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Die Erfindung betrifft einen Gurtkraftbegrenzer für ein Kraftfahrzeug, um auf Fahrzeuginsassen wirkende Kräfte bei einem Crash zu verringern, sowie eine Gurtschloss-Einheit und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Gurtschloss-Einheit. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Gurtkraftbegrenzers.
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Bei einem Crash eines Kraftfahrzeugs findet eine Verlagerung von Fahrzeuginsassen innerhalb des Fahrzeugs statt, wobei diese durch den Sicherheitsgurt zurückgehalten werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass ein Sicherheitsgurt derart ausgelegt wird, dass er eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist und hierdurch die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte verringert.
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Die
WO 2004/076248 A1 betrifft einen hydraulischen Gurtkraftbegrenzer für einen Sicherheitsgurt. Der Gurtkraftbegrenzer weist hierzu einen Stempel mit Löchern auf, der sich in einem mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllten Druckbehältnis befindet, wobei der Stempel mittels eines Gurtschlosses mit dem Sicherheitsgurt in Verbindung steht und das Druckbehältnis am Fahrzeug befestigt ist. Wirkt eine Kraft auf den Stempel, wird die Hydraulikflüssigkeit durch die Löcher befördert, wobei ein geschwindigkeitsabhängiger Widerstand der Bewegung entgegenwirkt. Eine Feder ist vorgesehen, um den Stempel nach dem Crash in seine Ausgangsposition zurückzubewegen.
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In einer alternativen Ausführungsform wird eine Ventileinrichtung offenbart, die von einer Steuereinrichtung gesteuert wird. Hierzu ist die Steuereinrichtung mit einem Sensor verbunden und steuert einen Bypass-Kanal an, um den Widerstand, mit dem der Stempel der Bewegung entgegenwirkt, zu steuern.
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Es ist weiterhin durch die
KR 10 2017 0012788 A ein Gurtkraftbegrenzer bekannt, der ein hydraulisches oder pneumatisches Zylinder-Kolbensystem aufweist, das eine Dämpfung erzeugt, indem das Fluid durch das Aufbringen einer Kraft auf den Kolben zwischen einem inneren und einem äußeren Zylinderraum durch Öffnungen gefördert wird.
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Aus der
US 6,168,205 B1 ist ein hydraulischer oder pneumatischer Gurtkraftbegrenzer mit einem Zylinder-Kolbensystem bekannt, das an einem Gurtschloss vorgesehen werden kann. Die Gurtkraftkurve wird hierbei über den Weg des Kolbens variiert, indem am Ende des Kolbenwegs durch ein Verformungsrohr, das mittels des Kolbens verformt wird, die Kraft über den Weg erhöht wird.
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In einer alternativen Ausführungsform werden zwei konzentrisch ineinander angeordnete Zylinder offenbart, die jeweils Aussparungen aufweisen, durch die ein Fluidvolumen entweichen kann, wenn sich die Aussparungen der Zylinder in einer überlappenden Position befinden. Hierdurch wird der Zylinderinnendruck in Abhängigkeit der Kolbenpositionen variiert.
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Die
DE 199 63 580 A1 offenbart ein Kraftbegrenzungselement für einen Gurtaufroller mit einem Zylinder-Kolben-System, wobei die Beeinflussung der Gurtkraftkurve durch eine Variation eines elektrischen oder magnetischen Felds bewirkt wird, mit dem die Viskosität eines rheologischen Fluids, das sich im Zylinder befindet, verändert wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gurtkraftbegrenzer der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass er einfach herstellbar ist, eine kompakte und leichte Bauweise aufweist, wobei er an einem Gurtschloss anbringbar ist, und eine definierte Kraftkurve aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Gurtkraftbegrenzer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einer Gurtschloss-Einheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Gurtkraftbegrenzer vorgesehen, der die Sicherheit von Fahrzeuginsassen erhöht, dadurch dass die Kräfte, die während eines Crashs auf einen Fahrzeuginsassen wirken, verringert werden, wobei ein Gurtschloss mittels des Gurtkraftbegrenzers befestigt wird. Hierzu weist der Gurtkraftbegrenzer eine definierte Kraftkurve auf; der Widerstand, mit dem der Gurtkraftbegrenzer eine Bewegung dämpft, ist abhängig von der Strecke, über die der Gurtkraftbegrenzer bereits gedämpft hat.
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Der Gurtkraftbegrenzer weist zur Realisierung der Kraftkurve eine mit einem Fluid-Volumen gefüllte Druckkammer auf, in der sich ein Kolben beziehungsweise ein Verdränger oder eine Enddichtung befindet, der oder die mit einer Kolbenstange verbunden ist. Der Gurtkraftbegrenzer verbindet mittels der Kolbenstange und der Druckkammer ein an sich bekanntes Gurtschloss mit einem Befestigungspunkt, der an oder bei einem Fahrzeugsitz vorgesehen ist, indem zum Beispiel die Kolbenstange am Gurtschloss befestigt ist und die Druckkammer mittels einer Befestigung an einem Befestigungspunkt. Hierzu kann die Druckkammer zum Beispiel ein Gewinde aufweisen zur Aufnahme der Befestigung, alternativ kann die Druckkammer unlösbar mit der Befestigung realisiert werden.
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Wird axial der Kolbenstange eine Zugkraft auf den Gurtkraftbegrenzer aufgebracht, bewegt sich die Kolbenstange und der Kolben um eine Strecke relativ zur Druckkammer, der Bereich, in dem sich das Fluid-Volumen befindet, also das Kammer-Volumen, wird hierdurch verringert oder verkleinert, wobei mittels des Kolbens ein Fluid-Volumen aus dem mit dem Kolben überstrichenen Bereich der Druckkammer befördert wird und aus einer Druckablassöffnung, die in der Druckkammer vorgesehen ist, ausgetrieben wird. Das Kammer-Volumen ist somit variabel und entspricht dem jeweiligen Volumen, das in der Druckkammer zwischen dem Kolben und einer Druckkammer-Deckfläche eingeschlossen ist. Hierbei kann das Fluid-Volumen direkt an die Umgebung abgegeben oder aber in einem weiteren Behältnis aufgefangen werden.
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Die Druckablassöffnung kann hierbei eine Vielzahl von Geometrien aufweisen und aus einer Vielzahl einzelner Öffnungen bestehen, die in geeigneter Weise über die Oberfläche der Druckkammer angeordnet sind. Alternativ kann die Druckablassöffnung lediglich aus einer Öffnung bestehen, die eine geeignete Geometrie aufweist, sodass die geforderte Kraftkurve erzeugt wird. Hierbei ist jeweils die gesamte Fläche, aus der das Fluid-Volumen austreten kann, die Druckablassöffnungsfläche.
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Erfindungsgemäß wird die Druckablassöffnungsfläche durch eine Verlagerung der Kolbenstange und des Kolbens relativ zur Druckkammer verkleinert, da eine oder mehrere Druckablassöffnungen zumindest teilweise verschlossen werden beziehungsweise durch die Verkleinerung des Kammer-Volumens sich ein Teil der Druckablassöffnungen nicht mehr unmittelbar innerhalb des Kammer-Volumens befinden und somit kein Fluid aus diesem entweichen lassen, sodass das Fluid-Volumen lediglich aus der verbleibenden Druckablassöffnungsfläche, die auch aus mehreren einzelnen Druckablassöffnungen gebildet sein kann, ausgetrieben werden kann. Die Druckablassöffnungsfläche, aus der Fluid-Volumen ausgetrieben wird, wird verringert, indem der Kolben relativ zu der Druckkammer eine Relativbewegung ausführt und hierdurch einerseits das Kammer-Volumen verkleinert und andererseits einen Teil der Druckablassöffnung passiert, die daraufhin kein Fluid-Volumen entweichen lässt. Die Druckablassöffnungsfläche wird also allein durch die Bewegung des Kolbens verändert.
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Durch die Größe der Druckablassöffnungsfläche wird der ausgetriebene Fluid-Volumenstrom variiert und der in der Druckkammer herrschende Druckkammer-Innendruck beeinflusst. Der Druckkammer-Innendruck ist proportional zu der auf die Kolbenstange aufgebrachten axialen Zugkraft, sodass durch die Anordnung und die Größe der Druckablassöffnung in der Druckkammer eine definierte Kraftkurve erzeugt wird.
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Die Druckablassöffnungsfläche wird durch die Bewegung des Kolbens bei einem Crash bevorzugt ausschließlich verkleinert, wodurch eine progressive Dämpfung sichergestellt werden kann. Eine progressive Dämpfung hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, da hierdurch auch bei starken Verzögerungen des Kraftfahrzeugs eine geeignete Kraftkurve erzeugt wird, wodurch die Sicherheit für Fahrzeuginsassen erhöht wird.
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In einer besonders praxisgerechten Form ist die Kolbenstange mit dem Gurtschloss verbunden und die Druckkammer steht in Verbindung mit der Befestigung. Hierdurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Gurtkraftbegrenzers im Bereich des Gurtschlosses realisiert, wodurch die Gestaltungsmöglichkeiten im Fahrzeuginnenraum erhöht werden.
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Vorteilhafterweise ist das Fluid-Volumen eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel eine Hydraulikflüssigkeit, oder ein Gas, dessen Austreten aus der Druckkammer durch die Druckablassöffnung durch Stopfen beziehungsweise durch Abdeckungen verhindert wird. Bei ansteigendem Druckkammer-Innendruck, verursacht durch die Relativbewegung des Kolbens zur Druckkammer, lösen sich die oder der Stopfen aus der Durchlassöffnung und geben diese frei. Als besonders erfolgsversprechend hat sich das Verschließen der Druckablassöffnungsfläche mittels Stopfen beziehungsweise mittels Abdeckungen erwiesen, da hierdurch Fluide verwendet werden können, die nicht Luft sind, da diese Fluide aufgrund ihrer Viskosität eine besonders geeignete Kraftkurve ermöglichen.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht das Fluid-Volumen aus Luft bei Umgebungsdruck, sodass auf Stopfen verzichtet werden kann. Bei der Verwendung von Luft als Fluid-Volumen ist weiterhin vorteilhaft, dass eine wiederholte Verwendung des Gurtkraftbegrenzers ohne das Nachfüllen eines Fluids möglich ist.
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Eine besonders praxisgerechte Form weist ein Fixierungsmittel auf, dass einer Relativbewegung zwischen der Druckkammer und der Kolbenstange entgegenwirkt, solange die axial auf die Kolbenstange aufgebrachte Zugkraft kleiner ist als eine durch das Fixierungsmittel erzeugte Fixierkraft. Hierdurch wird verhindert, dass durch eine Beschleunigung, zum Beispiel durch einen starken Bremsvorgang verursacht, der Gurtkraftbegrenzer eine Relativbewegung ermöglicht, die durch den Fahrzeuginsassen spürbar ist und diesem ein unangenehmes Gefühl, beziehungsweise ein verringertes Vertrauen in den Sicherheitsgurt, vermittelt. Des Weiteren würde der für den Crashfall vorgesehene Dämpferweg des Gurtkraftbegrenzers unnötigerweise verringert werden und im Crashfall nicht mehr verfügbar sein.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Fixierungsmittel derart auszulegen, dass die Fixierkraft abfällt oder zumindest nicht weiter ansteigt, wenn die Zugkraft sie überschritten hat, da eine zusätzliche Kraft, die der Zugkraft entgegenwirkt, der Kraftkurve überlagert wird und diese somit verfälscht.
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Die erfindungsgemäße Gurtschloss-Einheit weist den erfindungsgemäßen Gurtkraftbegrenzer auf sowie eine Befestigung, die an der Druckkammer oder an der Kolbenstange befestigt sein kann, zur Befestigung an oder bei einem Fahrzeugsitz. Des Weiteren weist die Gurtschloss-Einheit ein Gurtschloss auf, dass mit dem Gurtkraftbegrenzer verbunden ist, zur Aufnahme der Zugkraft eines Sicherheitsgurts mittels einer Steckzunge.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist die erfindungsgemäße Gurtschloss-Einheit auf, die an oder bei einem Fahrzeugsitz angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit dem erfindungsgemäßen Gurtkraftbegrenzer ausgeführt werden. Entsprechend kann der erfindungsgemäße Gurtkraftbegrenzer zum Durchführen des Verfahrens geeignet sein.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt eine Ansicht eines Gurtkraftbegrenzers, in Verbindung stehend mit einer Befestigung und einem Gurtschloss.
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Die Figur zeigt einen Gurtkraftbegrenzer 1 für ein Kraftfahrzeug, einerseits in Verbindung stehend zu einem an sich vorbekannten Gurtschloss 2 zur Aufnahme einer Steckzunge 3 eines Sicherheitsgurts, und andererseits in Verbindung stehend zu einer Befestigung 4 zur Befestigung an oder bei einem Fahrzeugsitz.
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Der Gurtkraftbegrenzer 1 weist eine Druckkammer 5 auf, die eine Zylinderfläche mit einer Druckablassöffnung 5a und der Druckkammer-Deckfläche 5b aufweist. Die Druckkammer-Deckfläche 5b ist dichtend mit der Zylinderfläche der Druckkammer 5 verbunden und weist eine dichtende Führung zu einer Kolbenstange 7 auf. Des Weiteren steht die Druckkammer 5 in Verbindung zu der Befestigung 4.
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Die Druckkammer 5 umfasst ein Kammer-Volumen 5c, das durch die Druckkammer 5 zwischen der Druckkammer-Deckfläche 5b und einem Kolben 6 umschlossen wird. Des Weiteren umfasst die Druckkammer 5 zumindest einen Teil einer Kolbenstange 7, die mit dem Kolben 6 verbunden ist, wobei die Kolbenstange 7 auch mit dem Gurtschloss 2 in Verbindung steht.
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Zusätzlich umfasst die Druckkammer 5 ein Fixierungsmittel 8, das an dem Kolben 6 oder an der Kolbenstange 7 vorgesehen ist und eine Verbindung zwischen dem Kolben 6 bzw. der Kolbenstange 7 und der Druckkammer 5 erzeugt. Das Fixierungsmittel 8 weist eine definierte Fixierkraft F1 auf, bis zu der eine Relativbewegung verhindert wird. Wird die Fixierkraft F1 überschritten, findet eine Relativbewegung statt. Die Kraft, mit der das Fixierungsmittel 8 nach dem Überschreiten der Fixierkraft F1 der Bewegung entgegenwirkt, kann hierbei kleiner sein als die Fixierkraft F1, um die definierte Kraftkurve des Dämpfers nicht zu verfälschen. Das Fixierungsmittel 8 kann zum Beispiel aus einem Gummi, einem Kunststoff oder aber aus Metall bestehen und zum Beispiel ein Klebstoff sein, der den Kolben 6 mit der Druckkammer 5 verklebt, oder aber - wie in der Figur dargestellt - ein Bauteil sein, dass mit der Kolbenstange 7 bzw. dem Kolben 6 verbunden und mit der Druckkammer 5 derartig verspannt ist, dass die Fixierkraft F1 durch Reibung zwischen dem Fixierungsmittel 8 und der Druckkammer 5 entsteht.
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Überschreitet die Zugkraft F die Fixierkraft F1, findet eine Relativbewegung zwischen der Kolbenstange 7 und der Druckkammer 5 statt. Hierdurch bewegt sich der Kolben 6 entlang der Druckkammer 5 und verdrängt hierbei das überstrichene Fluid-Volumen 9 in der Druckkammer 5. Das verdrängte Fluid-Volumen 9 durchströmt die Druckablassöffnungsfläche 5d, wobei das Fluid-Volumen 9 also lediglich durch die oberhalb des Kolbens 6 liegende Druckablassöffnung 5a entweichen kann. Hat der Kolben 6 eine ausreichende Relativbewegung zur Druckkammer 5 ausgeführt, also einen entsprechenden Teil einer Strecke S zurückgelegt, so hat der Kolben 6 einen Teil der Druckablassöffnung 5a passiert, sodass die Druckablassöffnungsfläche 5d verringert ist.
Die Größe der Druckablassöffnungsfläche 5d wirkt sich auf den Strömungswiderstand des Fluid-Volumens 9 aus. Je kleiner die Druckablassöffnungsfläche 5d ist, desto höher ist der Strömungswiderstand des Fluids durch die Druckablassöffnungsfläche 5d und desto höher ist der Druck in der Druckkammer 5. Hierbei entspricht der Druck in der Druckkammer 5 multipliziert mit der mit dem Druck beaufschlagten Fläche des Kolbens 6 der Zugkraft F. Somit wird durch das Verkleinern der Druckablassöffnungsfläche 5d die Zugkraft F beeinflusst.
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Durch eine entsprechende Gestaltung der Geometrie der Druckablassöffnungsfläche 5d, also insbesondere durch die Größe und Positionierung sowie die Anzahl der gegebenenfalls einzelnen Druckablassöffnungen, die über die Strecke S angeordnet sind, kann somit Einfluss auf die Zugkraft F über die Strecke S, die der Kolben (6) zurücklegt, genommen werden.
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In der Figur ist eine Druckablassöffnung 5a dargestellt, die aus mehreren einzelnen, unverschlossenen Druckablassöffnungen 5a besteht, die insbesondere für die Verwendung von Luft als Fluid geeignet sind. Alternativ, nicht dargestellt, können die Druckablassöffnungen 5a mit Stopfen verschlossen sein, die bei einem erhöhten Druck in der Druckkammer 5 die Druckablassöffnungen 5a freigegeben. Die Stopfen können aus Gummi, einem Kunststoff oder aus einem Metall bestehen. Damit die Stopfen nach dem Freigeben der Druckablassöffnungen 5a an der Druckkammer 5 verbleiben, können diese an der Druckkammer 5 befestigt sein. Die Stopfen ermöglichen eine Verwendung von weiteren Fluiden, wie zum Beispiel anderen Gasen, oder aber auch von Flüssigkeiten, die am Austreten aus der Druckkammer 5 gehindert werden, soweit der Druck in der Druckkammer 5 nicht durch eine Relativbewegung des Kolbens 6 zur Druckkammer 5 soweit ansteigt, dass der oder die Stopfen die Druckablassöffnung 5a freigegeben.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die Kolbenstange 7 mit der Befestigung (4) verbunden sowie die Druckkammer 5 mit dem Gurtschloss 2 verbunden ist. Diese alternative Ausführungsform hat das gleiche erfinderische Wirkprinzip wie die oben beschriebene Ausführungsform.
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Der Gurtkraftbegrenzer 1 bildet in dieser Ausführungsform zusammen mit dem Gurtschloss 2 und der Befestigung 4 die Gurtschloss-Einheit 10 aus. Die Gurtschloss-Einheit 10 ist an ihrem unteren Ende an oder bei einem Fahrzeugsitz befestigt und nimmt mittels der Steckzunge 3 die Zugkraft eines Sicherheitsgurts auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gurtkraftbegrenzer
- 2
- Gurtschloss
- 3
- Steckzunge
- 4
- Befestigung
- 5
- Druckkammer
- 5a
- Druckablassöffnung
- 5b
- Druckkammer-Deckfläche
- 5c
- Kammer-Volumen
- 5d
- Druckablassöffnungsfläche
- 6
- Kolben
- 7
- Kolbenstange
- 8
- Fixierungsmittel
- 9
- Fluid-Volumen
- 10
- Gurtschloss-Einheit
- F
- Zugkraft
- F1
- Fixierkraft
- S
- Strecke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/076248 A1 [0003]
- KR 1020170012788 A [0005]
- US 6168205 B1 [0006]
- DE 19963580 A1 [0008]
