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Die Erfindung betrifft eine Gasgeneratorbaugruppe für ein Airbagmodul eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Gasgeneratorbaugruppe umfasst ein Gehäuse, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete pyrotechnische Ladung, aus welcher bei Aktivierung des Gasgenerators durch chemische Reaktion ein Gas erzeugt wird, sowie mindestens eine Abströmöffnung, durch die hindurch das erzeugte Gas zum Aufblasen eines der Gasgeneratorbaugruppe zugeordneten Gassackes aus dem Gehäuse freigesetzt werden kann.
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Bei Gasgeneratorbaugruppen der eingangs genannten Art entstehen beim Abbrand der pyrotechnischen Ladung heiße Gase und Feststoffpartikel, die innerhalb des Gehäuses in Richtung der Abströmöffnung strömen. Da das erzeugte Gas auf dem Weg zur Abströmöffnung zunächst Teile der noch nicht abgebrannten pyrotechnischen Ladung durchströmt, welche den Gasfluss in Richtung der Abströmöffnung behindern, können hierbei große Innendrücke entstehen.
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Dieser unerwünschte Effekt des Auftretens großer Innendrücke infolge des Durchströmungswiderstands der pyrotechnischen Ladung macht sich besonders stark bei zylindrischen Gehäusen mit einem (im Verhältnis zu ihrer Länge) geringen Durchmesser und einer vergleichsweise großen zu erzeugenden Gasmenge bemerkbar.
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Herkömmlich werden die durch den Durchströmungswiderstand erhöhten Innendrücke im Gasgenerator durch verstärkte Gehäuse kompensiert und/oder durch zusätzliche Strömungskanäle, die durch zusätzliche Bauteile realisiert werden, reduziert. Beide Maßnahmen erhöhen die Produktionskosten des Gasgenerators, da Bauteile verstärkt und/oder zusätzliche Bauteile produziert und montiert werden müssen.
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Die
EP 21 93 053 B1 zeigt eine Gasgeneratorbaugruppe mit einem Außengehäuse, einer im Außengehäuse als Innenraum angeordneten Brennkammer und einem zwischen dem Außengehäuse und der Brennkammer ausgebildeten Plenum, durch welches in der Brennkammer gebildetes Gas strömen kann. Die zylindrische Brennkammer weist an ihrer Umfangsoberfläche erste Öffnungen auf, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Plenum herstellen. Dabei ist das Plenum über zweite Öffnungen mit dem Inneren eines hohl ausgebildeten Umlenkelementes verbunden, so dass Gas, welches sich im Plenum befindet, durch die zweiten Öffnungen in das Umlenkelement gelangen kann. Aus dem Umlenkelement kann Gas schließlich über Austrittsöffnungen aus dem Gasgenerator austreten. Somit besteht über die ersten Öffnungen, das Plenum, die zweiten Öffnungen und das Umlenkelement eine Strömungsverbindung zwischen allen Abschnitten des Innenraums, an welchen die Umfangsoberfläche mit ersten Öffnungen versehen ist.
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Als eine weitere Maßnahme zur Begrenzung des Innendrucks in der Brennkammer ist in der
EP 21 93 053 B1 in einem Ausführungsbeispiel zwischen dem Innenraum und der Abströmöffnung eine mit einem Dichtungselement verschlossene Öffnung ausgebildet, die sich beim Abbrand der pyrotechnischen Ladung – beispielsweise temperaturindiziert – verformt, so dass durch eine Veränderung des Querschnitts der Strömungsverbindung ein zusätzlicher Strömungspfad zwischen dem Innenraum und der Abströmöffnung entsteht.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Gasgeneratorbaugruppe der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der das Auftreten von übergroßen Innendrücken bei der Verbrennung auf kostengünstige Weise vermieden wird.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung einer Gasgeneratorbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach sind bei einer gattungsgemäßen Gasgeneratorbaugruppe an einer dem Innenraum zugewandten Wand des Gehäuses Kanäle ausgebildet, durch die hindurch das im Innenraum gebildete Gas in Richtung der mindestens einen Abströmöffnung strömen kann. D.h., bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung einer Gasgeneratorbaugruppe bestehen über Kanäle, die an der Gehäuseinnenwand ausgebildet sind, zusätzliche Strömungspfade, um Gas entlang der Brennkammer zu der Abströmöffnung zu leiten. Dabei sind die zusätzlichen Strömungspfade insbesondere für Gas relevant, das in von der Abströmöffnung entfernten Abschnitten des Innenraums gebildet wird und bei einer herkömmlichen Ausgestaltung einer Gasgeneratorbaugruppe wegen der zwischen dem Gaserzeugungsort und der Abströmöffnung befindliche pyrotechnische Ladung einen großen Durchströmungswiderstand zu überwinden hätte. Durch die zusätzlichen Strömungspfade über die Kanäle wird der auftretende Innendruck vermindert.
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Dadurch, dass die Kanäle, welche die zusätzlichen Strömungspfade erzeugen, direkt in die Gehäusewand integriert sind, ist für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Gasgeneratorbaugruppe kein zusätzliches Bauteil erforderlich. Dies ermöglicht es, die Herstellungskosten gering zu halten, zumal kein erhöhter Montageaufwand besteht.
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Zudem ist die erfindungsgemäße Lösung hinsichtlich der Robustheit und Zuverlässigkeit der Gasgeneratorbaugruppe vorteilhaft, da im Allgemeinen mit der – durch die Erfindung gerade vermiedenen – Integration zusätzlicher Bauteile bzw. Montageschritte auch zusätzliche potenzielle Fehlerquellen entstehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse des Gasgenerators rohrförmig ausgebildet ist und erstreckt sich entlang einer Rohrachse. Dabei verlaufen die Kanäle gemäß einer weiteren Ausgestaltung im Wesentlichen parallel zu der Rohrachse.
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In einer Variante erstrecken sich die Kanäle ihrer Länge nach zumindest entlang derjenigen (die Brennkammer bildenden) Bereiche des Innenraums, die mit der pyrotechnischen Ladung gefüllt sind. In einer weiteren Variante erstrecken sich die Kanäle ihrer Länge nach durchgehend entlang der gesamten Gehäusewand der Gasgeneratorbaugruppe.
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Hohlzylindrische Gasgeneratorgehäuse sind häufig als nahtlos gezogene Rohre realisiert. Dementsprechend können gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Kanäle, die die zusätzlichen Strömungspfade für das Gas erzeugen, in die Innenseite eines nahtlos gezogenen Rohres, welches die Gehäusewand bildet, integriert sein. Dabei können die Kanäle mit geringem zusätzlichem Fertigungsaufwand gleich beim Ziehen des Rohres eingebracht werden, was eine kostengünstige Herstellung der Gehäusewand erlaubt.
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In einer Variante kann die pyrotechnische Ladung eine Vielzahl von Feststoffelementen umfassen. In diesem Fall ist der Querschnitt der Kanäle vorzugsweise so beschaffen, dass die Feststoffelemente vor der Aktivierung des Gasgenerators höchstens so weit in den von den Kanälen umfassten Raums eindringen können, dass über die Kanäle noch eine Strömungsverbindung zum Abströmen des im Innenraum gebildeten Gases in Richtung der mindestens einen Abströmöffnung besteht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die zusätzlichen Strömungspfade durch die Kanäle nicht ganz oder teilweise durch die Feststoffelemente blockiert werden, wodurch der bezüglich des beim Abbrand auftretenden Innendrucks entlastende Effekt (partiell) aufgehoben würde.
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In einer Weiterbildung kann in dem Innenraum, in dem die pyrotechnische Ladung angeordnet ist, eine Vorspanneinrichtung vorgesehen sein, welche auf die pyrotechnische Ladung einwirkt und sie in Richtung der Abströmöffnung drängt. Durch eine derartige Anordnung können einerseits vor Aktivierung des Gasgenerators die Feststoffelemente, aus der die pyrotechnische Ladung bestehen kann, fixiert werden, so dass sie nicht bei Erschütterung im gegenseitigen Kontakt oder im Kontakt mit der Gehäusewand zerrieben werden. Andererseits kann beim Abbrand die pyrotechnische Ladung in Richtung der Abströmöffnung nachgeschoben und zugleich verdichtet werden. Gerade bei einer Anordnung mit einer derart durch eine Vorspanneinrichtung verdichteten pyrotechnischen Ladung ist die erfindungsgemäße Bereitstellung zusätzlicher Strömungspfade durch Kanäle in der Gehäuseinnenwand vorteilhaft, da die herkömmlichen Strömungspfade durch die pyrotechnische Ladung hindurch einen großen Strömungswiderstand darstellen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren verdeutlicht werden.
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Es zeigen:
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1 eine axiale Schnittdarstellung einer Gasgeneratorbaugruppe mit einem Gehäuse, in dessen Innenwand Kanäle zum Abströmen des Gases ausgebildet sind;
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2 eine radiale Schnittdarstellung der Gasgeneratorbaugruppe aus 1 entlang der dort markierten Schnittebene A-A.
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1 zeigt einen Schnitt durch eine Gasgeneratorbaugruppe für ein Airbagmodul eines Kraftfahrzeugs. Die Gasgeneratorbaugruppe der 1 umfasst ein Gehäuse 1, das im Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet ist und sich entlang einer Rohrachse R erstreckt. Dementsprechend weist das Gehäuse 1 hier beispielhaft eine umlaufende, die Rohrachse R umgebende Gehäusewand 10 auf. Diese kann insbesondere hohlzylindrisch ausgeführt sein.
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Gerade bei derartigen Gasgeneratorbaugruppen, welche ein rohrförmiges Gehäuse 1 mit einem (im Verhältnis zu ihrer Länge) geringen Durchmesser aufweisen und für die Erzeugung einer vergleichsweise großen Gasmenge vorgesehen sind, können im Betrieb große Innendrücke auftreten. Dieses Problem wird vorliegend durch die Bereitstellung zusätzlicher Strömungspfade P durch Kanäle 11 in der Gehäuseinnenwand 10 gelöst.
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Bei der in 1 dargestellten Gasgeneratorbaugruppe ist an einem axialen Ende des Gehäuses 1 eine Anzündeinheit 3 angeordnet, die einen Anzünder 30 sowie elektrische Anschlüsse 31 zum Aktivieren des Anzünders 30 umfasst. Die Anzündeinheit 3 dient zum Zünden einer pyrotechnischen Ladung 20, die in dem vom Gehäuse 1 umfassten Innenraum 2, der eine Brennkammer bildet, angeordnet ist. Die pyrotechnische Ladung 20 ist gemäß 1 beispielhaft als eine Feststoffladung dargestellt, die aus einer Vielzahl an Feststoffelementen 201, z. B. in Form von Tabletten, besteht.
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Die in dem Gehäuse 1 definierte und die pyrotechnische Ladung 20 aufnehmende Brennkammer 2 ist radial begrenzt durch das Gehäuse 1 bzw. durch dessen hohlzylindrische Wand 10.
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Die Brennkammer 2 ist in axialer Richtung einerseits, auf Seiten der Anzündeinheit 3, begrenzt durch ein Trennelement 32, welches die Brennkammer 2 von der Anzündeinheit 3 trennt. Das Trennelement 32 ist mit mindestens einer Durchtrittsöffnung 33 versehen, durch die hindurch die Anzündeinheit 3 bzw. deren Anzünder 30 auf die pyrotechnische Ladung 20 einwirken kann. In der Anzündeinheit 3 kann im Bereich des Anzünders 30 eine Anzündladung vorgesehen sein, wobei das Trennelement 32 zwischen der Anzündladung und der von der Brennkammer 2 aufgenommenen pyrotechnischen Ladung 20 angeordnet ist. In diesem Fall kann der Anzünder 30 auf die Anzündladung und diese wiederum durch die Durchtrittsöffnung 33 hindurch auf die pyrotechnische Ladung 20 in der Brennkammer 2 einwirken. In einer Variante kann der Anzünder 30 aber auch direkt auf die pyrotechnische Ladung 20 in der Brennkammer 2 einwirken, und es kann keine von der pyrotechnischen Ladung 20 durch eine Trennelement 32 getrennte Anzündladung vorgesehen sein.
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Axial gegenüberliegend ist die Brennkammer 2 im Ausführungsbeispiel der 1 durch eine Filtereinheit 4 bzw. durch deren Gehäuse 40 begrenzt. Das Gehäuse 40 der Filtereinheit 4 weist (radiale) Durchtrittsöffnungen 43 auf, durch die hindurch das in der Brennkammer aus der pyrotechnischen Ladung 20 erzeugte Gas der Filtereinheit 4 zugeführt wird.
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Der axial hinter der Filtereinheit 4 angeordnete Gehäuseboden wird im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine zusätzliche Baugruppe in Form eines Diffusors 5 gebildet, der Abströmöffnungen 53 aufweist, durch die hindurch das Gas nach dem Passieren der Filtereinheit 4 zum Aufblasen eines Gassackes freigesetzt wird.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Trennelement 32 und der pyrotechnischen Ladung 20 ein elastisches Element als Vorspanneinrichtung 22 angeordnet, mit dem die pyrotechnische Ladung 20 bzw. deren Feststoffelemente 201 in Richtung auf den Gehäuseboden vorgespannt sind. Durch diese Anordnung können einerseits vor Aktivierung des Gasgenerators die Feststoffelemente 201 fixiert werden, so dass sie nicht bei Erschütterung im gegenseitigen Kontakt oder im Kontakt mit der Gehäusewand 10 zerrieben werden. Andererseits kann beim Abbrand die pyrotechnische Ladung 20 in Richtung der Abströmöffnung 53 nachgeschoben und zugleich verdichtet werden. Gerade bei einer Anordnung mit einer derart durch eine Vorspanneinrichtung verdichteten pyrotechnischen Ladung ist die erfindungsgemäße Bereitstellung zusätzlicher Strömungspfade P durch Kanäle 11 in der Gehäuseinnenwand 10 vorteilhaft, da die herkömmlichen Strömungspfade durch die pyrotechnische Ladung 20 hindurch einen großen Strömungswiderstand darstellen.
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An der der Brennkammer 2 zugewandten Innenseite der Gehäusewand 10 sind Kanäle 11 ausgebildet, die insbesondere parallel zur Rohrachse R verlaufen können. Die Anordnung und Ausformung der Kanäle 11 wird zusätzlich durch 2 verdeutlicht, die eine radiale Schnittdarstellung der Gasgeneratorbaugruppe entlang der in 1 markierten Schnittebene A-A zeigt. Vorliegend sind die Kanäle durch eine Vielzahl längserstreckter Ausnehmungen an der inneren Oberfläche der Gehäusewand 10 realisiert. Die die Kanäle 11 bildenden Ausnehmungen sind tangential gleich beabstandet und verlaufen in axialer Richtung parallel zur Rohrachse R entlang der Innenseite der Gehäusewand 10. Dabei können sich die Kanäle 11 ihrer Länge nach beispielsweise zumindest entlang derjenigen Bereiche des Innenraums 2 erstrecken, die mit der pyrotechnischen Ladung 20 gefüllt sind. Die Kanäle 11 können sich aber auch beispielsweise ihrer Länge nach durchgehend entlang der gesamten Gehäusewand 10 erstrecken.
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Eine derartige Gehäusewand 10 mit Kanälen 11, z. B. gemäß der in 2 gezeigten Ausgestaltung, kann als ein nahtlos gezogenes Rohr realisiert sein, wobei die Kanäle 11 mit geringem zusätzlichem Fertigungsaufwand gleich beim Ziehen des Rohres 10 eingebracht werden können. Dies erlaubt eine kostengünstige Herstellung der Gehäusewand 10.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der die Kanäle 11 bildenden längserstreckten Ausnehmungen so ausgeformt, dass die Feststoffelemente 201 nur unwesentlich und allenfalls mit ihrem Kantenbereich in die Kanäle 11 eindringen können. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die zusätzlichen Strömungsverbindungen durch die Kanäle 11 nicht ganz oder teilweise durch die Feststoffelemente 201 blockiert werden, wodurch ihr entlastender Effekt bezüglich des bei der Verbrennung auftretenden Innendrucks (partiell) aufgehoben würde.
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Die in 1 dargestellte Gasgeneratorbaugruppe dient zum Aufblasen eines Gassackes eines Airbagmodules in einem Crash-Fall. Wird in diesem Fall die Anzündeinheit 3 ausgelöst, so zündet deren Anzünder 30 eine Anzündladung, welche wiederum durch die Durchtrittsöffnung 33 des Trennelements 32 hindurch die in dem Gehäuse 1 bzw. in dessen Brennkammer 2 aufgenommene pyrotechnische Ladung 20 zündet. Aus dieser wird durch Verbrennen in der Brennkammer 2 ein Gas erzeugt. Dieses tritt zunächst durch die Durchtrittsöffnungen 48 des Filtergehäuses 40 in die Filtereinheit 4 ein, wo es gereinigt und weiter gekühlt wird. Von der Filtereinheit 4 gelangt das Gas (in axialer Richtung) in den Diffusor 5. Aus diesem tritt es durch dessen Abströmöffnungen 53 hindurch (in radialer Richtung) aus, so dass es zum Aufblasen eines der Gasgeneratorbaugruppe zugeordneten Gassackes freigesetzt wird.
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Mit den an der der Brennkammer 2 zugewandten Seite der Gehäusewand 10 ausgebildeten Kanälen 11 stehen dem Gase auf dem Weg von seinem Erzeugungsort innerhalb der Brennkammer 2 zu den Durchtrittsöffnungen 48 des Filtergehäuses 40 (und von dort weiter über Filter 4 und Diffusor 5 zur Abströmöffnung 53) zusätzliche Strömungspfade zur Verfügung. In 1 ist zur Verdeutlichung bespielhaft ein solcher Strömungspfad P dargestellt.
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Der Vorteil der zusätzlichen Strömungspfade P besteht darin, dass Gasanteile, welche in von der Filtereinheit 4 entfernten Bereichen der Brennkammer 2 erzeugt werden, auf ihrem Weg zur Abströmöffnung 53 nicht mehr den Großteil pyrotechnischen Ladung 20 (insoweit diese noch nicht vollständig abgebrannt ist) durchströmen müssen, welche den Gasfluss behindert. Auf diese Weise wird der auftretende Innendruck im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne derartige Kanäle 11 in vorteilhafter Weise verringert.
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Kostenintensive zusätzliche Bauteile oder Verstärkungen (beispielsweise der Gehäusewand 10) zur Kompensation oder zur Vermeidung eines übergroßen Innendrucks können somit entfallen. Insbesondere sind durch die Integration der Kanäle in die Gehäusewand 10 bei der Herstellung der Gasgeneratorbaugruppe keine zusätzlichen Montageschritte erforderlich.
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Zudem ist die erfindungsgemäße Lösung hinsichtlich der Robustheit und Zuverlässigkeit der Gasgeneratorbaugruppe vorteilhaft, da im Allgemeinen mit der Integration zusätzlicher Bauteile bzw. Montageschritte auch zusätzliche potenzielle Fehlerquellen entstehen. Dies wird durch die Erfindung aber gerade vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 10
- Gehäusewand
- 11
- Kanäle
- 2
- Innenraum
- 20
- Pyrotechnische Ladung
- 201
- Feststoffelemente
- 22
- Vorspanneinrichtung
- 3
- Anzündeinheit
- 30
- Anzünder
- 31
- Elektrische Anschlüsse
- 32
- Trennelement
- 33
- Durchtrittsöffnung
- 4
- Filtereinheit
- 40
- Gehäuse der Filtereinheit
- 43
- Radiale Durchtrittsöffnungen
- 5
- Diffusor
- 53
- Abströmöffnungen
- P
- Strömungspfad
- R
- Rohrachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2193053 B1 [0006, 0007]
