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Die Erfindung betrifft ein insbesondere zur Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller eines Verbrennungsmotors geeignetes Wellgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Wellgetriebes.
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Ein gattungsgemäßes Wellgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 201 536 A1 bekannt. Das bekannte Wellgetriebe umfasst ein Antriebselement, ein Abtriebselement, sowie einen Wellgenerator, der ein Kugellager mit einem elliptischen Innenring und einen flexiblen Außenring aufweist. Der Außenring ist von einem flexiblen, außenverzahnten Getriebeelement umgeben, welches im Fall der
DE 10 2016 201 536 A1 eine außenseitige, ringförmig umlaufende Verstärkung aufweist.
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Weitere Wellgetriebe, welche ebenso wie das Wellgetriebe nach der
DE 10 2016 201 536 A1 als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers geeignet sind, sind zum Beispiel in den Dokumenten
DE 10 2016 216 594 B3 und
DE 10 2016 207 930 B3 offenbart. In jedem der drei genannten Fälle ist das flexible Getriebeelement als Flexring ausgebildet. Ein Flexring weist allgemein die Form eines zu einem Ring gebogenen Bandes auf und unterscheidet sich damit von flexiblen Getriebeelementen, welche einen radial nach innen oder radial nach außen gerichteten Flansch aufweisen, das heißt eine Topfform beziehungsweise Kragenform beschreiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Verwendung in einem elektromechanischen Nockenwellenversteller geeignetes Wellgetriebe gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines Wellgetriebes gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Wellgetriebe, und umgekehrt.
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Das Wellgetriebe umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein innenverzahntes, gehäusefestes Antriebselement, ein außenverzahntes, als Flexring ausgebildetes Getriebeelement, sowie ein innenverzahntes Abtriebselement, wobei die Innenverzahnung des Antriebselementes ebenso wie die Innenverzahnung des Abtriebselementes partiell mit der Verzahnung des Flexrings kämmt, und wobei zur Verformung des Flexrings ein Wellgenerator vorgesehen ist, der von einer ersten Stirnseite der gehäusefesten, das Antriebselement umfassenden Anordnung aus betätigbar ist, wogegen das Abtriebselement zur Verbindung mit einer auf der gegenüberliegenden, abtriebsseitigen Stirnseite angeordneten Welle, insbesondere Nockenwelle, vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß weist das Antriebselement eine sich gestuft von der ersten Stirnseite zur abtriebsseitigen Stirnseite hin aufweitende Innenumfangsfläche auf, wobei durch das Antriebselement mehrere in derselben Axialrichtung wirksame, sich auf der abtriebsseitigen Stirnseite befindende Anschläge in Form von Axialgleitlagerflächen gebildet sind, nämlich eine innere Axialgleitlagerfläche gegenüber dem Flexring und eine äußere Axialgleitlagerfläche gegenüber dem Abtriebselement.
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Durch diese Gestaltung vereint das Antriebselement als einstückiges Bauteil zahlreiche Funktionen in sich und wird dementsprechend auch als multifunktionale Antriebswelle bezeichnet. Montagetechnisch von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass der Flexring und das Abtriebselement von derselben Seite aus, nämlich von der abtriebsseitigen Stirnseite aus, in das Antriebselement einsetzbar sind. Bereits vor dem Zusammensetzten des Wellgetriebes ist der Flexring mit einem Wellgenerator zu einer Baugruppe kombinierbar, welche insgesamt als Verstellwelle bezeichnet wird, und als Ganzes in das Antriebselement eingeschoben wird, bevor das Abtriebselement montiert wird.
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Das innenverzahnte Antriebselement des Wellgetriebes ist in bevorzugter Ausgestaltung einstückig mit einem Getriebeelement eines Umschlingungsgetriebes verbunden. Dieses Getriebeelement, bei welchem es sich um ein Kettenrad oder um ein Riemenrad handeln kann, bildet somit zusammen mit den übrigen Abschnitten des Antriebselementes ein drehbares Gehäuse des Wellgetriebes.
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Das Abtriebselement kann im Antriebselement durch eine Gleitlagerung in Radialrichtung gelagert sein, wobei Gleitlagerflächen an einer Innenumfangsfläche des Antriebselementes sowie an einer Außenumfangsfläche des Abtriebselementes gebildet sind. Die Gleitlagerfläche des Antriebselementes kann hierbei in einer Axialrichtung durch die äußere Axialgleitlagerfläche des Antriebselementes begrenzt sein.
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Die Montage des Wellgetriebes ist in folgenden Schritten möglich:
- - Ein innenverzahntes Antriebselement wird bereitgestellt, dessen Innenumfangsfläche sich von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten, abtriebsseitigen Stirnseite hin gestuft aufweitet, wobei im engeren Bereich der Innenumfangsfläche die Verzahnung des Antriebselementes ausgebildet und zur ersten Stirnseite hin durch eine innere Axialgleitlagerfläche abgeschlossen ist, und wobei durch den aufgeweiteten Bereich der Innenumfangsfläche eine in Radialrichtung wirksame Gleitlagerfläche gebildet ist, und wobei der Übergang vom engeren Bereich zum aufgeweiteten Bereich der Innenumfangsfläche als äußere Axialgleitlagerfläche ausgebildet ist,
- - in das innenverzahntes Antriebselement wird von der abtriebsseitigen Stirnseite aus eine Anordnung, welche ein flexibles, außenverzahntes Getriebeelement und einen zur Verformung dieses Getriebeelementes vorgesehenen Wellgenerator umfasst, bis zur inneren Axialgleitlagerfläche eingeschoben,
- - weiter wird in das innenverzahnte Antriebselement, ebenfalls von der abtriebsseitigen Stirnseite aus, ein hohlzylindrisches Abtriebselement eingesetzt, welches eine Innenverzahnung aufweist, die auf die Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelementes aufgeschoben wird, wobei eine Außenumfangsfläche des Abtriebselementes in Kontakt mit der Gleitlagerfläche des Antriebselementes kommt und eine die Außenumfangsfläche abschließende Stirnfläche des Abtriebselementes bis zur äußeren Axialgleitlagerfläche vorgeschoben wird,
- - das Abtriebselement wird durch ein Sicherungsmittel gegen Herausziehen aus dem Antriebselement zur abtriebsseitigen Stirnseite hin gesichert.
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Als Sicherungsmittel zur Sicherung des Abtriebselementes gegen Herausziehen aus dem Antriebselement ist insbesondere ein Sicherungsring geeignet, welcher in eine Nut in einem partiell zylindrischen Fortsatz eingreift, der als integraler Bestandteil des Antriebselementes auf dessen abtriebsseitiger Stirnseite angeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist durch den stirnseitigen Fortsatz des Antriebselementes zugleich eine Verdrehwinkelbegrenzungskontur gebildet. Diese Verdrehwinkelbegrenzungskontur wirkt mit einer Anschlagkontur zusammen, die vorzugsweise direkt durch das Abtriebselement gebildet ist. Mittels der genannten Konturen ist der Verstellbereich des als Stellgetriebe verwendbaren Wellgetriebes begrenzt.
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Das Wellgetriebe kann entweder als Plusgetriebe oder als Minusgetriebe konzipiert sein. Beiden Auslegungen ist gemeinsam, dass keine Verstellung des Abtriebselementes gegenüber dem Antriebselement auftritt, solange eine typischerweise elektromotorisch angetriebene Welle, mit welcher der Wellgenerator betätigt wird, mit derselben Drehzahl wie das Antriebselement rotiert. Bei Erhöhung der Drehzahl der Welle des Wellgenerators wird das Abtriebselement im Fall eines Plusgetriebes in derselben Richtung verstellt, in welcher das Antriebselement rotiert. Im Fall eines Minusgetriebes tritt dagegen eine Verstellung in der entgegengesetzten Richtung auf.
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Eine Auslegung als Plusgetriebe ist dann gegeben, wenn die Winkelrelation zwischen dem Flexring und dem Antriebselement in jedem Betriebszustand unverändert bleibt. Der Flexring wirkt mit dem Antriebselement in diesem Fall als Kupplungsstufe zusammen. Dies wird durch eine übereinstimmende Zähnezahl der Außenverzahnung des Flexrings und der Innenverzahnung des Antriebselementes erreicht. Dagegen weicht beim Plusgetriebe die Zahl der Zähne des Flexrings von der Zahl der Zähne der Innenverzahnung des Abtriebselementes ab.
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Umgekehrt ist bei einem Minusgetriebe die Kupplungsstufe zwischen dem Flexring und dem Abtriebselement gegeben. In diesem Fall weist der Flexring eine von der Innenverzahnung des Antriebselementes abweichende Anzahl an Zähnen auf. Mit Hilfe eines Minusgetriebes ist auf einfache Weise eine fail safe-Position „früh“ einer Nockenwelle im Fall einer Verwendung des Wellgetriebes als Stellgetriebes eines Nockenwellenverstellers realisierbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung,
- 2 das Wellgetriebe in stirnseitiger Ansicht,
- 3 das Wellgetriebe in Explosionsdarstellung.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wellgetriebe weist ein Antriebselement 2 und ein als Hohlrad ausgebildetes Abtriebselement 4 auf. Ein Kettenrad 3 ist integraler Bestandteil des Antriebselementes 2. Das Wellgetriebe 1 kommt als Stellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers zum Einsatz. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion und Verwendung des Wellgetriebes 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Ein Flexring 5, welcher allgemein als flexibles Getriebeelement bezeichnet wird, weist eine Außenverzahnung 8 auf, die sowohl mit einer Innenverzahnung 6 des Antriebselementes 2 als auch mit einer Innenverzahnung 7 des Abtriebselementes 4 kämmt. Beim Betrieb des Wellgetriebes 1 wird der Flexring 5 permanent durch einen Wellgenerator 9 verformt. Der Wellgenerator 9 arbeitet mit einem Wälzlager 31, nämlich Kugellager, wobei ein Innenring 11 des Wälzlagers 31 drehfest mit einer Welle eines nicht dargestellten Elektromotors des Nockenwellenverstellers gekoppelt ist. Die Kopplung zwischen der Motorwelle und dem Innenring 11 ist hierbei mit Hilfe einer nur ansatzweise dargestellten Ausgleichskupplung, nämlich Oldham-Kupplung, hergestellt, welche mehrere Bolzen 12 umfasst, die fest mit dem Innenring 11 des Kugellagers 31 verbunden sind.
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Auf dem Innenring 11 rollen Kugeln 32 als Wälzkörper ab, welche in einem Käfig geführt sind. Die durch den Innenring 11 gebildete Wälzkörperlaufbahn, auf welcher die Kugeln 32 abrollen, weist in an sich bekannter Weise eine nicht kreisrunde, elliptische Form auf. Durch die unrunde Form des Innenrings 11 wird ein Außenring 13, welcher im Gegensatz zum Innenring 11 nachgiebig ist, permanent ebenfalls in eine unrunde Form gezwungen. Der Flexring 5 umgibt unmittelbar den Außenring 13, ohne mit diesem fest verbunden zu sein. Die elliptische Form des Innenrings 11 sorgt dafür, dass die Außenverzahnung 8 lediglich an zwei Stellen, welche einander diametral gegenüber liegen, in die Innenverzahnungen 6, 7 eingreift. Die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 7 des Abtriebselementes 4 stimmt mit der Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 8 überein. Somit bleibt beim Betrieb des Wellgetriebes 1 die Winkelrelation zwischen dem Flexring 5 und dem Abtriebselement 4 konstant. Die Kopplung zwischen dem Flexring 5 und dem Abtriebselement 4 wird dementsprechend auch als Kupplungsstufe des Wellgetriebes 1 bezeichnet.
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Die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 6 des Antriebselementes 2 weicht dagegen von der Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 8 geringfügig, nämlich um die Zahl zwei, ab. Dies führt dazu, dass eine volle Umdrehung des Innenrings 11 in Relation zum Antriebselement 2 in eine geringfügige Verdrehung zwischen dem Abtriebselement 4 und dem Antriebselement 2 umgesetzt wird. Das Wellgetriebe 1 fungiert damit als hochuntersetztes Stellgetriebe, nämlich als Minusgetriebe. Solange beim Betrieb des Nockenwellenverstellers der Innenring 11 mit derselben Drehzahl wie das Antriebselement 2 rotiert, dreht sich auch das Abtriebselement 4 mit dieser Drehzahl. Wird ausgehend von diesem Betriebszustand die Drehzahl des Innenrings 11 erhöht, was bedeutet, dass der Innenring 11 dem Antriebselement 2 vorauseilt, so wird das Abtriebselement 4 gegenüber dem Antriebselement 2 in die entgegengesetzte Richtung verstellt. Umgekehrt wird durch eine Verzögerung des Innenrings 11 gegenüber dem Antriebselement 2 ein Vorauseilen des Abtriebselements 4 in Relation zum Antriebselement 2 bewirkt. In jedem Fall sind somit die Verstellrichtungen des Innenrings 11 einerseits und des Abtriebselementes 4 andererseits, jeweils bezogen auf die Winkellage des Antriebselementes 2, einander entgegengesetzt.
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Das Antriebselement 2 beschreibt, wie aus den 1 und 3 hervorgeht, eine mehrfach gestufte Topfform, wobei das Kettenrad 3 als Kragen des andeutungsweise topfförmigen Antriebselementes 2 zu sehen ist. Das Kettenrad 3 schließt einstückig an einen insgesamt mit 20 bezeichneten, gestuften topfförmigen Abschnitt des Antriebselementes 2 an. Innerhalb des topfförmigen Abschnitts 20 ist eine ringförmig umlaufende Stufe 21 ausgebildet. Insgesamt weitet sich das Antriebselement 2 sowohl an dessen Außenumfangsfläche als auch an dessen Innenumfangsfläche gestuft von einer ersten Stirnseite S1 zu einer abtriebsseitigen Stirnseite SAB hin auf. An der ersten Stirnseite S1 ist der Elektromotor, welcher den Innenring 11 des Wellgenerators 9 antreibt, anzuschließen. Auf der abtriebsseitigen Stirnseite SAB ist dagegen die zu verstellende Nockenwelle mit dem Abtriebselement 4 verbunden. Hierbei ist eine nicht dargestellte Zentralschraube durch eine Bohrung 18 im Abtriebselement 4 hindurch in die Nockenwelle eingeschraubt. Die Bohrung 18 ist umrandet von einem Zapfen 17, der aus dem mit 16 bezeichneten Boden des als Hohlrad gestalteten Abtriebselementes 4 herausragt.
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Bereits vor der Montage des Wellgetriebes 1 ist das nachgiebige Getriebeelement 5 mit dem Wellgenerator 9 zu einer Anordnung 10 zusammengesetzt, welche als Verstellwelle bezeichnet wird. Als erster Montageschritt wird die bereits vormontierte Verstellwelle 10 von der abtriebsseitigen Stirnseite SAB aus in das Antriebselement 2 eingeschoben. Hierbei gelangt die Außenverzahnung 8 partiell, nämlich lediglich in zwei engen Umfangsbereichen, in Eingriff mit der Innenverzahnung 6. Hierdurch ist bereits eine Führung der Verstellwelle 10 im Antriebselement 2 gegeben. Die Verstellwelle 10 wird im Antriebselement 2 soweit vorgeschoben, bis sie an einer ringförmigen inneren Axialgleitlagerfläche 23 des Antriebselementes 2 anschlägt. Die innere Axialgleitlagerfläche 23 ist durch die Innenfläche eines Innenbordes 33 gegeben, welcher auf der ersten Stirnseite S1 an den topfförmigen Abschnitt 20 anschließt. Der Innenbord 33 stellt damit einen rudimentären Boden des topfförmigen Antriebselementes 2 dar.
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Nachdem die Verstellwelle 10 in das Antriebselement 2 eingesetzt ist, wird auch das Abtriebselement 4 von der abtriebsseitigen Stirnseite SAB aus in das Antriebselement 2 eingeschoben. Das Abtriebselement 4 weist einen zylindrischen Abschnitt 14 auf, an dessen Innenumfangsfläche sich die Innenverzahnung 7 befindet. Beim Einsetzen des Abtriebselementes 4 in die Anordnung aus Antriebselement 2 und Verstellwelle 10 wird die Innenverzahnung 7 auf die Außenverzahnung 8 des Flexrings 5 aufgeschoben. Gleichzeitig kommt eine mit 29 bezeichnete Außenumfangsfläche des Abtriebselementes 4, welche eine Gleitlagerfläche darstellt, mit einer Gleitlagerfläche 22 des Antriebselementes 2 in Kontakt. Durch die Gleitlagerflächen 22, 29 ist im zusammengebauten Wellgetriebe 1 eine Radiallagerung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 gegeben.
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Das Abtriebselement 4 kann bei der Montage soweit im Antriebselement vorgeschoben werden, bis eine äußere Axialgleitlagerfläche 24 des Antriebselementes 2 erreicht ist. Hierbei schlägt eine Stirnfläche 30 des Abtriebselementes 4 an der ringförmigen äußeren Axialgleitlagerfläche 24 an, womit eine axiale Gleitlagerung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 4 gegeben ist. Auch die innere Axialgleitlagerfläche 23 stellt eine Komponente einer Gleitlagerung dar.
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Auf der der Stirnfläche 30 gegenüberliegenden Stirnseite des Abtriebselementes 4, das heißt an der abtriebsseitigen Stirnseite SAB , ist ein Flansch 15 am Abtriebselement 4 ausgebildet. An den Flansch 15 ist eine Anschlagkontur 19 angeformt, welche mit einer Verdrehwinkelbegrenzungskontur 28 des Antriebselementes 2 zusammenwirkt. Die Verdrehwinkelbegrenzungskontur 28 ist in einen zylindrisch ausgebildeten Fortsatz 25 des Antriebselementes 2 integriert. Bei der Verdrehwinkelbegrenzungskontur 28 handelt es sich um eine Aussparung am Umfang des zylindrischen Fortsatzes 25. Durch die Zusammenwirkung zwischen der Anschlagkontur 19 einerseits und der Verdrehwinkelbegrenzungskontur 28 andererseits ist der Verstellbereich des Wellgetriebes 1 begrenzt.
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In der Innenumfangsfläche des zylindrisch ausgebildeten Fortsatzes 25 befindet sich eine Nut 26, in die nach dem Einschieben des Abtriebselementes 4 in das Antriebselement 2 ein Sicherungsring 27 eingesetzt wird. Durch den Sicherungsring 27 ist die gesamte Anordnung aus Abtriebselement 4 und Verstellwelle 10 in einer Axialrichtung, nämlich zur abtriebsseitigen Stirnseite SAB hin, im Antriebselement 2 gesichert. In der entgegengesetzten Axialrichtung ist eine Sicherung der genannten Anordnung 4, 10 durch das Antriebselement 2 selbst gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgetriebe
- 2
- Antriebselement
- 3
- Kettenrad
- 4
- Abtriebselement
- 5
- Flexring
- 6
- Innenverzahnung des Antriebselementes
- 7
- Innenverzahnung des Abtriebselementes
- 8
- Außenverzahnung
- 9
- Wellgenerator
- 10
- Verstellwelle
- 11
- Innenring
- 12
- Bolzen
- 13
- Außenring
- 14
- zylindrischer Abschnitt
- 15
- Flansch
- 16
- Boden
- 17
- Zapfen
- 18
- Bohrung
- 19
- Anschlagkontur
- 20
- topfförmiger Abschnitt
- 21
- Stufe
- 22
- Gleitlagerfläche
- 23
- innere Axialgleitlagerfläche
- 24
- äußere Axialgleitlagerfläche
- 25
- Fortsatz
- 26
- Nut
- 27
- Sicherungsring
- 28
- Verdrehwinkelbegrenzungskontur
- 29
- Gleitlagerfläche
- 30
- Stirnfläche
- 31
- Kugellager
- 32
- Kugel
- 33
- Innenbord
- S1
- erste Stirnseite
- SAB
- abtriebsseitige Stirnseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016201536 A1 [0002, 0003]
- DE 102016216594 B3 [0003]
- DE 102016207930 B3 [0003]
