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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung mit einem Filterelement, beispielsweise einen Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Wartung einer Filtereinrichtung nach Anspruch 13 sowie deren Verwendung gemäß Anspruch 12.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2014 016 672 A1 wird ein Luftfilter für die Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine beschrieben, der ein zweiteiliges Filtergehäuse und ein im Filtergehäuse aufgenommenes Filterelement aufweist. Das Filterelement ist als quaderförmiger Flachfilter ausgeführt, dessen Anström- und Abströmseite parallel zueinander liegen und innerhalb des Filtergehäuses einem Einströmraum bzw. einem Abströmraum zugewandt sind. Die zu filtrierende Luft wird über einen Einströmstutzen in den Einströmraum geleitet, durchströmt das Filterelement und wird über einen Abströmstutzen am Filtergehäuse aus dem Abströmraum abgeleitet. Einström- und Abströmstutzen sind in unterschiedlichen Gehäuseteilen des zweiteiligen Filtergehäuses und an gegenüberliegenden Seiten positioniert. An einer weiteren Seite des Filtergehäuses befindet sich an der Außenwand eine Vertiefung, in die ein Funktionselement eingesetzt ist, das teilweise über die Außenkontur des Filtergehäuses hinausragt. Auch in das Filterelement ist eine entsprechende Vertiefung eingebracht.
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Die
US 2012/0145470 A1 ist darauf gerichtet, ein Luftfiltergehäuse eines Zweiradkraftfahrzeugs in kompakter Weise derart zu verkleinern, dass die Höhe des Sitzes reduziert werden kann und dass das Luftfiltergehäuse in der Nähe des Motors angeordnet werden kann und offenbart hierzu ein Luftfiltergehäuse mit einer Ausnehmung im Filtergehäuse oberhalb eines rechteckigen Filterelements.
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Die
WO 2013/104796 A1 ist darauf gerichtet, eine hohe Filterleistung und eine hohe Lebensdauer eines Luftfilterelements durch eine Vergrößerung der Filterfläche eines Luftfilterelementes unter Berücksichtigung baulicher Vorgaben für das Luftfiltergehäuse zu erzielen und offenbart hierzu einen Luftfilter mit einem Gehäusekörper, einem Gehäusedeckel und einem eingesetzten Filterelement sowie einen Resonator, welcher platzsparend derart untergebracht ist, dass der Resonator sich teilweise in einem Freivolumen entlang einer Einhüllenden an der Abströmfläche des Luftfilterelements befindet, wobei der Resonator von einem Außenmantel bzw. einem Resonatorgehäuse umgeben ist und wobei ein dem Filterelement zugewandter Teil des Außenmantels durch einen Teil der Gehäusewand gebildet wird. Ein Teil des Außenmantels ist mit der Gehäusewand, z. B. mittels Schweißens, verbunden. In dem Außenmantel ist ein Resonatoreinlegeteil angeordnet. Der Resonator wird mit anderen Worten platzsparend unterhalb des Luftfilters und mit dessen Gehäuse verbunden angeordnet.
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Die
JP H04-306185A ist darauf gerichtet, sowohl einen Luftfilter als auch einen Resonanzraum eines Resonators in einem begrenzten Raum anzuordnen, wobei eine Verkleinerung des Luftfilters vermieden wird, und offenbart hierzu eine Ausnehmung des Luftfiltergehäuses seitlich eines Rundfilterelements, mit anderen Worten eine Ausnehmung im Volumenbereich des Luftfilters, wobei ein Luftansaugkanal in L-Form an der oberen Seite des Luftfiltergehäuses angeordnet wird und wobei der Raum zwischen dem einen Durchgang bildenden Teil des Luftansaugkanals und des Luftfiltergehäuses als Teil eines Resonanzraums und Resonators ausgebildet ist.
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Die
KR 10 2013 013 386 A ist darauf gerichtet, eine integrierte Struktur eines Luftfilters mit einem Resonator bereitzustellen, wobei diese bei kleinem Motorraum anstatt eines Motorgehäuses angeordnet werden kann, und offenbart hierzu eine integrierte Struktur eines Luftfilters mit einem Resonator, wobei ein rechteckförmiges Luftfiltergehäuse mit angeformtem Resonator bereitgestellt wird, wobei dieser mittels einer Bohrung mit dem Rohluftvolumen des Luftfilters verbunden ist.
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Die US 2013 / 0291500 A1 ist auf eine Reduktion von unerwünschten Hochfrequenzgeräuschen eines Kompressors und von Motoreinlassventilen eines Zwangsluftansaugsystems gerichtet und offenbart hierzu einen in einen Reinluftstutzen integrierten Resonator.
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Die
DE 10 2015 014 482 A1 ist darauf gerichtet, eine Filterelementeinheit bereitzustellen, mit einer Dichtung, die während ihrer Herstellung anpassbar ist, um verschiedene Kanäle eines Luftfilters abzudichten, und offenbart hierzu einen Luftfilter mit einem Filtergehäuse. Das Filtergehäuse umfasst einen oberen Teil und einen unteren Teil. Das Filtergehäuse weist einen Einlass und einen Auslass auf. Das Filterelement ist in einem ersten Kanal des Filtergehäuses installiert. Die Seite mit schmutziger Luft ist Teil eines zweiten Kanals des Filtergehäuses. Der erste Kanal und der zweite Kanal sind beide durch eine Dichtung abgedichtet. Die Dichtung ist aus einem Stück gefertigt und weist einen ersten Teil, der das Filterelement umgibt, und einen zweiten Teil auf. Der erste Teil und zweite Teil weisen eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Sie sind über drei Brücken der Dichtung miteinander verbunden.
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Die
US 4 300 511 A ist darauf gerichtet, ein multifunktionales Gehäuse für einen Fahrzeugmotor bereitzustellen bei kleinem Bauraum und mit reduziertem Gewicht und mit einer Luftreinigungsfunktion, einer Ventilkomponentenabdeckungsfunktion und einer Kraftstoffdampffängerfunktion und offenbart hierzu ein gemeinsames Gehäuse umfassend einen Luftfilter, einen Aktivkohlefilter und eine Zylinderkopfabdeckung. Das Rohluftvolumen des Luftfilters umfasst dabei den Aktivkohlefilter.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen und in platzsparender Weise eine Filtereinrichtung mit einer Zusatzfunktion zu versehen, wobei insbesondere für die Zusatzfunktion zusätzlich effizient ein Teilstrom des gefilterten oder zu filternden Fluids der Filtereinrichtung verwendet werden kann und wobei zusätzlich die Verwendung eines vorbestimmten Filterelements leicht erkennbar sichergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung wird vorzugsweise zur Gasfiltration eingesetzt, insbesondere zur Luftfiltration, beispielsweise zur Filtration der Verbrennungsluft, die einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug zugeführt wird. Grundsätzlich kommt aber auch eine Anwendung zur Flüssigkeitsfiltration in Betracht.
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Die Filtereinrichtung weist ein Filtergehäuse zur Aufnahme des Filterelementes auf, wobei in die Außenwand des Filtergehäuses eine Vertiefung eingebracht und in die Vertiefung ein Funktionselement eingesetzt ist. Die Vertiefung ist als Rücksprung in der Außenwand des Filtergehäuses ausgebildet, wobei die Außenwand des Filtergehäuses im Bereich der Vertiefung durchgehend ausgeführt ist. Das Funktionselement kann eine gleich große oder kleinere Erstreckung wie die Vertiefung aufweisen und vollständig in der Vertiefung aufgenommen sein, so dass das Funktionselement innerhalb der Außenkontur des Filtergehäuses liegt. Es ist aber auch möglich, dass das in die Vertiefung eingesetzte Funktionselement teilweise über die Außenkontur des Filtergehäuses hinausragt.
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Das Funktionselement ist benachbart zu einem Strömungsstutzen im Filtergehäuse angeordnet und mit dem Strömungsstutzen strömungsverbunden. Die Funktion des Funktionselementes hängt von der Strömungsverbindung mit dem Strömungsstutzen ab, der das Fluid führt, das in der Filtereinrichtung der Filtration unterzogen wird. Bei dem Strömungsstutzen handelt es sich vorzugsweise um den Abströmstutzen zum Ableiten des gereinigten Fluids. Gegebenenfalls handelt es sich bei dem Strömungsstutzen um den Einströmstutzen zum Einführen des ungereinigten Fluids in das Filtergehäuse. Der Strömungsstutzen ist Teil des Filtergehäuses und dient zum Anschließen an eine Leitung, durch die das Fluid geführt wird.
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Aufgrund der Strömungsverbindung zwischen dem Funktionselement und dem Strömungsstutzen wird zumindest ein Teil des durch den Strömungsstutzen geführten Fluids auch dem Funktionselement zugeführt und kann dort der zusätzlichen Funktion unterzogen bzw. für die Funktion herangezogen werden. Bei dem Funktionselement handelt es sich beispielsweise um einen Resonator, mit dem definierte Schallfrequenzen eliminiert werden können, die insbesondere über die an den Strömungsstutzen angeschlossene Leitung in die Filtereinrichtung übertragen werden oder innerhalb der Filtereinrichtung entstehen. Im Resonator können störende Frequenzen durch Erzeugen phasenverschobener Resonanzfrequenzen eliminiert werden.
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Es kommen auch weitere Funktionen des Funktionselementes in Betracht. So ist es beispielsweise möglich, dass das Funktionselement einen Aktivkohlefilter aufweist, um Kohlenwasserstoffe im Fluid zu binden. Insbesondere bei einer Anordnung der Filtereinrichtung im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine für die Filtration der herangeführten Verbrennungsluft können sich derartige Kohlenwasserstoffe von der Brennkraftmaschine kommend bis in den Luftfilter hinein ausbreiten, wobei über den Aktivkohlefilter im Funktionselement die Kohlenwasserstoffe gebunden werden.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführung weist das Funktionselement einen Heißluftmassenmesser auf, mit dem der Luftmassenstrom durch die Filtereinrichtung gemessen werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung besteht das Filtergehäuse aus mindestens zwei Gehäuseteilen, wobei die Vertiefung in mindestens zwei Gehäuseteile eingebracht ist. Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, genau zwei Gehäuseteile vorzusehen, insbesondere zwei zumindest annähernd gleich große Gehäusehälften, über die sich die Vertiefung erstreckt. In einer weiteren Ausführung besteht das Filtergehäuse aus einem Filtergrundgehäuse und einem aufsetzbaren Gehäusedeckel. Es sind Ausführungen möglich, bei denen sich die Vertiefung nur in einem Gehäuseteil erstreckt, beispielsweise in einem Filtergrundgehäuse. Sofern sich die Vertiefung über zwei oder mehr Gehäuseteile erstreckt, sind sowohl Ausführungen möglich, bei denen sich die Vertiefung über die gesamte Höhe des Filtergehäuses mit sämtlichen Gehäuseteilen erstreckt, als auch Ausführungen, bei denen sich die Vertiefung nur über eine Teilhöhe, bezogen auf die Gesamthöhe des Filtergehäuses, erstreckt.
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Des Weiteren sind Ausführungen möglich, bei denen ein Teil des Gehäuses des Funktionselementes von der Außenwand des Filtergehäuses gebildet ist. In dieser Ausführung setzt sich das Gehäuse des Funktionselementes zum Teil aus der Außenwand des Filtergehäuses und zu einem weiteren Teil aus einem eigenen Funktionselementgehäuse zusammen, das beispielsweise als Gehäuseschale ausgebildet ist und die Außenwand des Filtergehäuses im Bereich der Vertiefung ergänzt.
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In einer alternativen Ausführung bildet das Funktionselement eine separate Baueinheit, die unabhängig von der Filtereinrichtung ausgebildet ist, jedoch mit der Filtereinrichtung verbunden und mit dem Strömungsstutzen strömungsverbunden ist.
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Die Befestigung des Funktionselementes an das Filtergehäuse der Filtereinrichtung kann ausschließlich über die Strömungsverbindung mit dem Strömungsstutzen erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass eine zusätzliche Befestigung zwischen dem Funktionselement und dem Filtergehäuse vorhanden ist.
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In einer alternativen Ausführung weist das Funktionselement zusätzlich zu seiner Strömungsverbindung mit dem Strömungsstutzen eine Befestigung außerhalb der Filtereinrichtung auf, beispielsweise im Fall der Filtereinrichtung als Luftfilter für eine Brennkraftmaschine im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung befinden sich die Vertiefung und das darin aufgenommene Funktionselement an der gleichen Seite des Filtergehäuses. Es ist insbesondere vorteilhaft, dass sich die Vertiefung und das Funktionselement unmittelbar unterhalb des Strömungsstutzens befinden, mit dem das Funktionselement strömungsverbunden ist. Der Strömungsstutzen kann gegebenenfalls sich weiter über die Außenkontur des Filtergehäuses hinaus erstrecken als das Funktionselement.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist am Filterelement ein umlaufendes Dichtungselement angeordnet, das die Roh- von der Reinseite strömungsdicht separiert, wobei das Dichtungselement dem Verlauf der Vertiefung folgt. Das Dichtungselement erstreckt sich insbesondere entlang der Außenkontur des Filterelementes, das vorzugsweise ebenfalls eine Vertiefung aufweist, welche im eingebauten Zustand des Filterelementes mit der Vertiefung in der Außenwand des Filtergehäuses fluchtet. Gegebenenfalls wird das Dichtungselement zwischen die Gehäuseteile des Filtergehäuses eingeklemmt, wodurch das Dichtungselement mit einer die Strömungsdichtigkeit unterstützenden Klemmkraft beaufschlagt wird.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Wartung einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung, umfassend die Schritte des Öffnens eines Filtergehäuses zur Aufnahme eines Filterelements mit einer Vertiefung in der Außenwand des Filtergehäuses, wobei die Vertiefung ein eingesetztes Funktionselement aufweist und wobei das Funktionselement benachbart zu einem Strömungsstutzen im Filtergehäuse angeordnet ist und mit dem Strömungsstutzen strömungsverbunden ist, und Einlegens des Filterelements, insbesondere zur Gasfiltration, beispielsweise Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere des Austauschens des Filterelements, wobei das Filterelement eine zur Vertiefung des Filtergehäuses korrespondierende Vertiefung und eine Dichtung aufweist, welche dem Verlauf der Vertiefung folgt, und wobei das Filterelement zwischen einer Roh- und einer Reinseite separierend zu dem Strömungsstutzen angeordnet wird. Hierdurch wird auf konstruktiv einfache Weise der Austausch des Filterelements in einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ermöglicht, wobei sichergestellt wird, dass zum einen ein für die Filtereinrichtung passendes Filterelement einfach sichtbar feststellbar beim Wechsel verwendet wird, wodurch das gewünschte Filtrationsprofil während der Lebensdauer der Filtereinrichtung aufrechterhalten wird, und zum anderen zudem die Zusatzfunktion innerhalb der Filtereinrichtung korrekt strömungsverbunden bleibt.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht eine Filtereinrichtung, die als Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine einsetzbar ist;
- 2 die Filtereinrichtung in Explosionsdarstellung;
- 3 die Filtereinrichtung in einer Ansicht von vorne;
- 4 eine Draufsicht auf die Filtereinrichtung;
- 5 einen Längsschnitt durch die Filtereinrichtung; und
- 6 eine Seitenansicht der Filtereinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Bei der in den 1 bis 6 dargestellten Filtereinrichtung 1 handelt es sich um einen Luftfilter, der im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Die Filtereinrichtung 1 weist ein zweiteiliges Filtergehäuse 2 mit einem unteren Gehäuseteil 2a und einem oberen Gehäuseteil 2b auf, wobei die Gehäuseteile 2a, 2b ein Filterelement 3 (2) aufnehmen. Das Filterelement 3 ist als im Wesentlichen quaderförmiges Flachfilterelement ausgebildet und kann beispielsweise einen Filtermediumkörper 4 in Form eines Faltenfilters aufweisen. Der Filtermediumkörper 4 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel von der zu reinigenden Verbrennungsluft von unten nach oben durchströmt, so dass die unten liegende Seite die Anströmseite und die oben liegende Seite die Abströmseite bildet.
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Der Filtermediumkörper 4 weist an seiner Abströmseite ein sich entlang der Außenkontur erstreckendes Dichtungselement 5 zur Separierung der Anström- bzw. Rohseite von der Abström- bzw. Reinseite auf. Das Dichtungselement 5 wird zwischen die Gehäuseteile 2a, 2b geklemmt.
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Die zu reinigende Luft wird über einen Einströmstutzen 6, der sich am unteren Gehäuseteil 2a befindet, in das Filtergehäuse 2 eingeführt. Dementsprechend bildet der Aufnahmeraum im unteren Gehäuseteil 2a den Rohraum, in den die ungereinigte Luft eingeführt wird.
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Am oberen Gehäuseteil 2b befindet sich ein Abströmstutzen 7, über den die gereinigte Luft abgeleitet wird. Der Abströmstutzen kann an eine Reinluftleitung, die zu den Zylindereinlässen der Brennkraftmaschine führt, angeschlossen werden. Der Aufnahmeraum im oberen Gehäuseteil 2b bildet den Reinraum auf der Abströmseite des Filterelementes 3 zur Aufnahme der gereinigten Luft. Der Einströmstutzen 6 und der Abströmstutzen 7 bilden jeweils einen Strömungsstutzen und befinden sich auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Filtergehäuses 2. Sowohl der Einströmstutzen 6 als auch der Abströmstutzen 7 ragen über die Außenkontur des Filtergehäuses 2 hinaus. Die Längsachsen von Einström- und Abströmstutzen 6, 7 nehmen zueinander einen Winkel ein, der beispielhaft bei ca. 30° liegt.
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In die Außenwand des Filtergehäuses 2 ist unmittelbar unterhalb des Abströmstutzens 7 eine Vertiefung 8 eingebracht, in die ein Funktionselement 9 eingesetzt ist, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um einen Resonator zur Eliminierung störender Schallfrequenzen handelt. Der Resonator 9 ist zylindrisch ausgebildet und an die Unterseite des Abströmstutzens 7 angeschlossen, so dass der Resonator 9 mit dem Abströmstutzen 7 strömungsverbunden ist und sich ein Teilstrom der gereinigten Luft aus dem Abströmstutzen 7 in den Resonator 9 ausbreiten kann. Schallwellen, welche insbesondere durch Druckschwankungen im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine erzeugt werden, breiten sich über den Abströmstutzen 7 in den Resonator 9 aus und können dort durch Wellenüberlagerung eliminiert werden und somit wird mit einfachen konstruktiven Maßnahmen und in platzsparender Weise in einer Filtereinrichtung eine Zusatzfunktion erreicht. In der dargestellten Ausführungsform wird so mit konstruktiv einfachen Mitteln und einem gewünschten Filtereinrichtungsprofil, welches dadurch, dass die Kontur des Filterelements der vorbestimmten Aussparung entsprechend ausgestaltet ist, bei guter Bauraumausnutzung beispielsweise eine gewünschte Staubkapazität, einen gewünschten Abscheidegrad und einen gewünschten Druckverlust bei vorgegebenem Bauraum ermöglicht, zusätzlich eine gewünschte Akkustik ermöglicht und hierbei wird zudem konstruktiv effizient ein gereinigter Teilstrom des Filterelements verwendet und es wird zusätzlich die Verwendung eines vorbestimmten Filterelements leicht erkennbar sichergestellt.
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Der Resonator 9 ist beispielsweise über ein Befestigungselement 10 (5) mit der Gehäusewand des Filtergehäuses 2 verbunden. Somit bestehen insgesamt zwei Befestigungspunkte mit dem Filtergehäuse, nämlich zum einen über die Befestigung am Abströmstutzen 7 und zum anderen über das Befestigungselement 10 an der Außenwand des Filtergehäuses 2.
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Die Vertiefung 8 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel über beide Gehäuseteile 2a, 2b. Dementsprechend ist in das untere Gehäuseteil 2a eine Vertiefung 8a und in das obere Gehäuseteil 2b eine Vertiefung 8b eingebracht, wobei die Vertiefungen 8a und 8b im zusammengesetzten Zustand der Gehäuseteile 2a, 2b miteinander fluchten. Die Gesamthöhe der Vertiefung 8 ist kleiner als die Gesamthöhe der Filtereinrichtung 1.
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Auch der Filtermediumkörper 4 des Filterelementes 3 weist eine Vertiefung 4a auf, die mit der Vertiefung 8 im Filtergehäuse 2 korrespondiert. Die Vertiefung 4a im Filtermediumkörper 4 ist im Ausführungsbeispiel beispielhaft als Rücksprung in der quaderförmigen Kontur des Filtermediumkörpers ausgebildet. Auch das Dichtungselement 5 ist entlang der Vertiefung 4a an der Abströmseite des Filtermediumkörpers 4 geführt. Das derart ausgestaltete Filterelement 3 kann durch Öffnen des Filtergehäuses 2 und Einlegen des Filterelements 3, insbesondere zum Austauschen des Filterelements 3, und Anordnen des Filterelements 3 als zwischen der Roh- und der Reinseite separierend zu dem Abtrömstutzen 7 angeordnet und auf konstruktiv einfache Weise ausgetauscht werden, wobei sichergestellt wird, dass zum einen ein für die Filtereinrichtung 1 passendes Filterelement 3 einfach sichtbar feststellbar beim Wechsel verwendet wird, wodurch das gewünschte Filtrationsprofil während der Lebensdauer der Filtereinrichtung 1 aufrechterhalten wird, und zum anderen zudem die Zusatzfunktion innerhalb der Filtereinrichtung 1 korrekt strömungsverbunden bleibt.
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Der Resonator 9 ragt über die Außenkontur des Filtergehäuses 2 teilweise hinaus. Der Resonator 9 liegt im Ausführungsbeispiel außerdem auf Abstand zur Außenwand des Filtergehäuses 2 im Bereich der Vertiefung 8 und wird über seine Anbindung an den Abströmstutzen 7 sowie über das Befestigungselement 10 in dieser beabstandeten Position stabil gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014016672 A1 [0002]
- US 2012/0145470 A1 [0003]
- WO 2013/104796 A1 [0004]
- JP H04306185 A [0005]
- KR 102013013386 A [0006]
- DE 102015014482 A1 [0008]
- US 4300511 A [0009]