DE102012101379A1 - Device for limiting oscillation amplitude in friction clutch of dynamic friction system for powertrain used in motor car, has vibration damping system that is arranged between the stop element and spring element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung einer Schwingungsamplitude eines dynamischen, eine Relativbewegung zwischen zwei mit einer Normalkraft gegeneinander beaufschlagten Reibkomponenten einstellenden Reibsystems mit einer einer Reibkomponente zugeordneten, in Richtung der Relativbewegung wirksamen, zwischen zwei Anschlagteilen angeordneten ersten Federeinrichtung mit einer ersten Federkapazität und einer Reibungskupplung mit einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for limiting a vibration amplitude of a dynamic, a relative movement between two with a normal force against each other acted upon friction components adjusting friction with a friction component associated, effective in the direction of relative movement, arranged between two stop members first spring means having a first spring capacity and a friction clutch with such a device.
Selbstangeregte Schwingungen sind ein weit verbreitetes Phänomen. In vielen Fällen können diese auf eine Abhängigkeit des Reibwerts der Reibkomponenten eines dynamischen Reibsystems mit gegeneinander relativ verlagerbaren und gegeneinander mittels einer Normalkraft verspannten Reibkomponenten von der Relativgeschwindigkeit der Reibkomponenten, wie sie beispielsweise durch die Stribeck-Kurve beschrieben ist, zurückgeführt werden. Fällt dabei der Reibwert mit steigender Relativgeschwindigkeit, wirkt dies wie eine negative Dämpfung, das heißt, die Schwingungsamplituden des Reibsystems schaukeln sich auf. Self-excited vibrations are a widespread phenomenon. In many cases, these can be attributed to a dependence of the coefficient of friction of the friction components of a dynamic friction system with mutually relatively displaceable and against each other by a normal force braced friction components of the relative velocity of the friction components, as described for example by the Stribeck curve. If the coefficient of friction falls with increasing relative speed, this acts as a negative damping, that is, the oscillation amplitudes of the friction system rock on.
Beispielsweise treten derartige Schwingungen in Reibsystemen von Antriebssträngen in Kraftfahrzeugen auf, bevorzugt in Gleitphasen schaltbarer Reibungskupplungen. Derartige Reibungskupplungen können trockene Reibungskupplungen sein, die mit gesonderten oder organischen Reibbelägen einer Kupplungsscheibe ein Reibsystem bilden. Derartige Reibungskupplungen werden zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe wie Handschaltgetriebe, automatisiertes Getriebe, Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Reibungskupplungen, welche jeweils einer Getriebeeingangswelle eines Teilgetriebes, bevorzugt in Form einer Doppelkupplung zusammengefasst zugeordnet sind, angeordnet. In ähnlicher Weise können aus Lamellen mit Reibbelägen kombinierte, im Ölbad nass betriebene Reibungskupplungen oder Wandlerüberbrückungskupplungen in hydrodynamischen Drehmomentwandlern entsprechende Schwingungsanregungen aufweisen. Hierbei sind die Reibsysteme mit entsprechenden Drehschwingungsdämpfern, beispielsweise in der
Um derartige negative Einflüsse zu vermeiden oder zu mindern, wird versucht, einem Abfall des Reibwerts mit zunehmender Relativgeschwindigkeit der Reibkomponenten auf tribologischem Wege zu begegnen. Hierzu werden bei nass betriebenen Reibungskupplungen dem Öl Additive beigemengt, die allerdings über Lebensdauer wieder abgebaut werden. Bei trocken betriebenen Reibungskupplungen werden die Reibbeläge, beispielsweise deren physikalische oder chemische Zusammensetzung geändert. Infolge der durch den Reibeingriff laufend veränderten Oberfläche ist der Reibwert von Reiboberflächen über Lebensdauer nur schlecht reproduzierbar. Eine besondere Neigung zu Rupfverhalten zeigen dabei keramische Reibbeläge von Reibungskupplungen, so dass deren im Übrigen positive Eigenschaften nur selten in Anwendung gebracht werden.In order to avoid or reduce such negative influences, attempts are made to counteract a drop in the coefficient of friction with increasing relative speed of the friction components in a tribological manner. For this purpose, additives are added to the oil in wet-operated friction clutches, which, however, are degraded again over their service life. In dry friction clutches, the friction linings, such as their physical or chemical composition are changed. As a result of the surface constantly being changed by the frictional engagement, the coefficient of friction of friction surfaces is only poorly reproducible over the service life. Ceramic friction linings of friction clutches show a particular tendency to plucking behavior, so that their otherwise positive properties are rarely used.
Im Weiteren werden bei automatisierten Reibungskupplungen sogenannte Anti-Rupf-Regelungsverfahren eingesetzt, wie sie beispielsweise aus der
Aufgabe der Erfindung ist daher eine vorteilhafte Weiterbildung einer mechanisch wirksamen Vorrichtung zur Begrenzung einer Schwingungsamplitude insbesondere in einer Reibungskupplung und einer Reibungskupplung mit einer derartigen Vorrichtung. The object of the invention is therefore an advantageous development of a mechanically effective device for limiting a vibration amplitude, in particular in a friction clutch and a friction clutch with such a device.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Begrenzung einer Schwingungsamplitude eines dynamischen, eine Relativbewegung zwischen zwei mit einer Normalkraft gegeneinander beaufschlagten Reibkomponenten einstellenden Reibsystems mit einer einer Reibkomponente zugeordneten, in Richtung der Relativbewegung wirksamen, zwischen zwei Anschlagteilen angeordneten ersten Federeinrichtung mit einer ersten Federkapazität gelöst, wobei zwischen einem Anschlagteil der ersten Federeinrichtung und der ersten Federeinrichtung ein Schwingungsbegrenzungssystem angeordnet ist. In bevorzugter Weise ist das Schwingungsbegrenzungssystem aus einer zwischen den Anschlagteilen der ersten Federeinrichtung seriell angeordneten zweiten Federeinrichtung und einer parallel zu der zweiten Federeinrichtung geschalteten Reibeinrichtung gebildet. Im Weiteren wird die Aufgabe durch eine Reibungskupplung mit einem drehangetriebenen Eingangsteil und einem ein mittels einer Normalkraft gesteuertes Reibmoment übertragenden Ausgangsteil mit der vorgeschlagenen Vorrichtung gelöst.The object is achieved by a device for limiting a vibration amplitude of a dynamic, a relative movement between two with a normal force against each other acted upon friction components adjusting friction system with a friction component associated in the direction of relative movement effective, arranged between two stop members first spring means with a first spring capacity, wherein between a stopper part of the first Spring means and the first spring means a vibration limiting system is arranged. In a preferred manner, the vibration-limiting system is formed from a second spring device serially arranged between the abutment parts of the first spring device and a friction device connected in parallel to the second spring device. Furthermore, the object is achieved by a friction clutch with a rotationally driven input part and a transmitted by means of a normal force friction torque transmitting output part with the proposed device.
Infolge der Integration einer zusätzlichen Feder- und Reibeinrichtung in den Kraftweg des bereits vorhandenen Reibsystems können externe, materialintensive und bauraumbeanspruchende Tilgersysteme vermieden werden. Hierbei kann die zweite Federeinrichtung so ausgelegt sein, dass diese erst bei auftretenden Rupfschwingungen aktiviert wird. Hierzu kann die Reibeinrichtung mit einem Reibmoment versehen sein, die die zweite Federeinrichtung bei geringen Schwingungsamplituden blockiert. Werden die Schwingungsamplituden beispielsweise infolge einer angeregten Rupfschwingung größer, wird das Reibmoment überwunden und die Reibeinrichtung geht von der Haftreibung in Gleitreibung über. Im Zusammenspiel zwischen der durch die Schwingungen zyklisch komprimierten und entspannten zweiten Federeinrichtung und der eine Reibhysterese beitragenden Reibeinrichtung werden die Schwingungsamplituden eliminiert oder auf ein Maß reduziert, das praktisch nicht mehr wahrnehmbar ist. Beispielsweise kann in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine Dämpfung der Schwingungsamplituden soweit erfolgen, dass Vibrationen beziehungsweise Geräusche durch den Fahrer und gegebenenfalls Insassen nicht mehr als störend empfunden werden.As a result of the integration of an additional spring and friction device in the force path of the existing friction system external, material-intensive and space-consuming absorber systems can be avoided. Here, the second spring device may be designed so that it is activated only when occurring Rupfschwingungen. For this purpose, the friction device may be provided with a friction torque which blocks the second spring device at low vibration amplitudes. If the vibration amplitudes become greater, for example as a result of an excited juddering vibration, the friction torque is overcome and the friction device changes from static friction to sliding friction. In the interaction between the cyclically compressed and relaxed by the second spring means and the friction hysteresis contributing friction device, the vibration amplitudes are eliminated or reduced to a level that is virtually imperceptible. For example, in a drive train of a motor vehicle, an attenuation of the vibration amplitudes can take place so far that vibrations or noises by the driver and possibly occupants are no longer perceived as disturbing.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, dass mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Reibkraft der Reibeinrichtung proportional zu einer Federkraft der zweiten Federkapazität eingestellt werden kann. It has also proven to be advantageous that by means of the proposed device, a frictional force of the friction device can be adjusted in proportion to a spring force of the second spring capacity.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Reibeinrichtung an der ersten Federkapazität angeordnet, beispielsweise gegen diese verspannt, in diese eingehängt oder in anderer Weise befestigt sein. Hierbei können keilförmig ausgebildete Reibflächen eines Anschlagteils von der zweiten Federeinrichtung gegen eine komplementär ausgebildete Reibkomponente der Reibeinrichtung, beispielsweise einen Reibkörper mit einem die zu den Reibflächen des Anschlagteils komplementären Reibflächen tragenden Reibkonus vorgespannt sein. Hierbei kann die zweite Federeinrichtung beispielsweise in Form einer beide Reibflächen des Anschlagteils gegen die Reibflächen der Reibeinrichtung verspannende Zugfeder vorgesehen sein. Mittels einer entsprechenden Einstellung eines Keilwinkels der Reibflächen kann ein von der Federkapazität der zweiten Federeinrichtung abhängig auszubildendes Reibmoment der Reibeinrichtung einstellbar ausgebildet werden.According to an advantageous embodiment, the friction device can be arranged on the first spring capacity, for example clamped against this, suspended in this or fixed in another way. In this case, wedge-shaped friction surfaces of a stop member may be biased by the second spring means against a complementarily formed friction component of the friction device, for example a friction body with a friction cone carrying the friction surfaces of the stop member complementary friction surfaces. Here, the second spring means may be provided, for example in the form of a both friction surfaces of the stop member against the friction surfaces of the friction device tensioning tension spring. By means of a corresponding adjustment of a wedge angle of the friction surfaces, a frictional torque of the friction device to be formed depending on the spring capacity of the second spring device can be made adjustable.
Alternativ können eine oder mehrere Reibflächen des Anschlagteils vorgesehen sein, die aufgrund ihrer elastischen Materialeigenschaften gegen den Reibkörper vorgespannt sein können. Weitere Ausführungsformen ermöglichen eine Einsparung von Teilen, indem Funktionen der beiden Federeinrichtungen und der Reibeinrichtung miteinander kombiniert werden.Alternatively, one or more friction surfaces of the stop member may be provided, which may be biased due to their elastic material properties against the friction body. Other embodiments allow parts to be saved by combining functions of the two spring devices and the friction device.
Insbesondere im Einsatz der Vorrichtung in drehenden Anwendungen, beispielsweise schaltbaren Reibungskupplungen wie nass oder trocken betriebenen Reibungskupplungen in Zusammenwirkung mit Drehschwingungsdämpfern wie geteilten Schwungrädern, Torsionsschwingungsdämpfern in Kupplungsscheiben, Wandlerüberbrückungskupplungen mit sogenannten Turbinendämpfern, Lock-Up-Dämpfern und dergleichen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die beiden Reibkomponenten der Vorrichtung um eine gemeinsame Drehachse entgegen der Wirkung der ersten Federeinrichtung gegeneinander begrenzt verdrehbar sind und die Relativbewegung eine Kreisbewegung ist. Dabei kann die erste Federeinrichtung als in Umfangsrichtung aktive Dämpferstufe vorgesehen sein, welche bei auftretenden Rupfschwingungen eine Relativverdrehung der beiden Reibkomponenten fördert oder zulässt, so dass alternierende Kupplungsmomente übertragen werden. Sollte ein derartiger Drehschwingungsdämpfer nicht vorgesehen sein oder sich an den Rupfschwingungen nicht beteiligen, kann eine Drehelastizität des Antriebsstrangs für die Wirkung der ersten Federeinrichtung verantwortlich sein. In particular, in the use of the device in rotating applications, such as switchable friction clutches such as wet or dry friction clutches in conjunction with torsional vibration dampers such as split flywheels, Torsionsschwingungsdämpfern in clutch plates, lock-up clutches with so-called turbine dampers, lock-up dampers and the like, it has proved to be advantageous if the two friction components of the device about a common axis of rotation against the action of the first spring means are limited against each other rotatable and the relative movement is a circular movement. In this case, the first spring device may be provided as a circumferentially active damper stage, which promotes or allows a relative rotation of the two friction components when occurring Rupfschwingungen, so that alternating clutch torques are transmitted. Should such a torsional vibration damper not be provided or not participate in the Rupfschwingungen, a rotational elasticity of the drive train may be responsible for the action of the first spring means.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Federeinrichtung aus über den Umfang verteilten, jeweils von einem zumindest ein Scheibenteil enthaltendes oder durch dieses gebildetes Anschlagteil beaufschlagten Schraubenfedern gebildet. In vorteilhafter Weise bilden die Anschlagteile und die Schraubenfedern den Drehschwingungsdämpfer, in den die Vorrichtung integriert ist. Beispielsweise kann hierzu eine Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung mit radial außen an einer von zwei miteinander verbundenen Scheibenteilen und einem zwischen diesen angeordneten Scheibenteil wie Flanschteil vorgesehen sein. Die aus den Schraubenfedern gebildete Federeinrichtung wird dabei in aus den Scheibenteilen ausgeschnittenen Fenstern aufgenommen und jeweils stirnseitig zwischen dem mittigen, das erste Anschlagteil bildenden Scheibenteil und den flankierenden, das zweite Anschlagteil bildenden Scheibenteilen bei einer Relativverdrehung der Anschlagteile komprimiert. Zur Kompensation der alternierenden, von den Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine angeregten Komprimierungen und Entspannung der Schraubenfedern kann der ersten Federeinrichtung über zumindest einen Teil des Verdrehwegs der Anschlagteile eine zusätzliche Reibeinrichtung zugeschaltet sein. In an advantageous embodiment, the first spring device is formed from distributed over the circumference, in each case by a at least one disc part containing or formed by this stop member acted coil springs. Advantageously, the stop members and the coil springs form the torsional vibration damper, in which the device is integrated. For example, for this purpose, a clutch disc of a friction clutch may be provided with radially outside of one of two disc parts connected to one another and a disc part arranged between them, such as a flange part. The spring device formed from the coil springs is received in cut out of the window parts windows and each end face compressed between the central, the first stop member forming disk part and the flanking, the second stop member forming disc parts in a relative rotation of the stop parts. to Compensation of the alternating, stimulated by the torsional vibrations of an internal combustion engine compression and relaxation of the coil springs, the first spring means via at least a portion of the Verdrehwegs the stop members be added an additional friction device.
In einer in den Drehschwingungsdämpfer integrierten Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise die entsprechende Reibeinrichtung der Vorrichtung aus jeweils zwischen den Schraubenfedern und gegenüber den flankierenden Scheibenteilen konisch eingespannten Reibkörpern gebildet sein, wobei eine begrenzte Steifigkeit der Scheibenteile gegenüber den Reibkörpern die Federkapazität der zweiten Federeinrichtung bildet. Dies bedeutet, dass das Reibmoment zur Begrenzung der zweiten Federeinrichtung durch eine Vorspannung der Scheibenteile auf den Reibkörpern ausgebildet wird und die beiden elastischen Scheibenteile zugleich die zweite Federeinrichtung bilden.In a device integrated in the torsional vibration damper, the corresponding friction device of the device can advantageously be formed by friction elements clamped conically between the coil springs and the flanking disk parts, wherein a limited rigidity of the disk parts relative to the friction bodies forms the spring capacity of the second spring device. This means that the friction torque for limiting the second spring means is formed by a bias of the disc parts on the friction bodies and the two elastic disc parts at the same time form the second spring means.
In einer alternativen Ausführungsform können die Scheibenteile oder ein in anderer Weise ausgebildetes Anschlagteil vergleichsweise steif ausgebildet sein. Hierbei ist die Reibeinrichtung aus zwischen einem Anschlagteil und gegenüber den Schraubenfedern konisch verspannten Reibkörpern gebildet, wobei eine radiale Aufweitung der Schraubenfedern die Federkapazität der zweiten Federeinrichtung bildet. Hierbei werden die Reibkörper starr von dem Anschlagteil in Umfangsrichtung beaufschlagt und bilden einen konischen Reibeingriff mit den Schraubenfedern aus, indem diese in den Innenraum der Schraubenfedern eingreifen. Die Schraubenfedern können dabei an ihren Endwindungen konisch ausgebildet sein. Durch eine bei Rupfschwingungen auftretende höhere Belastung erweitern die Reibkörper die Schraubenfedern radial entgegen einer radial wirksamen Federkraft unter Überwindung des Reibmoments zwischen Reibkörpern und Endwindungen der Schraubenfedern, so dass die Schraubenfedern in Umfangsrichtung die erste Federeinrichtung und in radiale Richtung die zweite Federeinrichtung bilden.In an alternative embodiment, the disc parts or a stop member formed in another way can be made comparatively stiff. Here, the friction device is formed between a stop member and against the coil springs conically braced friction bodies, wherein a radial expansion of the coil springs forms the spring capacity of the second spring means. Here, the friction body are rigidly acted upon by the abutment member in the circumferential direction and form a conical frictional engagement with the coil springs by these engage in the interior of the coil springs. The coil springs can be formed conically at their Endwindungen. By occurring at Rupfschwingungen higher load, the friction body expand the coil springs radially against a radially effective spring force by overcoming the friction torque between friction bodies and end turns of the coil springs, so that the coil springs in the circumferential direction form the first spring means and in the radial direction, the second spring means.
Die beiden Ausführungsformen beschränken die Anzahl der für die Integration der Vorrichtung in einen Drehschwingungsdämpfer notwendigen Bauteile auf die verwendeten Reibkörper. Derartige Reibkörper können beispielsweise aus Metall gefertigt sein, bestehen jedoch bevorzugt aus Kunststoff wie verstärktem Kunststoff. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ursprünglich aus derartigen Drehschwingungsdämpfern bekannte Federnäpfe zwischen den Anschlagteilen und den Schraubenfedern zur Verbesserung der Auflagefläche der Schraubenfedern an den Anschlagfedern als Reibkörper im Sinne der vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele ausgebildet werden, so dass keine über einen derart ausgebildeten Drehschwingungsdämpfer hinaus notwendige Teileanzahl notwendig ist.The two embodiments limit the number of necessary for the integration of the device in a torsional vibration damper components on the friction body used. Such friction bodies may be made of metal, for example, but are preferably made of plastic such as reinforced plastic. It has proved to be particularly advantageous when originally known from such torsional vibration dampers between the stop members and the coil springs to improve the contact surface of the coil springs are formed on the stop springs as a friction body in the sense of the proposed embodiments, so that no need for such a trained torsional vibration damper addition Part number is necessary.
Die Erfindung wird anhand der in den
Zu Beginn einer Relativbewegung zwischen den Reibflächen
Durch Wiederholung dieses Vorgangs baut sich ein Schwingungsverhalten über die Zeit t auf, welches in dem Diagramm
Die
Bei einer Relativbewegung der Reibfläche
Die
Die
Der Drehschwingungsdämpfer
Das Schwingungsbegrenzungssystem
Treten zwischen den Reibbelägen
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung contraption
- 1a1a
- Vorrichtung contraption
- 1b1b
- Vorrichtung contraption
- 1c1c
- Vorrichtung contraption
- 1d1d
- Vorrichtung contraption
- 22
- Reibkomponente friction component
- 33
- Reibkomponente friction component
- 44
- Reibsystem friction system
- 55
- Anschlagteil stop part
- 5a5a
- Anschlagteil stop part
- 5c5c
- Anschlagteil stop part
- 66
- Anschlagteil stop part
- 6c6c
- Anschlagteil stop part
- 77
- Federeinrichtung spring means
- 7a7a
- Federeinrichtung spring means
- 7c7c
- Federeinrichtung spring means
- 7d7d
- Federeinrichtung spring means
- 88th
- Reibkörper friction body
- 99
- Reibfläche friction surface
- 1010
- Reibfläche friction surface
- 1111
- Pfeil arrow
- 1212
- Achse axis
- 1313
- Diagramm diagram
- 1414
- Schwingungsbegrenzungssystem Torque reaction system
- 14a14a
- Schwingungsbegrenzungssystem Torque reaction system
- 14b14b
- Schwingungsbegrenzungssystem Torque reaction system
- 14c14c
- Schwingungsbegrenzungssystem Torque reaction system
- 14d14d
- Schwingungsbegrenzungssystem Torque reaction system
- 1515
- Federeinrichtung spring means
- 15a 15a
- Federeinrichtung spring means
- 15c15c
- Federeinrichtung spring means
- 15d15d
- Federeinrichtung spring means
- 1616
- Reibeinrichtung friction device
- 16a16a
- Reibeinrichtung friction device
- 16c16c
- Reibeinrichtung friction device
- 1717
- Anschlagteil stop part
- 1818
- Scheibenteil disk part
- 18b18b
- Scheibenteil disk part
- 1919
- Reibfläche friction surface
- 19b19b
- Reibfläche friction surface
- 19c19c
- Reibfläche friction surface
- 2020
- Reibkörper friction body
- 20c20c
- Reibkörper friction body
- 20d20d
- Reibkörper friction body
- 2121
- Reibfläche friction surface
- 21c21c
- Reibfläche friction surface
- 21d21d
- Reibfläche friction surface
- 2222
- Rücksprung return
- 2323
- Drehschwingungsdämpfer torsional vibration dampers
- 23d23d
- Drehschwingungsdämpfer torsional vibration dampers
- 2424
- Schraubenfeder coil spring
- 24d24d
- Schraubenfeder coil spring
- 2525
- Reibbelag friction lining
- 2626
- Befestigungsmittel fastener
- 2727
- Scheibenteil disk part
- 27d27d
- Scheibenteil disk part
- 2828
- Scheibenteil disk part
- 2929
- Anschlag attack
- 3030
- Endwindung end turn
- 101101
- Vorrichtung contraption
- 102102
- Reibkomponente friction component
- 103103
- Reibkomponente friction component
- 104104
- Reibsystem friction system
- 105105
- Anschlagteil stop part
- 106106
- Anschlagteil stop part
- 107107
- Federeinrichtung spring means
- 108108
- Reibkörper friction body
- 109109
- Reibfläche friction surface
- 110110
- Reibfläche friction surface
- 111111
- Pfeil arrow
- 112112
- Achse axis
- 113113
- Diagramm diagram
- AA
- Schwingungsamplitude vibration amplitude
- Amax A max
- maximale Schwingungsamplitude maximum oscillation amplitude
- FF
- Normalkraft normal force
- dd
- Drehachse axis of rotation
- tt
- Zeit Time
- αα
- Konuswinkel cone angle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008053377 A1 [0003] DE 102008053377 A1 [0003]
- DE 3723015 A1 [0003] DE 3723015 A1 [0003]
- EP 1540210 A1 [0005] EP 1540210 A1 [0005]
- WO 2003/081085 A2 [0005] WO 2003/081085 A2 [0005]
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