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Die Erfindung betrifft eine verstellbare Dämpfungseinrichtung.
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Hydraulische Dämpfungseinrichtungen verschiedener Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die 10 2006 050 484 A1 einen verstellbaren Dämpfer mit einem Zylinderrohr, in dem ein Kolben verschiebbar angeordnet ist. Dieser dient zur Verdrängung eines Ölvorrats. Die mit dem Kolben verbundene Stange ist hohl ausgebildet und enthält einen Ventilsitz mit einem zugeordneten Ventilverschlussglied. Dieses kann durch Drehung dazu genutzt werden, den axialen Durchgang durch die Kolbenstange mehr oder weniger freizugeben, um so die Dämpfungsrate einzustellen.
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Auch die
DE 10 2008 047 839 B3 zeigt einen verstellbaren Dämpfer. Dieser weist eine gesonderte Verstellspindel mit einem Schneckengewinde auf, welches zur Betätigung einer Verstellmutter dient. Die Verstellmutter sitzt auf einem Gewinde. Bei Verdrehung ändert sie die Federvorspannung.
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Weiter offenbart die
DE 20 2010 012 604 U1 eine Fahrradfederung mit einem Ventil zur Einstellung der Dämpfung. Das Ventil ist wiederum in dem zentralen Kanal der Kolbenstange angeordnet.
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Die
DE 40 34 188 C2 offenbart einen Dämpfer mit einem an einem stirnseitigen Ende des Hydraulikzylinders angeordneten Stellrad. Das Stellrad ist mit einer Spindel verbunden, die das Endstück des Zylinders durchragt und innen mit einer Formschlussstruktur verbunden ist. In dem Kolben ist koaxial zur Mittelachse desselben eine Stellschraube angeordnet, mittels derer ein Überströmventil mehr oder weniger freigegeben werden kann. Die Stellschraube weist ein profiliertes Ende auf, das mit der Formschlussstruktur des Stellrads in Eingriff gebracht werden kann, wenn sich der folgende in Endlage befindet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Konzept anzugeben, mit dem sich verstellbare Dämpfer mit einfachen und robusten Aufbau und zugleich feinfühliger Einstellbarkeit herstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird mit der Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst:
Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung weist einen Zylinder mit einem darin verschiebbar angeordneten Kolben auf, der in dem Zylinder zwei Arbeitsräume abteilt. Der Kolben wird an seiner zentralen Durchgangsöffnung von einer Kolbenstange durchgriffen, wobei der Kolben mit der Kolbenstange verschraubt ist. Im Bereich der Verschraubung mündet ein Überströmkanal, der durch Verdrehen der Kolbenstange gegen den Kolben mehr oder weniger freigegeben werden kann. Die Gewindegänge, die die Mündung des Überströmkanals vollständig oder auch nur teilweise übergreifen, wirken damit als verstellbare Drossel. Dies stellt einen toleranzunempfindlichen Aufbau und eine sowohl in der Fertigung als auch im späteren Gebrauch robuste Lösung dar. Außerdem ergibt sich ein weiter Stellbereich, der vorzugsweise über mehr als eine Umdrehung der Kolbenstange verteilt ist, so dass eine feinfühlige Einstellbarkeit gegeben ist. Die Einstellwirkung wird durch die Nutzung des Gewindes als längenveränderlicher Drosselspalt erreicht. Zwischen dem Innengewinde des Kolbens und dem Außengewinde der Kolbenstange ist ein Spiel vorhanden, das den Drosselspalt bildet. Entlang des Spalts kann sich eine Fluidströmung in Axial- und Umfangsrichtung etablieren. Diese Strömung kann sich über einen Teil einer Windung, über eine ganze Windung oder über mehrere Windungen erstrecken. Dadurch kann die Dämpfung feinfühlig eingestellt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Innengewinde des Kolbens und/oder das Außengewinde der Kolbenstange mit axial wechselndem Durchmesser, z. B. gestuft oder konisch ausgebildet. Dadurch wird der Spaltquerschnitt des Drosselspalts an der Kolbenstange ortsabhängig festgelegt. Durch diese Maßnahme kann der Stellbereich, der von dem nahezu vollständigen Verschluss des Überströmkanals bis hin zur nahezu vollständigen Freigabe reichen kann, auf mehrere Umdrehungen des Kolbens bzw. der Kolbenstange gestreckt werden. Außerdem können verschiedene Stellkennlinien erzeugt werden. Jedoch ist es auch möglich, auf eine solche Durchmesseränderung des Innengewindes bzw. des Außengewindes zu verzichten.
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Die zentrale Durchgangsöffnung weist vorzugsweise einen Abschnitt mit zylindrischer Wandfläche auf. Diese kann als Dichtungs- und Klemmfläche für einen Elastomerring oder für ein sonstiges Klemmmittel dienen, das mit der Kolbenstange verbunden ist. Der Elastomerring oder das sonstige Klemmmittel erbringt die reibschlüssige Sicherung gegen unerwünschte Verdrehung von Kolbenstange und Kolben gegeneinander, so dass die Relativdrehposition von Kolben und Kolbenstange auch bei Vibrationsbelastung an der Kolbenstange nicht verstellt wird. Anstelle der reibschlüssigen Sicherung kann auch eine Rasteinrichtung oder dergleichen vorgesehen sein.
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Die Dämpfungseinrichtung kann symmetrisch in beiden Bewegungsrichtungen gleich dämpfend wirken. Es kann jedoch auch eine Richtungsabhängigkeit der Dämpfungswirkung gewünscht sein. In diesem Fall kann der Überströmkanal ein Rückschlagventil enthalten. Dieses kann in einem Zweig des Überströmkanals oder in einem zusätzlichen Überströmkanal vorgesehen sein. Das Rückschlagventil kann durch einen Ring gebildet sein, beispielsweise einen Elastomerring, der in einer ringförmigen Nut des Kolbens in Axialrichtung beweglich angeordnet ist. Mündet der Überströmkanal in diese Nut kann der Elastomer-Ring in einer Bewegungsrichtung den Ringspalt zwischen Kolben und Zylinder abdichten, während er in einer anderen Bewegungsrichtung diesen Ringspalt freigibt. Andere Alternativkonstruktionen für die Ausbildung eines Rückschlagventils sind möglich.
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Zur Einstellung der Drehposition von Kolbenstange und Kolben und somit zur Einstellung der verstellbaren Drossel kann die Kolbenstange gedreht werden, wenn der Kolben unverdrehbar arretiert ist. Dazu kann an dem Zylinder eine Formschlussstruktur und an dem Kolben eine Gegenformschlussstruktur angeordnet sein. Werden diese miteinander in Eingriff gebracht, ist der Kolben gegenüber dem Zylinder drehfest arretiert. Eine Verdrehung der Kolbenstange bewirkt nun eine Verstellung der Drossel. Die Formschlussstruktur und die Gegenformschlussstruktur können beispielsweise durch eine Verzahnung gebildet sein. Dadurch ist ein sicherer Eingriff gegeben, wenn der Kolben in Endstellung positioniert wird.
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Die Dämpfungseinrichtung ist mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl gefüllt. Dieses kann mit einem Gaspolster hinter einem Trennkolben vorgespannt werden, das Druck auf die Ölfüllung ausübt. Die Dämpfungseinrichtung kann somit als Gasfeder ausgebildet sein.
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Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnung oder von Ansprüchen. Es zeigen:
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1 eine Dämpfungseinrichtung, in schematisierter Gesamtansicht,
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2 die Dämpfungseinrichtung nach 1, in schematisierter ausschnittsweiser Längsschnittdarstellung,
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3 eine abgewandelte Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung nach 1 und 2, in ausschnittsweiser vereinfachter Längsschnittdarstellung,
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3a eine ausschnittsweise Darstellung des Kolbens der Dämpfungseinrichtung nach 3 in schematisierter Darstellung,
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4 eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung nach 1 und 2, in schematisierter ausschnittsweise Längsschnittdarstellung und
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4a eine Detaildarstellung der Kolbenstange und des Kolbens nach 4, in ausschnittsweise vergrößerter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung.
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In 1 ist eine Dämpfungseinrichtung 10 veranschaulicht, zu der ein rohrförmiger Zylinder 11 und eine Kolbenstange 12 gehören. Der Zylinder 11 und die Kolbenstange 12 sind mit Befestigungsmitteln 13, 14, wie beispielsweise Ösen oder dergleichen, versehen. Die Kolbenstange 12 ist entlang ihrer Axialrichtung A gegen den Zylinder 11 beweglich. Die Bewegung wird eine in der Dämpfungseinrichtung 10 vorgesehene Dämpfungsanordnung gebremst.
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2 zeigt den Aufbau der Dämpfungsanordnung. Zu dieser gehört ein Kolben 15, der mit der Kolbenstange 12 in Axialrichtung A fest verbunden ist. Der Kolben 15 weist eine Durchgangsöffnung 16 auf, die von der Kolbenstange 12 durchgriffen ist.
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Die Durchgangsöffnung 16 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 17 und einen sich daran anschließenden mit Innengewinde 18 versehenen Abschnitt 19 auf. Die Kolbenstange 12 ist an einem entsprechenden Abschnitt mit einem Außengewinde 20 versehen, das mit dem Innengewinde 18 in Eingriff steht. Durch Verdrehen des Kolbens 15 und der Kolbenstange 12 gegeneinander kann die axiale Relativposition von Kolbenstange und Kolben geändert werden.
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Um ein unbeabsichtigtes Verdrehen zu vermeiden, ist eine Klemmvorrichtung 21 vorgesehen. Diese kann beispielsweise durch eine in der Kolbenstange 12 ausgebildete Ringnut 22 mit einem in dieser sitzenden Elastomerring 23 oder einem anderen geeigneten Klemmmittel gebildet sein. Der Elastomerring 23 ist zwischen dem Boden seiner Nut 22 und der zylindrischen Wandung der Durchgangsöffnung 16 radial eingeklemmt.
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Der Kolben 15 ist außen zylindrisch. Er passt bis auf einen engen Spalt in den Zylinder 11 und ist in diesem in Axialrichtung A verschiebbar. Er trennt dabei in dem Zylinder 11 zwei Kammern 24, 25 ab, die mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllt sind. Um das Öl bei der Bewegung des Kolbens 15 von einer Kammer 24 in die andere Kammer 25 und zurück strömen zu lassen, ist ein Überströmkanal 26 vorgesehen. Dieser führt von einer Kolbenseite auf die andere. Der Überströmkanal 26 enthält eine verstellbare Drossel 27. Zu dieser gehört eine Überströmöffnung 28, die sich von der Durchgangsöffnung 16 ausgehend nach außen erstreckt, um in den Überströmkanal 26 überzugehen. Die Überströmöffnung 28 ist dabei vorzugsweise im Bereich des Innengewindes 18 und/oder wenigstens so positioniert, dass das Außengewinde 20 die Überströmöffnung 28 ganz freigeben oder vollständig überdecken und um einen oder mehrere Windungen überragen kann. Ausgehend von der Überströmöffnung 28 bilden das Innengewinde 18 und das Außengewinde 20 einen dem Gewindegang folgenden Drosselspalt, dessen Länge und somit dessen Drosselwirkung durch Verdrehen des Kolbens 15 und der Kolbenstange 12 veränderbar ist.
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Zu dem Überströmkanal 26 kann eine Ringnut 29 gehören, in die ein oder mehrere Axialkanäle münden. Die Ringnut 29 kann in einen Ringspalt 30 zwischen dem Außenumfang des Kolbens 15 und der Wand des Zylinders 11 übergehen. Der Ringspalt 30 ist vorzugsweise weiter als der zwischen dem Kolben 15 und dem Zylinder 11 sonst definierte Spalt.
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In der Ringnut 29 kann ein Elastomerring 31 oder ein sonstiger abdichtender Ring angeordnet sein, der mit einer gewissen radialen Vorspannung an der Innenwand des Zylinders 11 anliegt und in der Ringnut 29 axiales Spiel hat. Der Elastomerring 31 wirkt als Ventilverschlussglied für den Ringspalt 30 und bildet somit mit diesem ein von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 12 und des Kolbens 15 gesteuertes Ventil 32.
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Um den Kolben 15 und die Kolbenstange 12 gezielt gegeneinander verdrehen zu können, ist an einem Ende des Zylinders 11 (oder an beiden) eine Formschlussstruktur 33, beispielsweise in Gestalt einer Verzahnung 34 vorgesehen. Der Formschlussstruktur 33 ist eine Gegenformschlussstruktur 35 an der entsprechend zugewandten Seite des Kolbens 15 angeordnet. Es kann sich dabei wiederum um eine Verzahnung 36 handeln, die zu der Verzahnung 34 passt.
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Die insoweit beschriebene Dämpfungseinrichtung 10 arbeitet wie folgt:
In Betrieb wird die Kolbenstange 12 in Bezug auf den Zylinder 11, wie in 1 angedeutet, hin- und hergehend bewegt. Wird die Kolbenstange 12 in dem Zylinder 11 eingeschoben, läuft der Elastomerring 31 an die in 2 rechte Flanke der Ringnut 29 an. Der Elastomerring 31 gibt dabei den Ringspalt 30 frei, so dass Öl aus dem Arbeitsraum 24 durch den Ringspalt 30 und dem Überströmkanal 26 strömen kann. Der Kolben 15 bewegt sich dabei mit geringem Widerstand. Die Kolbenstange 12 lässt sich relativ leicht einschieben.
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Bei der Gegenbewegung wird die Kolbenstange 12 aus dem Zylinder 11 auswärts gezogen. Der Elastomerring 31 dichtet dabei den Ringspalt 30 ab. Der von dem Ventil 32 gebildete Zweig des Überströmkanals 26 ist somit geschlossen. Der Überströmweg führt nun über die Überströmöffnung 28, die von dem Außengewinde 20 überdeckt sein kann. Je nach Grad der Überdeckung bzw. je nach Länge des sich an die Überströmöffnung anschließenden Drosselspalts ist die so gebildete Drossel 27 mehr oder weniger restriktiv, so dass die Dämpfungswirkung in Kolbenstangenauszugsrichtung entsprechend größer oder kleiner ist.
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Soll die Dämpfungswirkung verstellt werden, wird der Kolben 15 in eine Endstellung bewegt, beispielsweise indem die Kolbenstange 12 ganz eingeschoben wird. Die Formschlussstruktur 33 und die Gegenformschlussstruktur 35 gelangen dabei in Eingriff, so dass der Kolben 15 unverdrehbar arretiert ist. Wird nun die Kolbenstange 12 unter Überwindung der von der Klemmvorrichtung 21 aufgebrachten Reibung gedreht, kann die Drossel 27 etwas mehr geöffnet oder mehr geschlossen werden, je nach dem, ob die Auszugskraft verringert oder vergrößert werden soll. Gerade bei hohen Dämpfungswerten kann das Innengewinde die Drosselöffnung um ein, zwei oder mehrere Windungen Überragen und so einen langen Drosselspalt festlegen. Es zeigt sich, dass dabei Dämpfkräfte im Verhältnis von 1:30 mit ungefähr zwei Kolbenstangenumdrehungen einstellbar sind. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass insbesondere bei größeren Dämpfungskräften eine feinfühlige Einstellung möglich ist. Es kann vorgesehen werden, dass die Drossel 27 in keiner Position einen Totalverschluss bildet. Anders als Sitzventile zur Einstellung der Dämpfung können Situationen, in denen die Dämpfungseinrichtung 10 vollständig blockiert, ausgeschlossen werden.
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Die Einstellkennlinie, d. h. die Zunahme oder Abnahme der Dämpfungskraft bei Drehung der Kolbenstange 12 kann durch verschiedene Maßnahmen beeinflusst werden. Beispielsweise können ausgehend von der Ringnut 29 mehrere Überströmöffnungen 28 um den Umfang verteilt in Radialrichtung axial auf gleicher Höhe oder gegeneinander leicht versetzt angebracht werden. Weiter ist es möglich, das Innengewinde 18 des Kolbens 15 ausgehend von dem stirnseitigen Ende des Kolbens 15 teilweise oder ganz abzutragen. 3 zeigt ein entsprechendes Beispiel. Aus 3a ist eine vergrößerte Darstellung ersichtlich. Der Innendurchmesser des Innengewindes 18 kann zum Beispiel beginnend bei der Überströmöffnung 28 oder kurz davor oder dahinter beginnen konisch zuzunehmen, aber auch einen gleichbleibenden Durchmesser aufweisen, der zwischen Kern- und Außendurchmesser des Gewindes liegt.
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Dabei ist ein noch feinfühligere Einstellung der Dämpfungswirkung möglich. Ansonsten gilt die obige Beschreibung unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen entsprechend.
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Alternativ oder ergänzend kann auch das Außengewinde 20 der Kolbenstange 12 konisch ausgebildet sein, wie aus 4 und 4a hervorgeht. Wiederum wirkt das vor der Überströmöffnung 28 stehende Gewinde als Labyrinth, die durch den schraubenförmigen Drosselspalt geringerer oder größerer Länge gebildet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht somit eine feinfühlige Einstellung der Drosselwirkung.
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An den vorbeschriebenen Ausführungsformen sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann die Ringnut 29 über mehrere Axialkanäle mit der Arbeitskammer 25 verbunden sein. Auch kann die Wirkung des Ventils 32 umgekehrt sein, so dass die Einschubbewegung gehemmt, die Auszugsbewegung hingegen freigeben wird. Entsprechend münden bei solchen Ausführungsformen die Axialabschnitte des Überströmkanals 28 in die Arbeitskammer 24.
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Außerdem kann das Ventil 32 durch ein druckabhängiges Rückschlagventil 32 ersetzt sein.
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Weiter kann bei Dämpfungseinrichtungen, bei denen sowohl die Einschubbewegung wie auch die Auszugsbewegung gedämpft sein soll, auf Rückschlagventile 32 jeglicher Bauart verzichtet werden. Auch ist es möglich, bedarfsweise vorzusehende Rückschlagventile, unabhängig von dem Überströmkanal 26, in einem oder mehreren gesonderten Überströmkanälen auszubilden.
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Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung
10 weist eine Kolbenstange
12 und einen Kolben
15 mit einem Überströmkanal
26 auf, der im Bereich eines Gewindes
20 der Kolbenstange
12 mündet. Das Gewinde
20 der Kolbenstange
12 steht mit einem kurzen oder längeren Abschnitt vor der Überströmöffnung
28 und bildet somit einen als Drosselstelle wirkenden schraubenförmigen Drosselspalt. Die so gebildete verstellbare Drossel wird durch Verdrehen der Kolbenstange
12 gegen den Kolben
15 verstellt. Dem Kolben
15 ist eine an dem Zylinder
11 vorgesehene Formschlussstruktur
33 zugeordnet, in die eine Formschlussstruktur
35 des Kolbes
15 passt. Die Formschlussstruktur
33 und die Gegenformschlussstruktur
35 können in Eingriff gebracht werden, indem der Kolben
15 jeweils in eine entsprechende Endlage überführt wird. Eine Klemmvorrichtung
21 verhindert die unbeabsichtigte Verdrehung des Kolbens
15 gegen die Kolbenstange
12. Bezugszeichenliste
| 10 | Dämpfungseinrichtung |
| 11 | Zylinder |
| 12 | Kolbenstange |
| 13, 14 | Befestigungsmittel |
| A | Axialrichtung |
| 15 | Kolben |
| 16 | Durchgangsöffnung |
| 17, 19 | Abschnitte |
| 18 | Innengewinde |
| 20 | Außengewinde |
| 21 | Klemmvorrichtung |
| 22 | Ringnut |
| 23 | Elastomerring |
| 24, 25 | Kammern |
| 26 | Überströmkanal |
| 27 | Drossel |
| 28 | Überströmöffnung |
| 29 | Ringnut |
| 30 | Ringspalt |
| 31 | Elastomerring |
| 32 | Rückschlagventil/Ventil |
| 33 | Formschlussstruktur |
| 34 | Verzahnung |
| 35 | Gegenformschlussstruktur |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008047839 B3 [0003]
- DE 202010012604 U1 [0004]
- DE 4034188 C2 [0005]
