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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nietvorrichtung mit einem Reservoir für Nietelemente, einem Nietkopf, der zum Einbringen eines Nietelements in miteinander zu verbindenden Bauteilen an diesen platzierbar ist, und einem sich zwischen dem Reservoir und dem Nietkopf erstreckenden Transportweg für die Nietelemente. Ein derartiges Nietwerkzeug ist aus
DE 10 2005 028 055 A1 bekannt.
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Der Transportweg dieses herkömmlichen Nietwerkzeugs ist eine Rohrleitung, in der die Nietelemente durch Druckluft angetrieben befördert werden. Insbesondere bei Nietvorrichtungen für großformatige Bauteile, wie sie zum Beispiel bei der Fertigung von Flugzeugrümpfen zum Einsatz kommen, macht die große Bewegungsfreiheit des Nietkopfs eine beträchtliche Länge des Transportwegs erforderlich, und die Zeit, die die Nietelemente brauchen, um den Transportweg zu durchlaufen, kann mehrere Sekunden erreichen. Insbesondere wenn mit der Nietvorrichtung verschiedene Typen von Nietelementen verarbeitet werden sollen, die sich hinsichtlich Länge, Gewicht und Durchmesser unterscheiden können, muss sichergestellt sein, dass eine Verwechslung verschiedener Typen am Nietkopf nicht stattfinden kann, so dass, bevor Nietelemente eines neuen Typs auf Seiten des Reservoirs in den Transportweg eingespeist werden, dieser vollständig entleert sein sollte.
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Diese Anforderung schränkt die Zahl der Nietelemente, die pro Zeiteinheit den Transportweg durchlaufen können, erheblich ein. Zwar besteht die Möglichkeit, durch Einsatz hoher Luftdrücke die Geschwindigkeit der Nietelemente auf dem Transportweg zu erhöhen, doch müssen dann die Nietelemente auf Seiten des Nietkopfs wieder sanft abgebremst werden, um Schäden an ihnen und am Nietkopf zu vermeiden.
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Aus
DE 20 2007 013 108 U1 ist eine Bremsvorrichtung für diesen Zweck bekannt geworden, die Druckluft zum Abbremsen der Nietelemente einsetzt. Damit die zum Bremsen verwendete Druckluft nicht das zum Antreiben der Nietelemente benötigte Druckgefälle entlang des Transportweges zunichte macht, darf sie nur zeitweilig, jeweils nach Erfassung des Eintreffens eines Nietelements, zugeführt werden. Es wird daher ein Sensor zum Erfassen eintreffender Nietelemente und ein schnell schaltendes Ventil zum Steuern der Brems-Druckluft benötigt. Falls eine dieser beiden Komponenten versagt, ist entweder keine Förderung von Nietelementen mehr möglich, oder die Nietelemente treffen ungebremst am Nietkopf ein und können dort Schäden verursachen. Die Dosierung der Brems-Druckluft muss genau an den Druck der antreibenden Druckluft und den Druckabfall auf dem Transportweg angepasst sein, um die Nietelemente auf eine sichere, niedrige Geschwindigkeit abzubremsen, gleichzeitig aber sicher auszuschließen, dass sie bis zum Stillstand abgebremst werden oder sogar ihre Bewegungsrichtung umkehren und das Ende des Transportwegs nicht erreichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Nietvorrichtung zu schaffen, die einen schnellen und dennoch sicheren Transport von Nietelementen von einem Reservoir zum Nietkopf gewährleistet.
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Die Aufgabe wird gelöst, in dem bei einer Nietvorrichtung mit einem Reservoir für Nietelemente, einen Nietkopf, der zum Einbringen eines Nietelements in zu verbindenden Bauteilen an diesen platzierbar ist, und einem sich zwischen dem Reservoir und dem Nietkopf erstreckenden Transportweg für die Nietelemente am nietkopfseitigen Ende des Transportwegs eine Wirbelstrombremse vorgesehen ist.
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Das Wirkprinzip der Wirbelstrombremse basiert darauf, dass beim Eintritt eines zu bremsenden Nietelements in ein Magnetfeld in dem Nietelement dem Magnetfeld entgegenwirkende Wirbelströme induziert werden und die hierfür erforderliche Energie der kinetischen Energie des Nietelements entzogen wird. Die Bremswirkung der Wirbelstrombremse ist proportional zur Geschwindigkeit des Nietelements, es besteht daher, anders als bei der Druckluftbremsung, keine Gefahr, dass das Nietelement zu stark verzögert wird und das Ende des Transportweges nicht erreicht oder gar seine Bewegungsrichtung umkehrt. Eine Erfassung ankommender Nietelemente durch einen Sensor ist nicht erforderlich, folglich besteht auch keine Gefahr einer Störung durch dessen Ausfall.
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Da die Wirkung der Wirbelstrombremse auf der Änderung des durch das Nietelement fließenden Magnetfeldes basiert, sollte die Wirbelstrombremse, um eine starke Bremswirkung zu erzielen, zweckmäßigerweise mehrere nacheinander an dem Transportweg angeordnete Magnete umfassen, wobei die Magnetfelder von je zwei entlang des Transportwegs aufeinander folgenden Magneten im Bezug auf die Transportleitung unterschiedlich orientiert sind.
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Die größtmögliche Änderung des Magnetflusses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Magneten und damit die stärkste Bremswirkung ist erreichbar, wenn die Magnetfelder antiparallel orientiert sind.
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Wenn die Magnetfelder in Richtung des Transportwegs orientiert sind, können besonders starke Flussänderungen auf kurzer Wegstrecke und damit eine starke Bremswirkung erzeugt werden.
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Vorzugsweise umfasst die Wirbelstrombremse wenigstens eine ringförmige Magnetbaugruppe, durch deren Ringöffnung der Transportweg verläuft.
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Wenn die Magnetbaugruppe wenigstens einen rings um den Transportweg verteilten Magneten umfasst, kann dessen magnetischer Fluss mit Hilfe von beiderseits des Magneten angeordneten Polschuhen in Form einer Platte aus ferromagnetischem Material mit einer Öffnung, durch die der Transportweg verläuft, wirksam auf den Transportweg konzentriert werden.
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Vorzugsweise umfasst wenigstens einer dieser Polschuhe einen von der Platte des Polschuhs zum anderen Polschuh vorspringenden, sich in den Transportweg erstreckenden Ring aus ferromagnetischem Material. Ein solcher Ring verkürzt den Luftspalt auf dem Weg des Magnetflusses zwischen den Polen des Magneten und bewirkt so eine weitere Konzentration des Magnetfeldes auf den von dem Magneten umgebenen Raum und damit auf den dort verlaufenden Transportweg.
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Um mehrere solche Magnetbaugruppen trotz zwischen ihnen wirkender abstoßender Magnetkräfte sicher am Transportweg zu positionieren, können diese Magnetbaugruppen zweckmäßigerweise in axialer Richtung aufeinander folgend in ein Rohr eingefügt sein.
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An diesem Rohr kann zweckmäßigerweise ein Endstück bis in eine Anschlagstellung, in der es die Magnetaufbauten festklemmt, axial verschiebbar geführt sein.
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Um ein Hängenbleiben von Nietelementen an den Magnetbaugruppen auszuschließen, kann eine Rohrleitung, die den Transportweg für die Nietelemente bildet, durch die Ringöffnung der Magnetbaugruppen hindurchgeführt sein.
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Um einen flussbegrenzenden Luftspalt zwischen den Rändern der Ringöffnung und einem die Ringöffnung passierenden Nietelement möglichst schmal zu halten, sollte die Ringöffnung so eng sein wie mit den Abmessungen der Rohrleitung vereinbar, d. h. die Rohrleitung sollte die Ringöffnung ohne Zwischenraum ausfüllen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Nietvorrichtung;
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2 eine schematische perspektivische Darstellung einer in der Nietvorrichtung der 1 verwendbaren Wirbelstrombremse;
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Wirbelstrombremse gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
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4 eine erste Weiterbildung der Wirbelstrombremse aus 3;
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5 eine zweite Weiterbildung der Wirbelstrombremse aus 3; und
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6 einen Längsschnitt durch eine Wirbelstrombremse gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt schematisch eine Nietvorrichtung 1, die in einem nicht näher dargestellten Tragrahmen 2 um Drehachsen 3 und/oder Translationsachsen 4 bewegbar einen Nietkopf 5 aufnimmt. Der Nietkopf 5 umfasst in an sich bekannter Weise zumindest ein Werkzeug 6 zum Einbringen von Nietelementen 7 in miteinander zu verbindende Bauteile 8, wenigstens einen Zwischenspeicher 10 und einen Nietfinger 9, der zwischen dem Zwischenspeicher 10 und dem Werkzeug 6 bewegbar ist, um ein Nietelement 7 im Zwischenspeicher 10 aufzunehmen und zum Werkzeug 6 zu befördern. Der Nietkopf 5 ist über eine Mehrzahl von flexiblen Schläuchen 16 mit einem stationären Nietspeicher 12 verbunden. Dieser nimmt in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von Nietkassetten 14 auf, die mit Nieten eines gleichen Typs oder unterschiedlicher Typen bestückt sein können. Die verschiedenen Typen von Nietelementen 7 können sich voneinander in diversen Eigenschaften wie etwa Werkstoff, Länge, Durchmesser etc. unterscheiden. Um die Nietelemente mit Hilfe von in den Schläuchen 16 zirkulierender Druckluft effizient zum Nietkopf 5 zu befördern, wird für die Beförderung eines jeden Typs von Nietelementen unter den Schläuchen 16 jeweils der engste ausgewählt, in dem die betreffenden Nietelemente sicher nicht stecken bleiben. Um wie viel der Innendurchmesser des ausgewählten Schlauchs 16 hierfür größer sein muss als der der darin beförderten Nietelemente 7, hängt unter anderem von deren Länge und dem minimalen Krümmungsradius des Schlauchs 16 auf dem Weg vom Nietspeicher 12 zum Zwischenspeicher 10 ab.
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Jeder Schlauch 16 ist an seinem in den Zwischenspeicher 10 einmündenden Ende mit einer Wirbelstrombremse 17 versehen, um die in den Schläuchen 16 mit hoher Geschwindigkeit durchlaufenden Nietelemente 7 so weit zu verzögern, dass sie im Zwischenspeicher 10 vollends zur Ruhe gebracht werden können, ohne Gefahr zu laufen, durch einen harten Aufprall verformt zu werden oder Schäden am Zwischenspeicher 10 hervorzurufen.
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2 veranschaulicht das Prinzip einer solchen Wirbelstrombremse 17 anhand einer schematischen perspektivischen Ansicht. Ein Endstück eines Schlauchs 16 ist hier vertikal orientiert dargestellt, und es wird angenommen, dass die Nietelemente 7 auf dem Weg zum Zwischenspeicher 10 den Schlauch 16 von oben nach unten durchlaufen, doch hängt die Wirkung der Wirbelstrombremse 17 nicht von der Orientierung des Schlauches 16 ab, so dass ihre Einbaulage beliebig sein kann. In einem Eingangsbereich der Wirbelstrombremse 17 ist der Schlauch 16 mit Öffnungen 18 versehen, über die wenigstens ein Teil der in dem Schlauch 16 zirkulierenden Druckluft entweichen kann, so dass diese nicht an einem in der Wirbelstrombremse 17 verzögerten Nietelement aufgestaut wird und dessen Verzögerung entgegenwirkt.
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Unterhalb der Öffnungen 18 sind mehrere Magnetbaugruppen 19 entlang des Schlauchs 16 aufeinanderfolgend angeordnet. Jede Magnetbaugruppe 19 umfasst beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel einen hufeisenförmigen Magneten 20 mit sich auf entgegengesetzten Seiten des Schlauchs 16 gegenüberliegenden Polen 21, die ein orthogonal zur Längsrichtung des Schlauchs 16 orientiertes Magnetfeld in diesem erzeugen. Polschuhe 22 aus ferromagnetischem Material, die den Zwischenraum zwischen den Polen 21 und der Umfangsfläche des Schlauchs ausfüllen, dienen der Maximierung des magnetischen Flusses im inneren Hohlraum des Schlauchs 16 und damit der Verstärkung der Bremswirkung. Die einzelnen Magnetbaugruppen 19 sind entlang des Schlauchs 16 schraubenlinienförmig gegeneinander verdreht, im vorliegenden Fall mit einem Drehwinkel von je 90°, so dass einander übernächst benachbarte Baugruppen 19 jeweils diametral entgegengesetzte Magnetfelder im Schlauch 16 erzeugen. Magnetbaugruppen mit diametral entgegengesetzter Feldausrichtung unmittelbar nacheinander an dem Schlauch 16 anzuordnen ist nicht bevorzugt, da dann ungleichnamige Pole verschiedener Baugruppen 19 sehr nah benachbart sind und die Gefahr eines magnetischen Kurzschlusses zwischen ihnen besteht, der das Feld im Innern des Schlauches 16 verringern würde.
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Das Problem eines magnetischen Kurzschlusses zwischen unmittelbar benachbarten Magnetbaugruppen besteht nicht, wenn die Magnetpole einer jeden Baugruppe in Längsrichtung des Schlauches 16 voneinander beabstandet sind. Um mit Hilfe so orientierter Magnete ein starkes Feld im Innern des Schlauches 16 zu erzeugen, ist es zweckmäßig, diese ringförmig um den Schlauch 16 herum anzuordnen bzw. sich ein- oder mehrteilig ringförmig um den Schlauch 16 erstreckende Magnete 23 zu verwenden, wie in 3 gezeigt. Die Magnete 23 sind hier entlang des Schlauchs 16 so angeordnet, dass sich, wie in der Fig. durch unterschiedliche Schraffuren angedeutet, jeweils gleichnamige Pole benachbarter Magnete 23 gegenüberliegen. So wechselt die Richtung des Feldes innerhalb des Schlauchs 16 von einem Magneten 23 zum anderen seine Richtung, und jedes hindurch laufende Nietelement 7 ist an jedem Magneten 23 erneut einer Bremswirkung ausgesetzt.
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Bei den in 3 gezeigten Magneten 23 ist die magnetische Flussdichte innerhalb des Ringlochs eines jeden Magnets 23 im Wesentlichen genau so hoch wie rings um den Magnet 23 herum. Da das Magnetfeld außerhalb des Ringlochs zur Bremswirkung nicht beiträgt, ist es wünschenswert, den magnetischen Fluss der Magnete 23 im Wesentlichen auf den Raum in deren Innerem und den dort verlaufenden Transportweg zu konzentrieren. Zu diesem Zweck dienen bei der Ausgestaltung der 4 ringförmige Polschuhe 24, deren Ringloch kleiner ist als das der Magnete 23 und deren Außendurchmesser nicht größer und vorzugsweise etwas kleiner ist als der der Magnete 23.
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Um den Magnetfluss noch stärker auf die Ringlöcher der Magnete 23 zu konzentrieren, können die Polschuhe 24, wie in 5 gezeigt, jeweils an einander zugewandten Seiten in das Ringloch der Magnete 23 eingreifende ringförmige Fortsätze 25 aufweisen. Indem diese Fortsätze 25 die Weglänge, auf der sich die magnetischen Feldlinien durch Luft erstrecken, gegenüber der Ausgestaltung der 4 verkürzen, steigern sie zusätzlich den magnetischen Fluss. Solange der Schlauch 16 leer ist, konzentriert sich der magnetische Fluss fast ausschließlich auf den Luftspalt zwischen den einander gegenüberliegenden ringförmigen Stirnflächen der Fortsätze 25, und das Innere des Schlauches 16 bleibt weitgehend feldfrei. Dies ändert sich jedoch, sobald, wie in 5 gezeigt, ein Nietelement 7 einen der Magnete 23 erreicht. Da das Nietelement 7 den freien Querschnitt des Schlauchs 16 mit geringem Spiel ausfüllt, ist der Spalt zwischen ihm und den Polschuhen 24 noch enger als zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Fortsätze 25, so dass das Feld in das Nietelement 7 eindringt und dort seine Bremswirkung entfaltet.
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6 zeigt einen Längsschnitt durch eine praktische Ausgestaltung der Wirbelstrombremse 17. Ein Gehäuse der Wirbelstrombremse 17 umfasst ein Rohrstück 26 aus paramagnetischem oder diamagnetischem Material sowie an den Enden des Rohrstücks 26 verschraubte Deckel 27, jeweils in Form einer Kreisscheibe 28 mit einem rohrförmigen Stutzen 29, der mit geringem Spiel in einen Ringraum 30 eingreift, der sich im Rohrstück 26 um den Schlauch 16 herum erstreckt, und so den Deckel 27 in Längsrichtung des Rohrstücks 26 verschiebbar führt. Der Schlauch 16 erstreckt sich mit geringem Spiel durch eine axiale Bohrung der Deckel 27. Der Ringraum 30 ist ausgefüllt mit aufeinandergestapelten ringförmigen Magneten 23 und zwischen einander zugewandten gleichnamigen Polen von zwei aufeinanderfolgenden Magneten 23 eingefügten Ringscheiben 31 aus ferromagnetischem Material, die die Funktion der oben beschriebenen Polschuhe 24 übernehmen. Während die Magnete 23 meist in einem Sinterprozess gefertigt sind, bei dem die Einhaltung enger Maßtoleranzen nur mit hohem Aufwand möglich ist, können die Löcher der Ringscheiben 31 ohne Schwierigkeiten mit exakt zum Außendurchmesser des Schlauchs 16 passen dem Durchmesser gebohrt werden, so dass sie spielfrei reibschlüssig auf den Schlauch 16 aufgeschoben werden können und auf diese Weise eine minimale Spaltbreite zu einem im Schlauch 16 durchlaufenden Nietelement 7 garantieren.
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Indem einer der beiden Deckel 27 jeweils so weit festgeschraubt wird, bis alle Magnete 23 und Ringscheiben 30 entgegen der zwischen ihnen wirkenden magnetischen Abstoßungskräfte einander berühren, ist eine exakte und reproduzierbare Positionierung der Magnete 23 gewährleistet. Die Länge des Rohrstücks 26 bzw. die Zahl der darin verwendeten Magnete 23 ist im Prinzip beliebig, und es kann im Einzelfall experimentell ermittelt werden, wie viele Magnete erforderlich sind, um die Nietelemente so weit abzubremsen, dass Schäden an ihnen und am Zwischenspeicher 10 sicher ausgeschlossen sind. Wie groß die Zahl der hierfür erforderlichen Magnete ist, hängt im Einzelfall von den verwendeten Nietelementen 7 ab. Es liegt auf der Hand, dass zum Verzögern eines langen und dementsprechend schweren Nietelements mehr Magnete erforderlich sind, als wenn ausschließlich kurze Nietelemente befördert werden. Auch die Genauigkeit, mit der der Durchmesser der Nietelemente an den des Schlauchs angepasst ist, hat einen Einfluss, denn je enger der Spalt zwischen den Nietelementen und den Polschuhen der Wirbelstrombremse ist, um so wirksamer kann das bremsende Magnetfeld in die Nietelemente eingeleitet werden.
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Da die Bremswirkung von der Geschwindigkeit der Nietelemente abhängt, ist es nicht möglich, zu viele Magnete einzubauen. Je mehr Magnete in einer Wirbelstrombremse 17 eingebaut sind, um so länger bzw. schwerer können die mit dieser Wirbelstrombremse verzögerten Nietelemente sein; doch auch eine Wirbelstrombremse, die mit einer großen Zahl von Magneten zum Verzögern von schweren Nietelementen ausgelegt ist, ist in der Lage, leichte Nietelemente zu verzögern, ohne sie zu blockieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nietvorrichtung
- 2
- Tragrahmen
- 3
- Drehachse
- 4
- Translationsachse
- 5
- Nietkopf
- 6
- Werkzeug
- 7
- Nietelement
- 8
- Bauteil
- 9
- Nietfinger
- 10
- Zwischenspeicher
- 12
- Nietspeicher
- 14
- Nietkassette
- 16
- Schlauch
- 17
- Wirbelstrombremse
- 18
- Öffnung
- 19
- Magnetbaugruppe
- 20
- Magnet
- 21
- Pol
- 22
- Polschuh
- 23
- Magnet
- 24
- Polschuh
- 25
- Fortsatz
- 26
- Rohrstück
- 27
- Deckel
- 28
- Kreisscheibe
- 29
- Stutzen
- 30
- Ringraum
- 31
- Ringscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005028055 A1 [0001]
- DE 202007013108 U1 [0004]
