmesser der Lagerstelle 4 ein Wälzlager zur drehbaren Lagerung des Planetenträgers 8 angeordnet werden kann. An dem Planetenträger 8 ist ein Kugelkreis 6 ausgebildet, in welchem ein Ausgleichselement des Differenzials aufgenommen werden kann. In den Planetenträger 8 ist eine zweite Aufnahmebohrung 2 eingebracht, welche senkrecht zu der ersten Aufnahmebohrung 1 verläuft und in einen Innenraum des Planetenträgers 8 einmündet, in welchem das Differenzial angeordnet werden kann.
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Der Planetenträger 8 weist eine Lageröffnung 9 auf, an welcher ein Aufnahmeabschnitt eines ersten Kegelrads des Differenzials aus dem Planetenträger 8 austreten kann. Der Planetenträger 8 weist eine der Lageröffnung 9 gegenüberliegende Montageöffnung 13 auf, welche größer als die Lageröffnung 9 ist, sodass sämtliche Komponenten des Differenzials über die Montageöffnung in den Innenraum des Planetenträgers 8 eingesetzt werden können. In den Planetenträger 8 sind eine erste Stiftbohrung 3 und eine zweite Stiftbohrung 7 eingebracht, in welche ein Fixierstift oder Fixierbolzen eingesetzt werden kann. Dabei schneidet die erste Stiftbohrung 3 eine Ausnehmung 5 zur formschlüssigen Aufnahme eines Fixierelements in dem Planetenträger 8. Die zweite Stiftbohrung 7 schneidet die zweite Aufnahmebohrung 2, um einen in die zweite Aufnahmebohrung 2 eingeführten Lagerbolzen zu sichern.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Differenzialgetriebe 10 mit einem Planetengetriebe 11 und einem den Planetengetriebe 11 nachgeschalteten Differenzial 12 dargestellt. Das Planetengetriebe 11 umfasst ein angetriebenes Sonnenrad 14 sowie einen Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern 15, vorzugsweise drei oder vier Planetenrädern 15, welche mit dem Sonnenrad 14 in Eingriff stehen und von dem Sonnenrad 14 angetrieben werden. Das Planetengetriebe 11 umfasst ferner ein aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestelltes Hohlrad, welches vorzugsweise drehfest in einem Getriebegehäuse angeordnet ist und ebenfalls mit den Planetenrädern 15 in Eingriff steht. Die Planetenräder 15 sind über Lagerbolzen in einem Planetenträger 8 drehbar gelagert. Dazu ist an dem Planetenträger 8 eine erste Aufnahmebohrung 1 ausgebildet, in welcher der Lagerbolzen aufgenommen ist. Das Planetengetriebe 11 überträgt ein Antriebsmoment MA auf das Differenzial 12. Das Differenzial 12 ist als Kegelraddifferenzial ausgeführt und weist ein erstes Kegelrad 18 und ein zweites Kegelrad 17 auf. Das erste Kegelrad 18 ist an einem Absatz in der Lageröffnung 9 der beidseitig wirkenden Lagerstelle 4 des Planetenträgers 8 drehbar gelagert. An einem Außendurchmesser der Lagerstelle 4 ist ein Wälzlager 16, insbesondere ein Kugellager, angeordnet, um den Planetenträger 8 drehbar zu lagern. Das Differenzial 12 umfasst ferner mehrere Ausgleichsräder 20, 21 sowie eine Zentralhülse 19, welche durch einen in die zweite Aufnahmebohrung 2 des Planetenträgers 8 eingesetzten Lagerbolzen 22 in ihrer Position gehalten wird. Dabei entspricht die Anzahl der Ausgleichsräder 20, 21 vorzugsweise der Anzahl der Planetenräder 15 des Differenzialgetriebes.
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Bei einer geraden Anzahl von Planetenrädern kann die Anzahl der Ausgleichsräder 20, 21 ebenfalls identisch sein oder auch das ganzzahle Ergebnis einer Teilung. So ist beispielsweise ein Ausführungsbeispiel des Differenzialgetriebes 10 mit vier Planetenrädern 15, zwei Ausgleichsrädern 20, 21 und zwei Lagerbolzen 22 möglich, welche durch zwei Fixierbolzen 25 im Planetenträger 8 befestigt werden. Dazu ist der Lagerbolzen 22 mittels eines in die zweite Stiftbohrung 7 eingeführten Fixierbolzens 25 gesichert. Das Differenzial 12 weist ein zweites Kegelrad 17 auf, welches mittels eines Fixierelements 23 in axialer Richtung gegen ein Auseinanderfallen des Differenzials 12 gesichert wird. Dazu wird das Fixierelement 23, insbesondere ein Deckel, ein Blech oder eine Scheibe in eine Ausnehmung des Planetenträgers 8 eingesetzt und mittels eines Fixierstiftes 24, welcher in die erste Stiftbohrung des Planetenträgers 8 eingesetzt wird, gesichert. Sind die Stiftbohrungen 3 und 7 auf einem gleichen Teilkreisdurchmesser angeordnet, so können die Bohrungen 3, 7 auch als eine durchgängige Bohrung ausgeführt werden. Dabei können der Lagerbolzen 22 und das Fixierelement 23 durch einen gemeinsamen Fixierstift 24 in dem Planetenträger 8 befestigt werden.
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Zur Montage des Differenzialgetriebes 10 wird zunächst das erste Kegelrad 18 durch die Montageöffnung 13 in den Planetenträger 8 eingesetzt. Anschließend werden die weiteren Elemente 19, 20, 21 des Differenzials ebenfalls durch die Montageöffnung eingesetzt und über den Lagerbolzen 22 gesichert. Anschließend wird das zweite Kegelrad 17 durch die Montageöffnung 13 in den Planetenträger 8 eingesetzt und durch das Fixierelement 23 gesichert, wozu das Fixierelement 23 in der Ausnehmung 5 des Planetenträgers 8 fixiert wird. Dazu wird ein Fixierstift 24 in die erste Stiftbohrung 3 eingesetzt. Der Lagerbolzen 22 wird durch einen in die zweite Stiftbohrung eingesetzten Fixierbolzen 25 ebenfalls fixiert. Somit ist das Differenzial 12 in der weiteren Montage des Differenzialgetriebes 10 gegen ein Auseinanderfallen gesichert. Anschließend werden die Planetenräder 15 auf den Planetenträger 8 aufgeschoben und mittels eines Lagerbolzens gesichert, welcher in die erste Aufnahmebohrung 1 des Planetenträgers 8 eingesetzt wird. Somit kann eine besonders einfache Montage des Differenzialgetriebes 10 erfolgen, da der Planetenträger 8 sowohl eine Getriebestufe des Planetengetriebes 8 als auch eine Differenzialstufe des Differenzials 12 beinhaltet. Durch die einteilige Ausführung des Planetenträgers 8 wird zudem die Toleranzkette in der Montage verkürzt, wodurch der Planetenträger 8 mit einfachen Werkzeugen kostengünstig hergestellt werden kann oder engere Toleranzen erreicht werden können, welche die Dauerhaltbarkeit des Differenzialgetriebes 10 erhöhen. Die Ausgleichsräder 20, 21 des Differenzials werden direkt auf den Planetenstegen des Planetenträgers 8 gelagert, wodurch sich die Montage weiter vereinfacht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erste Aufnahmebohrung
- 2
- Zweite Aufnahmebohrung
- 3
- Erste Stiftbohrung
- 4
- Lagerstelle
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Kugelkreis
- 7
- Zweite Stiftbohrung
- 8
- Planetenträger
- 9
- Lageröffnung
- 10
- Differenzialgetriebe
- 11
- Planetengetriebe
- 12
- Kegelraddifferenzial
- 13
- Montageöffnung
- 14
- Sonnenrad
- 15
- Planetenrad
- 16
- Wälzlager
- 17
- Zweites Kegelrad
- 18
- Erstes Kegelrad
- 19
- Zentralhülse
- 20
- Erstes Ausgleichsrad
- 21
- Zweites Ausgleichsrad
- 22
- Lagerbolzen
- 23
- Fixierelement
- 24
- Fixierstift
- 25
- Fixierbolzen
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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 102014207484 A1 [0003]
- DE 102011004696 A1 [0004]
- DE 102015201750 A1 [0005]
