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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Rotations-Translationswandler
mit Wälzkörperumlauf, aufweisend eine Spindel,
an deren Außenumfang ein erster Teil einer Laufrille ausgebildet
ist, eine Mutter, an deren Innenumfang ein zweiter Teil der Laufrille ausgebildet
ist, eine Mehrzahl von Wälzelementen, die in der Laufrille
angeordnet sind, und einen Rückführkanal, der
entgegengesetzte Enden der Laufrille miteinander verbindet, um die
Wälzelemente umlaufen lassen zu können.
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Ein
derartiger Rotations-Translationswandler in Form eines Kugelgewindetriebs
ist allgemein bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Aktuatoranordnung zum
axialen Versetzen eines Betätigungsgliedes mittels einer
Antriebskraft, die von einer elektrischen Maschine erzeugt wird,
insbesondere für eine Schaltkupplungsanordnung eines Stufenwechselgetriebes,
wobei das Betätigungsglied in Bezug auf eine Drehwelle
axial verschieblich gelagert ist, wobei die elektrische Maschine
einen gehäusefesten Stator und einen Rotor aufweist, der
mit dem Betätigungsglied gekoppelt und koaxial zu dem Betätigungsglied
angeordnet ist.
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Eine
derartige Aktuatoranordnung ist bekannt aus dem Dokument
DE 101 03 664 A1 .
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schaltkupplungsanordnung
für ein Stufenwechselgetriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einer Führungsmuffe, die an einer Drehwelle
festgelegt ist und eine Führungsmuffenverzahnung aufweist,
mit einer Schaltmuffe, die eine Schaltmuffenverzahnung aufweist,
die mit der Führungsmuffenverzahnung in Eingriff steht,
so dass die Schaltmuffe in Bezug auf die Drehwelle drehfest und
axial verschieblich gelagert ist, und mit einem Kupplungskörper,
der an einem Losrad festgelegt ist, das an der Drehwelle drehbar
gelagert ist, und der eine Kupplungskörperverzahnung aufweist,
in die die Schaltmuffenverzahnung eingeschoben werden kann, um das
Losrad drehfest mit der Drehwelle zu verbinden, wobei die Schaltmuffe
mittels einer Aktuatoranordnung axial verschiebbar ist.
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Aus
dem Dokument
DE 100
21 368 A1 ist ein mechatronischer Aktuator bekannt, bei
dem ein Rotor eines Elektromotors als Hohlrad, als Planetenträger
oder integriert in die Planetenräder eines Planetenradsatzes
ausgebildet ist. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes ist als Spindel
für einen Linearantrieb ausgebildet.
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Eine
elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ist aus dem
Dokument
DE 195 11
287 B4 bekannt. Ein Rotor ist als Hohlwelle ausgebildet
und umgibt ein Untersetzungsgetriebe in Form eines Rollengewindetriebs,
dessen Ausgangsglied als Betätigungsglied für
die Scheibenbremse dient. Zwischen den Rotor und den Rollengewindetrieb
kann ein Planetengetriebe geschaltet sein.
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Das
Dokument
DE 10
2004 013 450 B4 betrifft eine Schalteinrichtung für
ein Stufenwechselgetriebe. Schalt- und Synchronisierungsvorgänge
werden elektromagnetisch realisiert. Ein Losrad und eine Führungsmuffe
sind zur Führung eines magnetischen Flusses ausgelegt,
der von einem Stator erzeugt wird. An der Führungsmuffe
sind Schaltstifte axial verschieblich gelagert, die zur Herstellung
eines Formschlusses mit einem Losrad dienen.
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Aus
dem Dokument
DE 199
47 405 A1 ist ein Stufenwechselgetriebe in Vorgelegebauweise
bekannt, bei dem eine Schaltmuffe einer Synchronschaltkupplung mittels
eines elektrischen Linear-Schrittmotors betätigbar ist.
Der Schrittmotor kann als Reluktanzmotor ausgebildet und in dem
Getriebegehäuse aufgenommen sein.
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Ferner
offenbart das oben genannte Dokument
DE 101 03 664 A1 eine Synchronisiereinrichtung,
bei der die Schaltmuffe als Teil des elektrischen Antriebs ausgebildet
ist. Dabei kann der Antrieb als Linearmotor oder als rotatorischer
Antrieb ausgebildet sein. Im letzteren Fall ist die Schaltmuffe über Wälz-
oder Gleitlager gegenüber einer Spindel drehbar, aber mit
dieser verschiebbar gelagert. Die Spindel trägt eine elektromotorische
Komponente und bildet mit zwei sich am Gehäuse abstützenden
Spindelmuttern einen Rotations-Translationswandler.
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Aus
dem Dokument
DE
10 2005 017 026 A1 ist eine Aktuatoranordnung für
eine Schaltkupplungsanordnung bekannt, die eine zu einer Drehachse konzentrisch
angeordnete elektrische Maschine mit einem gehäusefesten
Stator und einem Rotor beinhaltet. Der Rotor ist über einen
Stift und eine Schraubenfeder mit einem Ringbauteil gekoppelt. Das
Ringbauteil ist durch geeignete Maßnahmen axial gegenüber
dem Stator verschiebbar, jedoch nicht verdrehbar. Das Ringbauteil
weist am Innenumfang einen Ringvorsprung auf, der in eine Umfangsnut
einer Schaltmuffe der Schaltkupplungsanordnung greift. Hierbei wird
der Rotor nur dann angetrieben, wenn ein Axialversatz der Schaltmuffe
gewünscht ist.
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Die
Druckschrift
DE 33
23 345 A1 offenbart ein Kugelumlauf-Schraubgetriebe klassischer
Bauart. Die
DE 33 23
347 A1 offenbart ein ähnliches Kugelumlauf-Schraubgetriebe,
bei dem ein biegsames Band Kugeln gegen Herausfallen aus einem Kanal
sichert.
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Ferner
ist es aus dem Dokument
DE
103 33 909 A1 bekannt, den Rückführkanal
eines Kugelgewindetriebs durch ein Umlenkstück zu realisieren, das
die Wälzkörper nach etwas weniger als einem Umlauf
vom Endpunkt zum Ausgangspunkt zurückführt und
in der axialen Projektion etwa auf dem durch die Laufrille gebildeten
Kreisprofil liegt. Hierdurch wird in radialer Richtung Platz gespart.
Dabei ist jedoch in der Mutter eine Mehrzahl solcher Umläufe
mit jeweiligem Umlenkstück vorgesehen.
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Die
Verbindung von Endpunkten einer Laufrille mit mehreren Umläufen
erfolgt hingegen im Stand der Technik über einen Rückführkanal,
der außerhalb der Laufrille angeordnet ist, insbesondere
radial außerhalb in einem speziellen Rückführkanal
der Mutter. Ein solcher Rückführkanal liegt in
der axialen Projektion außerhalb des durch die Laufrille
gebildeten Kreisprofils.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Aktuatoranordnung anzugeben sowie einen verbesserten Rotations-Translationswandler,
der insbesondere für eine erfindungsgemäße
Aktuatoranordnung verwendbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der
Erfindung, eine Schaltkupplungsanordnung für ein Stufenwechselgetriebe
anzugeben.
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Die
obige Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung durch einen Rotations-Translationswandler
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch,
dass der Rückführkanal an der Spindel ausgebildet
ist, ist es möglich, den Rotations-Translationswandler
in radialer Richtung kompakt auszubilden. Insgesamt ergibt sich
so eine Bauraumersparnis.
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Von
besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Mutter in axialer Richtung
länger ist als die Spindel.
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Hierbei
wird das Prinzip eines Kugelgewindetriebs umgekehrt, indem die Mutter
länger ist als die Spindel und sich folglich die innere
Spindel an der Mutter entlang bewegt. Hierbei ist es möglich,
die Spindel in axialer Richtung kompakt auszubilden, so dass sie
sich insbesondere zur Verwendung in einer Aktuatoranordnung für
eine Schaltkupplungsanordnung eignet.
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Dabei
ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Spindel als Hohlspindel ausgebildet
ist.
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Auf
diese Weise kann die Spindel beispielsweise andere Bauteile umgeben,
wie beispielsweise eine Schaltmuffe einer Schaltkupplungsanordnung für
Fahrzeuggetriebe.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Rückführkanal als
Kanal durch die Spindel hindurch ausgebildet ist. Hierdurch kann
die Spindel auch in Form einer Hohlspindel in radialer Richtung
kompakt ausgebildet werden. Vorteilhaft ist hierbei auch, dass der
Rückführkanal durch die Spindel hindurch außerhalb
der kreisförmigen Projektion der Laufrille angeordnet sein
kann, um auf diese Weise mehr als einen Umlauf der Laufrille zu überbrücken.
Hierdurch kann die Spindel auch in axialer Richtung kompakt ausgebildet
werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn der Rückführkanal in
einer Axialprojektion auf die Spindel dem Verlauf einer Sekante
folgt.
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Bei
dieser Ausführungsform kann der Rückführkanal
weitgehend geradlinig von einem am Außenumfang der Spindel
befindlichen Ende der Laufrille zu einem anderen, ebenfalls am Außenumfang der
Spindel befindlichen Ende der Laufrille verbunden werden.
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Die
Herstellungskosten können hierdurch vereinfacht werden.
Im günstigsten Fall kann der Rückführkanal
als Bohrung ausgebildet werden, die den Körper der Spindel
durchsetzt.
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Alternativ
ist es auch möglich, den Rückführkanal
mit einem bogenförmigen Verlauf zu versehen, insbesondere
bei guss- oder sintertechnisch hergestellten Bauteilen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Spindel
und der Mutter eine Mehrzahl von Laufrillen mit jeweils einem zugeordneten
Rückführkanal ausgebildet.
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Obgleich
eine Laufrille mit einem Gang für die Anwendung in einer
Aktuatoranordnung für eine Schaltkupplung in der Regel
hinreichend ist, ist es natürlich gegebenenfalls auch denkbar,
den Rotations-Translationswandler mehrgängig auszuführen. Die
Rückführkanäle müssen nicht
jeweils in der selben Laufrille enden. Vielmehr können
die Wälzkörper auch in eine andere Laufrille (einen
anderen Gang) geführt werden, so dass die Wälzkörper
dann mehrere Laufrillen bzw. Gänge nacheinander durchlaufen.
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Insgesamt
ist es vorteilhaft, wenn die Wälzelemente Kugeln sind.
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Alternativ
hierzu ist es auch möglich, dass die Wälzelemente
jeweils als zylinderförmige Rollen ausgebildet sind, die
im Folgenden der Einfachheit halber als Zylinder bezeichnet werden.
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Im
letzteren Fall sind die Zylinderachsen benachbarter Zylinder in
der Laufrille dabei vorzugsweise jeweils um einen Winkel größer
Null gegeneinander verschränkt bzw. gegeneinander versetzt.
Hierdurch können Axialkräfte effizient auf die
Spindel (bzw. die Mutter) übertragen werden.
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Von
besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Zylinder abwechselnd um
90° verschränkt in der Laufrille angeordnet sind.
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Generell
lässt sich mit dem erfindungsgemäßen
Rotations-Translationswandler eine reibungsarme Wandlung einer Drehbewegung
in eine axiale Bewegung zum Betätigen einer Aktuatoranordnung bzw.
einer Schaltkupplung umwandeln, beispielsweise zum Verstellen einer
Schaltmuffe mittels eines Hohlläufer-Elektromotors in einem
Fahrzeuggetriebe.
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Generell
ist der Einsatz in allen automatisierten Schaltgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben denkbar,
die über schaltbare Kupplungen an den Übersetzungsstufen
verfügen. Besonders interessant ist hierbei die Anwendung
für ein automatisiertes Schaltgetriebe bzw. Doppelkupplungsgetriebe
oder Stufenautomatikgetriebe, das dabei ohne Hydrauliksystem ausgebildet
sein kann.
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Als
Wälzkörper können, wie gesagt, Kugeln oder
andere Wälzkörper wie Zylinder verwendet werden.
Es versteht sich, dass zwischen den Wälzkörpern
Distanzkörper wie z. B. Distanzkugeln angeordnet sein können.
Die Laufrillen können im Querschnitt kreisförmig
ausgebildet sein oder auch mit anderen Formen, um je nach Bedarf
einen möglichst flächigen oder möglichst
punktuellen Kontakt zwischen den Wälzkörpern und
der Laufrille zu erzielen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte
Aufgabe durch eine Aktuatoranordnung gemäß Anspruch
11 gelöst. Dabei ist der Rotor mit dem Betätigungsglied über
einen Rotations-Translationswandler gekoppelt. Ferner ist der Rotor
an einem Axiallagerungsabschnitt axial gelagert, der einen ersten
und einen zweiten Ringsteg aufweist, die auf axial gegenüberliegenden Seiten
des Rotors angeordnet sind.
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Auf
diese Weise kann der Rotor in der Aktuatoranordnung axial fixiert
werden.
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Vorzugsweise
ist dabei der Axiallagerungsabschnitt gehäusefest ausgebildet.
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Obgleich
es auch denkbar ist, den Axiallagerungsabschnitt beispielsweise
an der Drehwelle festzulegen, ist aus konstruktiven Gründen
eine gehäusefeste Ausbildung bevorzugt. Das Gehäuse
kann dabei insbesondere ein Gehäuse der Aktuatoranordnung
sein, insbesondere jedoch ein Gehäuse eines Getriebes,
in dem die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung
zur Betätigung einer Schaltkupplungsanordnung verwendet
wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Rotations-Translationswandler einen Wandlerabschnitt
am Innenumfang des Rotors aufweist.
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Bei
dieser Ausführungsform bildet der Rotor (oder ein starr
hiermit verbundenes Bauteil) eine "Mutter" des Rotations-Translationswandlers.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rotations-Translationswandler einen
Wandlerabschnitt am Außenumfang eines Schaltgliedes auf,
das mit dem Betätigungsglied in axialer Richtung gekoppelt
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform ist der Rotor mit dem Betätigungsglied
indirekt gekoppelt, und zwar über ein Schaltglied, das
mit dem Betätigungsglied in axialer Richtung gekoppelt
ist.
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Das
Betätigungsglied kann in einer Schaltkupplung für
ein Kraftfahrzeuggetriebe eine Schaltmuffe sein. Das Schaltglied
kann dabei als Ringelement ausgebildet sein, das nach der Art einer
Spindel ausgebildet ist.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn sich zwischen dem ersten und dem
zweiten Ringsteg Führungsmittel erstrecken, an denen das
Schaltglied in axialer Richtung verschieblich geführt ist.
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Auf
diese Weise erfüllen die Ringstege eine Doppelfunktion,
zum einen die Axiallagerung des Rotors und zum anderen die Führungsfunktion
für das Schaltglied.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn die Führungsmittel eine
Mehrzahl von Axialstiften aufweisen, die über den Umfang
der Aktuatoranordnung verteilt angeordnet sind.
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Auf
diese Weise lässt sich die Führung des Schaltgliedes
konstruktiv einfach realisieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform durchsetzt wenigstens
einer der Ringstege den Stator in radialer Richtung.
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Auf
diese Weise kann eine vergleichsweise kompakte Aktuatoranordnung
realisiert werden.
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Alternativ
hierzu ist der Stator zwischen den Ringstegen angeordnet. Dies hat
den Vorteil, dass nicht nur der Rotor sondern auch der Stator als
eine geschlossene Einheit zwischen den Ringstegen angeordnet sind,
die folglich eine Art Gehäuse bilden können.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei, wenn der Stator, der Rotor, das Schaltglied
sowie die zugeordneten Ringstege und die damit verbundene Axiallagerung
des Rotors als eine vormontierte Aktuatoreinheit ausgebildet ist,
die sich später auf einfache Weise an einer Schaltkupplung
eines Getriebes montieren lässt (bei der Getriebefertigung).
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Zudem
lässt sich die vormontierte Einheit vorab auf vergleichsweise
einfache Weise testen.
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Insgesamt
ist es bevorzugt, wenn der Rotations-Translationswandler der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung
als Rotations-Translationswandler gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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Hierbei
ist, wie oben erwähnt, die Mutter des Rotations-Translationswandlers
mit dem Rotor der Aktuatoranordnung verbunden bzw. durch diesen
gebildet.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Spindel des Rotations-Translationswandlers
mit dem Schaltglied verbunden ist, das mit dem Betätigungsglied
in axialer Richtung gekoppelt ist.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Schaltglied eine Breite
aufweist, die der Breite einer Nut des Betätigungselementes
entspricht.
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Bei
dieser Ausführungsform ist die Spindel folglich als Ring
ausgebildet, dessen Breite beispielsweise einer Schaltmuffe entsprechen
kann.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung;
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2 eine
schematische Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung;
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3 eine
stark schematisierte Längsschnittansicht durch eine dritte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schaltkupplungsanordnung;
-
4 eine
perspektivische, teilweise weggebrochene Ansicht eines Teils einer
erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung mit
einem erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandler
einer ersten Ausführungsform;
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5 eine
Draufsicht auf einen Schaltring in Form einer Spindel einer weiteren
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Rotations-Translationswandlers;
-
6 eine
Schnittansicht entlang der Linie VI-VI der 5; und
-
7 eine
perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandlers.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform einer Aktuatoranordnung generell
mit 10 bezeichnet.
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Die
Aktuatoranordnung 10 dient zur Betätigung einer
Schaltkupplungsanordnung 12 eines Stufenwechselgetriebes 13.
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Die
Schaltkupplungsanordnung 12 ist einer Drehwelle 14 zugeordnet.
Auf gegenüberliegenden Seiten der Schaltkupplungsanordnung 12 sind
ein erstes Losrad 16 und ein zweites Losrad 18 angeordnet,
die drehbar an der Drehwelle 14 gelagert sind.
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Die
Schaltkupplungsanordnung 12 weist eine Führungsmuffe 20 mit
einer nicht näher bezeichneten äußeren
Führungsmuffenverzahnung auf. Die Führungsmuffe 20 ist
drehfest an der Drehwelle 14 festgelegt. Ferner weist die
Schaltkupplungsanordnung 12 eine Schaltmuffe 22 mit
einer inneren Schaltmuffenverzahnung auf. Die Schaltmuffenverzahnung
steht mit der Führungsmuffenverzahnung in Eingriff, derart,
dass die Schaltmuffe 22 in Bezug auf die Drehwelle 14 drehfest
und axial verschieblich gelagert ist. Die Schaltmuffe 22 ist
in an sich bekannter Form außenumfänglich mit
einer Umfangsnut versehen. Ein Schaltglied in Form eines Schaltringes 23 ist mittels
der Aktuatoranordnung 10 in axialer Richtung versetzbar
und greift in diese Nut ein. Der Schaltring 23 ist in Bezug
auf das Gehäuse 34 drehfest gelagert.
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An
dem ersten Losrad 16 ist ein erster Kupplungskörper 24 festgelegt,
der eine äußere Kupplungskörperverzahnung
aufweist. In entsprechender Weise ist an dem zweiten Losrad 18 ein
zweiter Kupplungskörper 26 festgelegt, der eine
entsprechende äußere Kupplungskörperverzahnung
aufweist.
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Die
Schaltmuffe 22 kann axial so verschoben werden, dass die
Schaltmuffenverzahnung in jeweils eine der Kupplungskörperverzahnungen
eingeschoben wird, um so das jeweils zugeordnete Losrad 16, 18 drehfest
mit der Drehwelle 14 zu verbinden.
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Die
zum axialen Verschieben der Schaltmuffe 22 erforderliche
Axialkraft 27 wird von einer elektrischen Maschine erzeugt,
die nachstehend beschrieben werden wird.
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Die
Schaltkupplungsanordnung 12 kann eine beliebige herkömmliche
Synchronisierung beinhalten, beispielsweise mit einem Synchronring
(der in 1 nicht dargestellt ist), kann
jedoch auch als Klauenkupplung (ohne Synchronisierung) ausgebildet
sein.
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In 1 ist
bei 28 ein Kugel-Feder-Rastiersystem gezeigt, wie es auch
in Kegelsynchronisierungen generell verwendet wird.
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Ferner
ist bei 30 in 1 eine Drehachse der Drehwelle 14 dargestellt.
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Wie
oben erwähnt, wird die Antriebskraft 27 mittels
einer elektrischen Maschine 33 erzeugt, die einen Stator 32 und
einen Rotor 36 aufweist.
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Der
Stator 32 ist an einem Gehäuse 34 des Stufenwechselgetriebes
festgelegt.
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Die
elektrische Maschine 33 ist als rotatorische Maschine konzentrisch
zu der Drehachse 30 ausgebildet. Die elektrische Maschine 33 kann
beispielsweise eine bürstenlose Maschine mit permanent
erregtem Rotor oder einem Läufer ähnlich einer Drehstrom-Asynchronmaschine
sein.
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Die
elektrische Maschine 33 ist radial um die Schaltkupplungsanordnung 12 herum
angeordnet. Der Stator 32 beinhaltet elektrisch bestromte
Spulen (Feldspulen) 38, die auf ein Ständerpaket 37 gewickelt
sind und beispielsweise durch das Gehäuse 34 hindurch
elektrisch angeschlossen sein können.
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Der
Rotor 36 ist in axialer Richtung generell mit dem Stator 32 ausgerichtet
und ist zu diesem Zweck axial gelagert. Dies kann über
Gleit-, vorzugsweise über Wälzlager erfolgen.
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Zwischen
dem Rotor 36 und dem Schaltring 23 ist ein Rotations-Translationswandler 40 vorgesehen,
beispielsweise in Form eines Gewindetriebs, einer Kulissenführung,
eines Kugelgewindetriebs oder Ähnlichem.
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Der
Rotations-Translationswandler 40 setzt eine von der elektrischen
Maschine 33 erzeugte Drehbewegung des Rotors 36 in
eine Axialbewegung des Schaltringes 23 um. Der Schaltring 23 greift,
wie gesagt, in eine Umfangsnut der Schaltmuffe 22 und betätigt
folglich hierdurch die Schaltkupplungsanordnung 12. Hierdurch
wird entweder das Losrad 16 oder das Losrad 18 drehfest
mit der Drehwelle 14 verbunden, um in dem Schaltgetriebe 13 beispielsweise
eine bestimmte Gangstufe einzulegen oder Ähnliches.
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Die
Aktuatoranordnung 10 weist zur axialen Lagerung des Rotors 36 einen
ersten Ringsteg 42 und einen zweiten Ringsteg 44 auf,
die als Radialstege ausgebildet sind und den Rotor 36 zwischen
sich aufnehmen. Genauer gesagt ist zwischen dem Rotor 36 und
dem ersten Ringsteg 42 ein erstes Axiallager 46 angeordnet,
beispielsweise ein Wälzlager. Zwischen dem entgegengesetzten
Ende des Rotors 36 und dem zweiten Ringsteg 44 ist
ein zweites Axiallager 48 angeordnet, das identisch ausgebildet
sein kann wie das erste Axiallager 46.
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Die
Ringstege 42, 44 nehmen zwischen sich ferner das
Ständerpaket 37 des Stators 32 auf, und die
Feldwicklungen 38 des Stators sind außen um die Ringstege 42, 44 herum
gewickelt. Mit anderen Worten durchsetzen die Ringstege 42, 44 den
Stator 32. Hierdurch kann insgesamt eine kompakte Anordnung der
Ringstege 42, 44 erzielt werden.
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An
den radial innenliegenden Enden der Ringstege 42, 44 sind
Führungsstifte 50 vorgesehen (im vorliegenden
Fall beispielsweise drei oder mehr Führungsstifte), die
sich zwischen den Enden der zwei Ringstege 42, 44 erstrecken.
Die Führungsstifte 50 sind über den Umfang
der Aktuatoranordnung 10 verteilt angeordnet und dienen
dazu, den Schaltring 23 in axialer Richtung zu führen
und gegenüber einer Verdrehung zu sichern.
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Ferner
können die Ringstege 42, 44 als Axialanschläge
für den Schaltring 23 ausgebildet werden, so dass
eine Ansteuerung des elektrischen Motors 33 entsprechend
einfach ausgestaltet werden kann. In 1 ist der
Schaltring 23 in einer Position gezeigt, bei der er die
Schaltmuffe 22 so weit nach links mitgenommen hat, dass
die Schaltmuffenverzahnung in die Verzahnung des Kupplungskörpers 24 des
Losrades 16 eingetreten ist, um auf diese Weise die Drehwelle 14 drehfest
mit dem Losrad 16 zu verbinden.
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Es
ist generell denkbar, dass sich der Rotor 36 an Ringstegen
in axialer Richtung abstützt, die (beispielsweise über
entsprechende Ausnehmungen in der Schaltmuffe 22) an der
Führungsmuffe 20 festgelegt sind und nicht an
dem Gehäuse 34.
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Die
erfindungsgemäße Aktuatoranordnung 10 und
die mit dieser angesteuerte erfindungsgemäße Schaltkupplungsanordnung 12 lassen
sich bei allen denkbaren Stufenwechselgetrieben 13 verwenden,
insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben, bei Doppelkupplungsgetrieben
etc. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass eine Hydraulik generell überhaupt
nicht mehr notwendig ist. Dies kann insbesondere dann von Vorteil
sein, wenn beispielsweise auch die zugeordnete Anfahrkupplung (oder Doppelkupplung)
nicht hydraulisch sondern elektromotorisch verstellt wird.
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Bei
der Aktuatoranordnung 10 der 1 ist es
ferner zu Montagezwecken vorteilhaft, wenn der Rotor 36 und/oder
der Stator 32 geteilt ausgebildet sind.
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In
dem Stufenwechselgetriebe 13 ist vorzugsweise für
jede Schaltkupplungsanordnung 12 eine eigene Aktuatoranordnung 10 vorgesehen. Demzufolge
ist es auch möglich, die unterschiedlichen Schaltkupplungsanordnungen 12 zugeordneten Gänge
in überschneidender Art und Weise zu betätigen.
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Ferner
ist bei der Erfindung vorteilhaft, dass keine Schaltgestänge
und auch keine Hilfsantriebe, wie z. B. Schaltwalzen, notwendig
sind. Damit ergibt sich insgesamt auch eine kompakte Bauweise und ein
verringerter Gesamtbauraum.
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Die
Wegsteuerung kann entweder über Sensoren erfasst und dann
geregelt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Wegsteuerung
ohne Wegerfassung durchzuführen, indem die Schaltmuffe 22 in ihren
Endpositionen gegen Anschläge gefahren wird. Hierdurch
kann gewährleistet werden, dass der Rotor 36 immer
im Feldbereich des Stators 32 bleibt.
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Die
Endanschläge können jedoch auch durch Sensoren
abgetastet werden.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Aktuatoranordnung 10'. Die Aktuatoranordnung 10' entspricht
hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Aktuatoranordnung 10 der 1.
Gleiche Elemente sind daher auch durch gleiche Bezugsziffern angegeben.
Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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Die
Ringstege 42', 44' umfassen bei der Aktuatoranordnung 10' nicht
nur den Rotor 36' sondern auch den gesamten Stator 32' und
bilden insgesamt ein Aktuatorgehäuse, das beispielsweise
an dem Gehäuse 34 eines Getriebes oder Ähnlichem
festgelegt sein kann.
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Ferner
ist zu erkennen, dass der Schaltring 23' in axialer Richtung
kürzer ausgebildet ist als der Rotor 36'. Der
Schaltring 23' hat eine solche Breite, dass er genau in
die Umfangsnut der Schaltmuffe 22' passt. Mit anderen Worten
entspricht die axiale Länge des Schaltringes 23 der
axialen Länge der Umfangsnut der Schaltmuffe 22'.
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Bei
beiden Aktuatoranordnungen 10, 10' der 1 und 2 ist
es möglich, diese als vormontierte Einheit bereitzustellen,
die bei der Getriebefertigung montiert wird. Diese vormontierte
Einheit beinhaltet dann jeweils vorzugsweise die elektrische Maschine 33 einschließlich
des Stators 32 und des Rotors 36, die Ringstege 42, 44,
die Axialführung für den Schaltring 23 und
den Schaltring 23 selber. Die Einheit lässt sich
bevorzugt vor der Montage im Getriebe auf Funktion testen, so dass
die Prüfverfahren für das Getriebe insgesamt vereinfacht
werden. Das mit den Ringstegen 42, 44 ausgebildete
und in 2 dargestellte Gehäuse einer solchen
vormontierten Einheit ist in 2 mit 60 bezeichnet.
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3 zeigt
in sehr schematischer Form eine weitere alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 10''.
Die Aktuatoranordnung 10'' entspricht hinsichtlich Aufbau
und Funktionsweise generell der Aktuatoranordnung 10 der 1.
Gleiche Elemente sind daher auch durch gleiche Bezugsziffern angegeben.
Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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So
ist in 3 die oben beschriebene vormontierte Einheit durch
Strichpunktlinien angedeutet und mit 61 bezeichnet. Der
in 3 dargestellte Rotations-Translationswandler 40'' ist
schematisch als Kugelgewindetrieb angedeutet.
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4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Aktuatoranordnung 10'', die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise
generell der Aktuatoranordnung 10' der 2 entspricht.
Gleiche Elemente sind daher auch durch gleiche Bezugsziffern angegeben.
Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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4 zeigt
insbesondere Details eines Rotations-Translationswandlers 40''',
wie er für die Aktuatoranordnung 10''' (und auch
für die zuvor beschriebenen Aktuatoranordnungen) verwendbar
ist.
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Der
Rotations-Translationswandler 40''' ist als Kugelgewindetrieb
ausgebildet und beinhaltet eine Spindel in Form des Schaltringes 23''' und
eine Mutter in Form des Rotors 36'''. Es versteht sich, dass
der Rotations-Translationswandler 40''' auch mit anderen
Arten von Spindeln und Muttern ausgebildet werden kann. Aus Gründen
einer einfacheren Darstellung werden diese Elemente jedoch nachstehend
durchgehend mit Rotor bzw. Schaltring bezeichnet.
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So
weist der Schaltring 23''' an seinem Außenumfang
einen ersten Teil 62 einer Laufrille 66 auf. Der
Rotor 36''' weist an seinem Innenumfang einen zweiten Teil 64 der
Laufrille 66 auf. Genauer gesagt sind diese Teile durch
annähernd halbrunde, schraubenförmig umlaufende
Nuten gebildet, die gemeinsam die Laufrille 66 bzw. den
Gewindegang bilden. In die Laufrille 66 ist eine Mehrzahl
von Wälzkörpern in Form von Kugeln 68 eingesetzt.
Ferner ist ein Ende der Laufrille 66 über einen
an dem Schaltring 23''' vorgesehenen Rückführkanal 70 mit
dem entgegengesetzten Ende der Laufrille 66 verbunden.
Der Rotations-Translationswandler 40''' verfügt
folglich über einen Wälzkörperumlauf.
Die Wälzkörper können unmittelbar aneinanderliegend
in die Laufrille 66 eingeführt sein, oder es können
Distanzkugeln zwischengelegt wer den. Auch ist es möglich,
die Kugeln zu einer Kugelkette zusammenzufassen, die einteilig oder endlos
ausgeführt sein kann. Der Querschnitt der Laufrille 66 ist
zum einen so auszulegen, dass Kräfte in axialer Richtung übertragbar
sind und zum anderen die Wälzkörper und gegebenenfalls
die Distanzstücke (oder Verbindungsglieder der Kugelkette) möglichst
reibungsarm durch diese Laufrille 66 geführt werden
können.
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Die
Distanzelemente können dabei beispielsweise in Form von
Kugeln oder auch als Elemente mit beidseitig konkaven Ausnehmungen
ausgebildet sein. Die Distanzelemente üben bevorzugt keinen
Druck auf die Gewindeflanken der Laufrille 66 aus und unterliegen
daher nicht dem Zwang, mitzulaufen bzw. abzuwälzen.
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In 4 ist
ferner zu erkennen, dass die Laufrille 66 annähernd
zwei Umdrehungen um den Umfang herum beinhaltet. Der Rückführkanal 70 kann,
wie dargestellt, außen an dem Schaltring 23''' ausgebildet
sein oder innerhalb des Schaltringes 23'''.
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Der
Schaltring 23''' ist in axialer Richtung kürzer
ausgebildet als der Rotor 36'''. Die axiale Länge des
Schaltringes 23''' ist in 4 mit L2 bezeichnet, die axiale Länge des
Rotors 36''' mit L1. Da L2 < L1, ist der Rückführkanal 70 bevorzugt
an dem Schaltring 23''' ausgebildet.
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Die
axiale Länge L2 des Schaltringes 23''' entspricht
dabei bevorzugterweise der axialen Länge L3 einer
Ringnut 72 einer Schaltmuffe 22''' einer Schaltkupplungsanordnung,
wie sie weiter oben beschrieben worden ist.
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5 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform eines eine Spindel für
einen erfindungsgemäßen Rotations-Translationswandler
bildenden Schaltringes 23IV , der
beispielsweise bei dem Rotations-Translationswandler 40'''
der 4 verwendet werden kann. Es ist zu erkennen, dass
der Rückführkanal 70IV als
Bohrung durch den Schaltring 23IV hindurch
ausgebildet ist, und zwar in der in 5 gezeigten
Axialprojektion als Sekante. 6, die einen Schnitt
entlang der Linie VI-VI in 5 zeigt,
lässt erkennen, dass der Rückführkanal 70IV als gerade Bohrung ausgebildet ist
und sich etwas schräg zu einer Längsachse 30 erstreckt,
um die entgegengesetzten Enden der Laufrille 66IV miteinander
zu verbinden.
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In 5 ist
ferner gezeigt, dass der Schaltring 23IV drei über
den Umfang verteilte Axialbohrungen 74 aufweist, durch
die hindurch die Führungsstifte 50 der erfindungsgemäßen
Aktuatoranordnung geführt werden können.
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7 zeigt
in schematischer Form eine alternative Ausgestaltung eines Rotations-Translationswandlers 40V . Der Rotations-Translationswandler 40V entspricht hinsichtlich Aufbau und
Funktionsweise generell dem Rotations-Translationswandler der 4 bis 6.
Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
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So
sind als Wälzkörper bei dem Rotations-Translationswandler 40V keine Kugeln sondern Zylinder 68V vorgesehen, die abwechselnd um 90° versetzt
innerhalb der Laufrille 66V angeordnet
sind. Zwischen den Zylindern 68V sind
jeweils Zwischenkörper angeordnet, die ein Verdrehen der
Zylinder gegeneinander verhindern. Über die Zylinder 68V sind in axialer Richtung vergleichsweise
hohe Kräfte übertragbar. Es versteht sich, dass
die Laufrille 66V im Querschnitt
an die Form der Zylinder angepasst ist, insbesondere kantig ausgeführt
ist. Vorzugsweise ist die Länge der Zylinder 68V gleich deren Durchmesser, so dass
die Laufrille 66V kompakt ausgebildet
werden kann.
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Bei
den Aktuatoranordnungen kann eine Energierückgewinnung
beim Abbremsen des Rotors erfolgen. Ferner kann die elektrische
Maschine 33, je nach Ausgestaltung des Rotations-Translationswandlers 40,
kritische Synchronvorgänge unterstützen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10103664
A1 [0004, 0010]
- - DE 10021368 A1 [0006]
- - DE 19511287 B4 [0007]
- - DE 102004013450 B4 [0008]
- - DE 19947405 A1 [0009]
- - DE 102005017026 A1 [0011]
- - DE 3323345 A1 [0012]
- - DE 3323347 A1 [0012]
- - DE 10333909 A1 [0013]
- - DE 102006015688 [0114]