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Die Erfindung betrifft eine Welle, insbesondere eine Kurbelwelle, für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Lagerungsanordnung einer solchen Welle an einem Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.
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Eine solche Welle sowie eine solche Lagerungsanordnung sind der
DE 20 2006 014 691 U1 als bekannt zu entnehmen. Bei der Welle handelt es sich um eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine, welche an wenigstens zwei Lagerstellen an einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Dazu weist die Welle wenigstens zwei in axialer Richtung der Welle voneinander beabstandete Außenumfangsbereiche auf, über welche die Welle an den Lagerstellen gelagert ist. An einer der Lagerstellen ist die Welle gleitgelagert, während sie an der anderen Lagerstelle wälzgelagert ist. Den Lagerstellen sind jeweilige Lageraufnahmen zugeordnet, in denen ein Gleitlagerelement zum Gleitlagern bzw. ein Wälzlagerelement zum Wälzlagern aufgenommen ist. Dabei weisen die Lagerstellen bzw. ihre Lageraufnahmen jeweilige, innenumfangsseitige Durchmesser zum Aufnehmen des Gleitlagerelements bzw. des Wälzlagerelements auf, wobei die innenumfangsseitigen Durchmesser voneinander unterschiedlich ausgebildet sind, d. h. unterschiedlich groß sind. Dies führt zu einer aufwendigen und kostenintensiven Herstellung der Lagerstellen insbesondere aufgrund einer aufwändigen Bearbeitung dieser.
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Die
DE 10 2008 059 621 A1 offenbart eine Kurbelwelle für eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine Lagerungsanordnung der Kurbelwelle an einem korrespondierenden Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine. Die Kurbelwelle ist dabei über wenigstens ein Gleitlagerelement sowie über wenigstens ein Wälzlagerelement an dem Gehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Dazu weist die Kurbelwelle einen ersten Außenumfangsbereich und einen in axialer Richtung der Kurbelwelle vom ersten Außenumfangsbereich beabstandeten, zweiten Außenumfangsbereich auf, wobei der erste Außenumfangsbereich zumindest teilweise in dem Gleitlagerelement und der zweite Außenumfangsbereich zumindest teilweise in dem Wälzlagerelement aufgenommen ist. Das Gleitlagerelement ist dabei in einer ersten Aufnahme einer ersten Lagerstelle aufgenommen, wobei die erste Aufnahme einen ersten, innenumfangsseitigen Durchmesser zum Aufnehmen des Gleitlagerelements aufweist. Dementsprechend ist das Wälzlagerelement in einer zweiten Aufnahme einer zweiten Lagerstelle aufgenommen, wobei die zweite Lagerstelle einen zweiten, innenumfangsseitigen Durchmesser zum Aufnehmen des Wälzlagerelements aufweist. Dabei sind die innenumfangsseitigen Durchmesser unterschiedlich groß ausgebildet, was ebenfalls zu einer aufwändigen und kostenintensiven Herstellung und insbesondere Bearbeitung der Lagerstellen insbesondere an ihren innenumfangsseitigen Durchmessern erfordert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Welle, insbesondere eine Kurbelwelle, für eine Verbrennungskraftmaschine sowie eine Lagerungsanordnung einer solchen Welle, insbesondere einer solchen Kurbelwelle, an einem Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders einfache und kostengünstige Lagerung der Welle realisiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Welle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Lagerungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Welle, insbesondere eine Kurbelwelle, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche eine besonders einfache Lagerung an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Außenumfangsbereiche jeweilige, voneinander unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Durch die unterschiedlich großen Außendurchmesser der Außenumfangsbereiche können unterschiedliche innenumfangsseitige Durchmesser von jeweiligen Lagerelementen, in denen zum Lagern der Welle an dem Gehäuse die jeweiligen Außenumfangsbereiche zumindest teilweise angeordnet werden, kompensiert werden, so dass trotz der unterschiedlichen, innenumfangsseitigen Durchmesser der Lagerelemente die Lagerelemente zumindest im Wesentlichen gleiche außenumfangsseitige Durchmesser aufweisen können.
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Dadurch ist es möglich, jeweilige, innenumfangsseitige Durchmesser von gehäuseseitigen Aufnahmen, welche auch als Lageraufnahmen bezeichnet werden und in welchen die jeweiligen Lagerelemente zumindest teilweise angeordnet werden, zumindest im Wesentlichen gleich groß auszugestalten. Dadurch können die gehäuseseitigen Aufnahmen an ihren innenumfangsseitigen Durchmessern mit lediglich einem Werkzeug und/oder von lediglich einer Seite des Gehäuses insbesondere mechanisch bearbeitet werden. Da die gehäuseseitigen Aufnahmen von lediglich einer Seite bearbeitet werden können, muss das Werkzeug zum Bearbeiten der gehäuseseitigen Aufnahmen nicht umgespannt werden. Ein gestuftes Werkzeug, ein Werkzeugwechsel sowie eine Bearbeitung einer durch die gehäuseseitigen Aufnahmen gebildeten Lagergasse von zwei Seiten können vermieden werden, so dass das Gehäuse besonders kostengünstig herzustellen und die Welle besonders kostengünstig zu lagern ist.
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Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Welle eine kosten- sowie gewichtsgünstige Herstellung der Lagerelemente, da die voneinander unterschiedlich großen, innenumfangsseitigen Durchmesser der Lagerelemente durch die Außenumfangsbereiche der Welle kompensiert werden können und nicht etwa durch eine besonders große Dicke wenigstens eines der Lagerelemente in radialer Richtung kompensiert werden müssen. Mit anderen Worten kann wenigstens eines der Lagerelemente hinsichtlich seiner radialen Erstreckung besonders klein, d. h. besonders schmal gehalten werden.
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Um eine Lagerungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 3 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher eine besonders kostengünstige Lagerung der Welle ermöglicht ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Außenumfangsbereiche der Welle jeweilige, voneinander unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Welle sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung anzusehen und umgekehrt.
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Die unterschiedlich großen Außendurchmesser der Außenumfangsbereiche ermöglichen die Darstellung zumindest im Wesentlichen gleich großer, innenumfangsseitiger Durchmesser von jeweiligen, gehäuseseitigen, d. h. von durch jeweils wenigstens ein Gehäuseelement des Gehäuses zumindest teilweise begrenzten Aufnahmen, in denen die jeweiligen Außenumfangsbereiche zumindest teilweise angeordnet sind. Bei einem solchen Gehäuseelement kann es sich um ein einstückig mit dem übrigen Gehäuse ausgebildetes Gehäuseelement oder um ein separat von dem übrigen Gehäuse ausgebildetes Gehäuseelement, beispielsweise einen Lagerstuhl oder einen Lagerdeckel handeln, welches mit dem übrigen Gehäuse verbunden, beispielsweise verschraubt, ist.
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Aufgrund der gleichgroßen, innenumfangsseitigen Durchmesser können die Gehäuseelemente bzw. das Gehäuse einfach und kostengünstig hergestellt werden, da aufgrund der zumindest im Wesentlichen gleich großen, innenumfangsseitigen Durchmesser der gehäuseseitigen Aufnahmen eine besonders einfache, innenumfangsseitige Bearbeitung der Aufnahmen möglich ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei dient 1 zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Längsschnittansicht einer Lagerungsanordnung einer Kurbelwelle an einem Kurbelgehäuse einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, bei welcher die Kurbelwelle über jeweilige, in axialer Richtung der Kurbelwelle voneinander beabstandete Außenumfangsbereiche, welche durch jeweilige Wellenzapfen der Kurbelwelle gebildet sind, an dem Kurbelgehäuse gelagert ist, wobei die Außenumfangsbereiche jeweilige, zumindest im Wesentlichen gleiche Außendurchmesser aufweisen; und
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2 eine schematische Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Lagerungsanordnung, bei welcher einer der Außenumfangsbereiche einen größeren Außendurchmesser aufweist als die anderen Außenumfangsbereiche der Kurbelwelle.
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1 zeigt eine Lagerungsanordnung 10 einer sehr schematisch dargestellten Kurbelwelle 12 an einem Kurbelgehäuse 14 einer als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Zur Lagerung der Kurbelwelle 12 weist das Kurbelgehäuse 14 jeweilige Hauptlagerstellen 16, 17 auf. Die Hauptlagerstellen 16, 17 umfassen jeweilige Aufnahmen 18, 19, in denen jeweilige Außenumfangsbereiche 20, 21 der Kurbelwelle 12 in Umfangsrichtung der Kurbelwelle 12 vollständig umlaufend aufnehmbar bzw. aufgenommen sind. Wie 1 zu entnehmen ist, sind die Hauptlagerstellen 16, 17 und so auch die Außenumfangsbereiche 20, 21 in axialer Richtung der Kurbelwelle 12 voneinander beabstandet.
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Den Hauptlagerstellen 16 ist ein jeweiliges Wälzlagerelement 22 zugeordnet, so dass die Kurbelwelle 12 über die Wälzlagerelemente 22 an den Hauptlagerstellen 16 wälzgelagert ist. Der Hauptlagerstelle 17 ist ein Gleitlagerelement 24 zugeordnet, über das die Kurbelwelle 12 an der Hauptlagerstelle 17 gleitgelagert ist. Die Kurbelwelle 12 ist dabei über die Wälzlagerelemente 22 und das Gleitlagerelement 24 um eine Drehachse 26 relativ zu dem Kurbelgehäuse 14 drehbar gelagert.
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Wie anhand von 1 erkennbar ist, sind die Wälzlagerelemente 22 in den jeweiligen Aufnahmen 18 angeordnet, während das Gleitlagerelement 24 in der korrespondierenden Aufnahme 19 angeordnet ist. Die Außenumfangsbereiche 20 sind dabei in den Wälzlagerelementen 22 aufgenommen, während der Außenumfangsbereich 21 im Gleitlagerelement 24 aufgenommen ist.
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Die jeweiligen, gehäuseseitigen Aufnahmen 18, 19 sind beispielsweise durch das Kurbelgehäuse 14 bzw. durch Gehäuseelemente des Kurbelgehäuses 14 gebildet. Die gehäuseseitigen, d. h. gehäusefesten Aufnahmen 18, 19 sind beispielsweise teilweise durch jeweilige, einstückig miteinander ausgebildete Lagerstühle 28 und teilweise durch jeweilige Lagerdeckel 30 gebildet. Die separat von den Lagerstühlen 28 ausgebildeten Lagerdeckel 30 sind dabei beispielsweise mittels Schrauben mit den korrespondierenden Lagerstühlen 28 verbunden, so dass die jeweiligen Aufnahmen 18, 19 die korrespondierenden Außenumfangsbereiche 20, 21 in Umfangsrichtung der Kurbelwelle 12 vollständig umlaufend umgeben.
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Die Außenumfangsbereiche 20, 21 sind durch jeweilige Wellenzapfen 32, 33 der Kurbelwelle 12 gebildet. In axialer Richtung zwischen den Wellenzapfen 32, 33 sind jeweilige, in 1 nicht dargestellte Hubzapfen der Kurbelwelle 12 vorgesehen, an denen jeweilige Pleuel der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine drehbar gelagert sind. Die Pleuel wiederum sind mit jeweiligen Kolben gelenkig verbunden, die in jeweiligen Zylindern der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine translatorisch relativ zu den Zylindern verschiebbar aufgenommen sind. Durch diese gelenkige Kopplung der Kolben über die Pleuel mit der Kurbelwelle 12 können translatorische Bewegungen der Kolben in den Zylindern in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um die Drehachse 26 umgewandelt werden.
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Die Aufnahmen 18 der Hauptlagerstellen 16 weisen jeweilige, innenumfangsseitige Durchmesser D1 auf. Damit korrespondierend weisen die Wälzlagerelemente 22 jeweilige, außenumfangsseitige Durchmesser D2 auf. Die Aufnahmen 19 der Hauptlagerstelle 17 weist einen innenumfangsseitigen Durchmesser D3 auf, mit welchem ein außenumfangsseitiger Durchmesser D4 des Gleitlagerelements 24 korrespondiert. Wie 1 zu entnehmen ist, sind die Durchmesser D3, D4 kleiner als die Durchmesser D1, D2.
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Die Wälzlagerelemente 22 weisen einen jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser D5 auf. Damit korrespondierend weisen die Wellenzapfen 32 und somit die Außenumfangsbereiche 20 jeweilige Außendurchmesser D6 auf. Das Gleitlagerelement 24 weist einen innenumfangsseitigen Durchmesser D7 auf, womit ein Außendurchmesser D8 des Wellenzapfens 33 und somit des Außenumfangsbereichs 21 korrespondiert.
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Dabei sind die innenumfangsseitigen Durchmesser D5, D7 zumindest im Wesentlichen gleich groß. Ebenso sind die Außendurchmesser D6, D8 der Außenumfangsbereiche 20, 21 zumindest im Wesentlichen gleich groß. Dadurch kann zwar eine sich in radialer Richtung erstreckende Dicke des Gleitlagerelements 24 gering gehalten werden, so dass auch das Gewicht des Gleitlagerelements 24 in einem geringen Rahmen gehalten werden kann, jedoch führen die unterschiedlichen Durchmesser D1, D3 der Aufnahmen 18, 19 zu einer aufwändigen und kostenintensiven Fertigung des Kurbelgehäuses 14. Dies ist der Fall, da zum innenumfangsseitigen Bearbeiten, insbesondere mechanischen Bearbeiten, der gehäuseseitigen Aufnahmen 18, 19 wenigstens zwei voneinander unterschiedliche Werkzeuge oder ein gestuftes und somit kostenintensives Werkzeug erforderlich ist.
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Zudem muss das Werkzeug zum Bearbeiten der Aufnahmen 18 im Rahmen eines Bearbeitungsprozesses umgespannt werden und von zwei in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten in eine durch die Hauptlagerstellen 16, 17 gebildete Lagergasse 23 eingeführt werden, um sowohl die – bezogen auf die Bildebene der 1 – links der Aufnahme 19 angeordneten Aufnahmen 18 als auch die rechts der Aufnahme 19 angeordneten Aufnahmen 18 bearbeiten zu können. Eine gleichzeitige Bearbeitung der Aufnahmen 18 in einer Aufspannung des Werkzeugs ist aufgrund des Durchmessers D3, welcher geringer ist als der Durchmesser D1, nicht möglich. Die etwaige Verwendung eines zweiteiligen, gestuften Werkzeugs ist sehr kostenintensiv.
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2 zeigt eine Möglichkeit, eine solche, aufwändige Bearbeitung der Aufnahmen 18, 19 zu vermeiden sowie gleichzeitig die Dicke des Gleitlagerelements 24 gering zu halten. Somit kann das Gleitlagerelement 24 mit einem nur sehr geringen Materialaufwand hergestellt werden, was zu einem geringen Gewicht sowie zu einer kostengünstigen Herstellung des Gleitlagerelements 24 führt.
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Wie 2 zu entnehmen ist, sind die innenumfangsseitigen Durchmesser D1, D3 aller Aufnahmen 18, 19 zumindest im Wesentlichen gleich groß. Ferner sind die damit korrespondierenden, außenumfangsseitigen Durchmesser D2, D4 ebenso zumindest im Wesentlichen gleich groß.
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Bei der Lagerungsanordnung 10 gemäß 2 sind nun die Außendurchmesser D6, D8 unterschiedlich groß. Damit korrespondierend sind auch die innenumfangsseitigen Durchmesser D5, D7 unterschiedlich groß. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen, innenumfangsseitigen Durchmesser D5, D7 durch die unterschiedlich großen Außendurchmesser D6, D8 der Außenumfangsbereiche 20, 21 kompensiert werden.
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Vorliegend ist der innenumfangsseitige Durchmesser D7 des Gleitlagerelements 24 größer als die jeweiligen, innenumfangsseitigen Durchmesser D5 der Wälzlagerelemente 22. Entsprechend dazu ist der Außendurchmesser D8 des Wellenzapfens 33 und somit des Außenumfangsbereichs 21 größer als die jeweiligen Außendurchmesser D6 der Wellenzapfen 32 bzw. der Außenumfangsbereiche 20.
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Die zumindest im Wesentlichen gleich großen, innenumfangsseitigen Durchmesser D1, D3 ermöglichen dabei die innenumfangsseitige Bearbeitung der Aufnahmen 18, 19 im Rahmen eines Bearbeitungsprozesses mit lediglich einem ungestuften Werkzeug sowie von lediglich einer Seite, von welcher aus das ungestufte Werkzeug in die Lagergasse 23 eingeführt wird. Darüber hinaus ist die Bearbeitung in einer Aufspannung möglich. Dadurch können auch die Herstellungskosten für das Werkzeug gering gehalten werden.
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Durch eine entsprechend schmale Ausgestaltung des Gleitlagerelements 24 in axialer Richtung der Kurbelwelle 12 kann auch die Reibleistung der Lagerungsanordnung 10 gering gehalten werden. Gleichzeitig ist die Verwendung des einfachen und wirtschaftlichen Gleitlagerelements 24 ermöglicht. Dadurch kann die Kurbelwelle 12 kostengünstig sowie reibungsarm am Kurbelgehäuse 14 gelagert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagerungsanordnung
- 12
- Kurbelwelle
- 14
- Kurbelgehäuse
- 16
- Hauptlagerstelle
- 17
- Hauptlagerstelle
- 18
- Aufnahme
- 19
- Aufnahme
- 20
- Außenumfangsbereich
- 21
- Außenumfangsbereich
- 22
- Wälzlagerelement
- 23
- Lagergasse
- 24
- Gleitlagerelement
- 26
- Drehachse
- 28
- Lagerstuhl
- 30
- Lagerdeckel
- 32
- Wellenzapfen
- 33
- Wellenzapfen
- D1
- Durchmesser
- D2
- Durchmesser
- D3
- Durchmesser
- D4
- Durchmesser
- D5
- Durchmesser
- D6
- Außendurchmesser
- D7
- Durchmesser
- D8
- Außendurchmesser
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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 202006014691 U1 [0002]
- DE 102008059621 A1 [0003]
