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Stand der Technik
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Bei Brennkraftmaschinen wird Kraftstoff mit Hilfe einer Elektrokraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffbehälter gefördert und über Kraftstoffleitungen Einspritzventilen zugeführt. Bei Brennkraftmaschinen mit Hochdruckeinspritzung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, schließt sich an die Elektrokraftstoffpumpe oder Niederdruckkraftstoffpumpe eine weitere, meist mechanisch betriebene Hochdruckkraftstoffpumpe an, die einen sehr hohen Druck in einem Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgung erzeugt, der mit den Einspritzventilen in Verbindung steht. Mittels einer Kraftstoffzumesseinrichtung, die auf einer Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe angeordnet ist, wird ein Kraftstoffvolumenstrom gesteuert, der der Saugseite zugeführt wird. Kraftstoffzumesseinrichtungen weisen in der Regel ein von einem Elektromagneten betätigtes Steuerventil mit einem Ventilkolben auf, wobei durch das Steuerventil unterschiedliche Durchflussquerschnitte für den Kraftstoff eingestellt werden können. Damit wird die Fördermenge der Hochdruckkraftstoffpumpe gesteuert. Der Elektromagnet weist einen Anker und einen beweglichen Ankerbolzen auf, der den Ventilkolben betätigt. Der Ankerbolzen und das Steuerventil sind koaxial hintereinander angeordnet, wobei der Anker an einem dem Steuerventil entgegen gesetzten Ende des Ankerbolzens angeordnet ist. Aus der
DE 10 2009 028 501 A1 ist bekannt, die Betätigungseinrichtung und das Steuerventil in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen, wobei das Gehäuse aus einer Umspritzung aus Kunststoff besteht. In einer Ausführungsform ist der Ventilkolben in einer Hülse axial verlagerbar geführt, wobei die Hülse an ihrer Außenseite von dem Gehäuse umspritzt ist. Es hat sich jedoch gezeigt, dass in bestimmten Betriebszuständen der Hochdruckkraftstoffpumpe saugseitig eine größere Kraftstoffmenge zur Verfügung stand als durch den Ventilkolben der Kraftstoffzumesseinrichtung bereitgestellt wurde.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann daher ein Bedürfnis bestehen, eine Kraftstoffzumesseinrichtung bereitzustellen, bei der in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die aus der Kraftstoffzumesseinrichtung abgeführte Kraftstoffmenge im Wesentlichen der Kraftstoffmenge entspricht, die mittels des Ventilkolbens vorbestimmt ist.
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Das Bedürfnis kann durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs befriedigt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Kraftstoffzumesseinrichtung für eine Einspritzanlage für Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die Kraftstoffzumesseinrichtung ein von einer Betätigungseinrichtung betätigtes Steuerventil mit einem Ventilkolben aufweist. Der Ventilkolben steuert einen Durchfluss des Kraftstoffs zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, wobei der Ventilkolben in einer Hülse axial verlagerbar geführt ist. Die Hülse weist eine Außenseite auf, wobei die Außenseite durch ein Gehäuse anliegend umschlossen ist. Durch das Dichtelement sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung voneinander kraftstoffdicht getrennt, wenn die Kraftstoffzumesseinrichtung in einer Aufnahme angeordnet ist. Hierbei ist die Ausnehmung derart gestaltet, dass das Dichtelement umlaufend an der Außenseite der Hülse anliegt.
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Eine mögliche Ursache des Phänomens, dass auf der Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe ein größere Kraftstoffmenge ansteht als durch den Ventilkolben vorbestimmt ist, könnte eine Kanalbildung entlang der Außenseite der Hülse in dem an der Hülse anliegenden Gehäuse sein. Erklären ließe sich dieses Phänomen möglicherweise durch das Relaxationsverhalten von Kunststoffen und/oder thermischer sowie mechanischer Belastungen, wobei die mechanischen Belastungen auf durch die Niederdruckkraftstoffpumpe verursachten Druckbelastungen zurückzuführen sein könnten.
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Durch eine Montage der Kraftstoffzumesseinrichtung in eine korrespondierende Aufnahme oder Öffnung in einem Pumpengehäuse der Niederdruckkraftstoffpumpe wird das Dichtelement vorgespannt und trennt hierdurch kraftstoffdicht die Einlassöffnung und die Auslassöffnung voneinander. Dadurch, dass das Dichtelement nun einerseits an einer Öffnungswandung des Pumpengehäuses und andererseits an der Außenseite der Hülse anliegt, werden die sich entlang der Außenseite der Hülse in dem Gehäuses zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung möglicherweise gebildeten Kanäle unterbrochen. Somit könnte ein druckbeaufschlagter Kraftstoffvolumenstrom zwar noch in den sich in dem Gehäuse möglicherweise gebildeten Kanälen fließen, jedoch lediglich bis zu dem Dichtelement. Natürlich ist das Dichtelement derart gestaltet, dass es seine Dichtwirkung, die es zwischen der Außenseite der Hülse und der Öffnungsinnenwandung der Pumpe entfaltet, durch die Druckbeaufschlagung mittels des durch die möglichen Kanäle an das Dichtelement hingeführten Kraftstoffs nicht verliert. Somit wird die der Saugseite der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffmenge durch die Position des Ventilkolbens relativ zur Einlass- bzw. Auslassöffnung bestimmt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Ausnehmung der Kraftstoffzumesseinrichtung ferner eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche durch das Gehäuse gebildet ist und wobei die zweite Seitenfläche durch die Außenseite der Hülse gebildet ist.
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In der Regel wird sich bei dieser Ausführungsform die Hülse in axialer Richtung von der Betätigungseinrichtung weg über das Gehäuse hinaus erstrecken. Oder anders ausgedrückt wird in der Regel das Gehäuse in einem Bereich der Hülse derart enden, dass das Dichtelement zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung platziert werden kann, so dass das Dichtelement umlaufend an der Außenseite der Hülse anliegen kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Ausnehmung der Kraftstoffzumesseinrichtung ferner eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche durch die Außenseite der Hülse gebildet sind.
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Somit können die die Ausnehmung begrenzenden Flächen einstückig mit der Hülse ausgeführt sein. Auch hier endet in der Regel das Gehäuse in einem Bereich der Hülse zwischen der Einlass- und der Auslassöffnung, so dass sich in dem Gehäuse entlang der Außenseite der Hülse zwischen Einlass- und Auslassöffnung eventuell gebildete Kanäle wirkungsvoll bereits durch die Ausgestaltung der Hülse unterbrochen sind.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zweite Seitenfläche der Hülse der Kraftstoffzumesseinrichtung durch ein Umformen eines Endes der Hülse gebildet.
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In der Regel wird hierbei das Ende der Hülse umgeformt, welches in Erstreckungsrichtung der Hülse aus dem Gehäuse herausragt. Das spanlose Umformen dieses Endes kann beispielsweise durch einen Bördelvorgang erfolgen. Auch kann das Ende im kalten Zustand oder im warmen Zustand verformt sein. Die zweite Seitenfläche muss hierbei nicht unbedingt rechtwinklig zu der verbleibenden Außenseite der Hülse sein. Der Winkel zwischen der Seitenfläche und der Außenseite der Hülse kann auch spitz oder stumpf sein. In der Regel wird der Übergang der zweiten Seitenfläche zu der Außenseite der Hülse als eine Rundung ausgeformt sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erste und die zweite Seitenfläche der Kraftstoffzumesseinrichtung durch einen Zerspanungsprozess ausgeformt.
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Gerade diese Art der Fertigung der Hülse kann sich anbieten, wenn die Ausnehmung für das Dichtelement Bestandteil der Hülse sein soll. Die Ausnehmung kann beispielsweise als umlaufende Ringnut, Trapeznut oder auch Rechtecknut ausgestaltet sein. Natürlich kann die Ausnehmung auch entsprechend des verwendeten Dichtmittels gestaltet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erste und die zweite Seitenfläche der Kraftstoffzumesseinrichtung durch einen Umformungsprozess ausgeformt.
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Beispielsweise können die erste und die zweite Seitenfläche durch Rundkneten eines Rohres erzeugt werden. Hierbei können die Bauteile wirtschaftlich gefertigt werden. Zudem können Ressourcen geschont werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die die Ausnehmung ferner eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche durch das Gehäuse gebildet sind.
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Hierbei kann die Hülse als gerader Kreiszylinder ausgeformt sein, wobei beim Umspritzen der Kraftstoffzumesseinrichtung zur Bildung des Gehäuses lediglich ein umlaufender Teilbereich der Außenseite der Hülse ausgespart bleibt, so dass das Dichtelement umlaufend an der Außenseite der Hülse anliegen kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ausnehmung der Kraftstoffzumesseinrichtung als Rechtecknut ausgebildet.
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Insbesondere die Rechtecknut zur Aufnahme des Dichtelements ist einfach herzustellen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Dichtelement der Kraftstoffzumesseinrichtung ein O-Ring.
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Gerade die Verwendung von O-Ringen im Bereich von Dichtelementen ist weit verbreitet. O-Ringe sind in einer Vielzahl von Gummimischungen in unterschiedlichen Härten leicht herstellbar. Zusätzlich sind O-Ringe in nahezu jeder Abmessung fertigbar.
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Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einer Kraftstoffzumesseinrichtung für eine Einspritzanlage für Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu führen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt eine Kraftstoffzumesseinrichtung nach dem Stand der Technik;
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2 zeigt einen Ausschnitt aus der in 1 dargestellten Kraftstoffzumesseinrichtung mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Dichtelements;
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3 zeigt den Ausschnitt aus der in 1 dargestellten Kraftstoffzumesseinrichtung mit einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausnehmung zur Aufnahme des Dichtelements; und
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4 zeigt den Ausschnitt aus der in 1 dargestellten Kraftstoffzumesseinrichtung mit einer dritten erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausnehmung zur Aufnahme des Dichtelements.
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Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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1 zeigt eine Kraftstoffzumesseinrichtung 2 mit einer Betätigungseinrichtung 4 und einem Steuerventil 6 nach dem Stand der Technik. Die Betätigungseinrichtung 4 und das Steuerventil 6 sind von einem Gehäuse 8 aus Kunststoff umschlossen. Das Gehäuse 8 fixiert im Wesentlichen eine Magnetspule 14 sowie eine Hülse 20 zueinander. Durch eine Bestromung der Magnetspule 14 wird ein sich im Inneren der Magnetspule 14 befindlicher Ankerbolzen 10 gegen eine Federkraft einer Feder 12, die in Längserstreckungsrichtung des Ankerbolzens 10 angeordnet ist, in seiner Position bezüglich der mit dem Gehäuse 8 fest verbundenen Hülse 20 verändert. Zwischen der Feder 12 und dem Ankerbolzen 10 ist ein Ventilkolben 16 angeordnet, welcher in axialer Richtung durch eine Innenseite 21 der Hülse 20 geführt ist und entsprechend der Position des Ankerbolzens 10 axial verlagert ist. Eine Außenseite 22 der Hülse 20 ist durch das Gehäuse 8 anliegend umschlossen. In dem Gehäuse 8 ist im Bereich der Hülse 20 eine Ausnehmung 24 in Form einer Rechtecknut ausgebildet. In der Ausnehmung 24 ist ein Dichtelement 26 in Form eines O-Rings angeordnet. Die Hülse 20 ist an ihrem unteren Ende durch eine Federauflage 18 verschlossen, wobei die Federauflage 18 eine Einlassöffnung 28 aufweist. In der hier gewählten Darstellung befindet sich oberhalb der Hülse 20 eine durch das Gehäuse 8 hindurchführende Auslassöffnung 30.
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Die Kraftstoffzumesseinrichtung 2 ist zwischen einer Druckseite einer hier nicht dargestellten Niederdruckkraftstoffpumpe und einer Saugseite einer hier nicht dargestellten Hochdruckkraftstoffpumpe angeordnet. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 2 wird mit einem Pumpengehäuse der Niederdruckkraftstoffpumpe derart verbunden, dass ein Bereich des Gehäuses 8, wobei in diesem Bereich im Wesentlichen das Steuerventil 6 angeordnet ist, in eine Öffnung in dem Pumpengehäuse der Niederdruckkraftstoffpumpe eingeführt ist, so dass ein weiteres Dichtelement 32 in Form eines O-Rings einen Kraftstoffaustritt in eine Umgebung verhindert. In dieser Position wird die Kraftstoffzumesseinrichtung 2 an dem Pumpengehäuse fixiert. Durch das Positionieren der Kraftstoffzumesseinrichtung 2 in dem Pumpengehäuse der Niederdruckkraftstoffpumpe wird die Einlassöffnung 28 mit der Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe, und die Auslassöffnung 30 mit der Saugseite der ebenfalls hier nicht dargestellten Hochdruckkraftstoffpumpe verbunden. Die Öffnung in dem Pumpengehäuse der Niederdruckkraftstoffpumpe ist derart gestaltet, dass sie in Verbindung mit der Ausnehmung 24 den O-Ring 26 derart verpresst, dass Kraftstoff weder über die Ausnehmung 24 noch entlang einer Innenwandung der Öffnung des Pumpengehäuses an dem O-Ring 26 vorbei von der Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe zur Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe gelangen kann. Der Ventilkolben 16 ist im Wesentlichen fluiddicht entlang der Innenseite 21 der Hülse 20 axial verlagerbar; Leckagen in geringem Umfang zwischen der Innenseite 21 und dem Ventilkolben 16 sind tolerierbar. Der Ventilkolben 16 besitzt eine Wandung 34, wobei die Wandung 34 hier nicht dargestellte Schlitze und/oder Öffnungen aufweist, durch die ein im Wesentlichen von der Hülse 20, der Federauflage 18 und dem Ventilkolben 16 begrenzter Innenraum 36 mit der Auslassöffnung 30 verbunden ist.
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Durch die Niederdruckkraftstoffpumpe wird aus einem Kraftstofftank Kraftstoff durch die Einlassöffnung 28 in den Innenraum 36 befördert. Abhängig von der Position des Ventilkolbens 16 relativ zu der Auslassöffnung 30 variiert ein Gesamtquerschnitt der in der Wandung 34 angeordneten Schlitze und/oder Öffnungen. Durch den Gesamtquerschnitt wird die Kraftstoffmenge, welche von dem Innenraum 36 in die Auslassöffnung 30 durch die Wandung 34 des Ventilkolbens 16 hindurch tritt, vorbestimmt. Somit wird der Kraftstoffvolumenstrom, welcher von der Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe zu der Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe gelangt, durch die Position des Ventilkolbens 16 relativ zu der Auslassöffnung 30 bestimmt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die an der Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe anliegende Kraftstoffmenge größer ist als die Kraftstoffmenge, die durch die Position des Ventilkolbens 16 bereitgestellt worden ist. Eine mögliche Ursache könnte eine Kanalbildung in einem Bereich entlang der Außenseite 22 der Hülse 20 in dem an der Hülse 20 anliegenden Gehäuse 8 sein. Dieser Bereich ist als Ausschnitt X in Form eines Strich-Doppelpunkt-linierten Kreises gekennzeichnet. Durch diese eventuelle Kanalbildung könnte möglicherweise Kraftstoff von der Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe entlang der Außenseite 22 der Hülse 20 und O-Ring 26 durch das Gehäuse 8 hindurch zu der Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe gelangen.
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2 zeigt den Ausschnitt X aus der in 1 dargestellten Kraftstoffzumesseinrichtung mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausnehmung 50 zur Aufnahme eines Dichtelements 26. Hierbei endet das Gehäuse 8 in einem Bereich einer Hülse 56 oberhalb des Dichtmittels 26. Ein Ende 60 der Hülse 56 ist hierbei in Richtung des an einer Außenseite 58 der Hülse 56 anliegenden Gehäuses 8 derart spanlos umgeformt, dass das Ende 60 im Wesentlichen rechtwinklig zu einer Längserstreckungsrichtung der Hülse 56 angeordnet ist. Ein dem Ende 60 zugeordneter Teilbereich der Außenseite 58 der Hülse 56 bildet die zweite Seitenfläche 54. Die Ausnehmung 50 ist somit begrenzt durch eine in dem Gehäuse 8 ausgebildete erste Seitenfläche 52, der in der Hülse 56 ausgebildeten zweiten Seitenfläche 54, sowie einem sich zwischen der ersten Seitenfläche 52 und der zweiten Seitenfläche 54 erstreckenden Teilbereich der Außenseite 58. Bei einer Montage der Kraftstoffzumesseinrichtung 2 in der korrespondierenden Öffnung der Niederdruckkraftstoffpumpe wird durch die Innenwandung der Öffnung des Pumpengehäuses das Dichtelement 26 in Form eines O-Ringes derart verspannt, dass der O-Ring den Druckbereich der Niederdruckkraftstoffpumpe von dem Saugbereich der Hochdruckkraftstoffpumpe trennt. Somit gelangt kein Kraftstoff von dem Druckbereich der Niederdruckkraftstoffpumpe weder zwischen dem Dichtelement 26 und der Innenwandung der Öffnung im Pumpengehäuse noch dem Dichtelement 26 und der Außenseite 58 der Hülse 26 hindurch zu dem Saugbereich der Hochdruckkraftstoffpumpe. Somit sind die sich im Stand der Technik im Gehäuse 8 möglicherweise ausbildenden Kanäle, die die Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe mit der Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe verbinden, dadurch unterbrochen, dass sich kein Gehäuse 8 von der Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe zur Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe erstreckt.
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3 zeigt den Ausschnitt X aus der in 1 dargestellten Kraftstoffzumesseinrichtung mit einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausnehmung 100 zur Aufnahme des Dichtelements 26. Die Darstellung in 3 unterscheidet sich von der Darstellung in 2 lediglich dadurch, dass eine Hülse 106 als ein spanend bearbeitetes Drehteil ausgebildet ist. Die Hülse 106 kann jedoch auch durch eine spanlose Umformung hergestellt sein. Es wird eine erste Seitenfläche 102 und eine zweite Seitenfläche 104 in der Hülse 106 ausgebildet. Auch hier endet das sich von der Saugseite der Hochdruckkraftstoffpumpe in Richtung der Druckseite der Niederdruckkraftstoffpumpe erstreckende Gehäuse 8, bevor es zu dem Dichtelement 26 gelangt. Die Außenseite 108 der Hülse 106 ist von dem Gehäuse 8 anliegend umschlossen. Die Ausnehmung 100 ist auch hier derart gestaltet, dass das Dichtelement 26 umlaufend an der Außenseite 108 der Hülse 106 anliegen kann.
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4 zeigt den Ausschnitt X aus der in 1 dargestellten Kraftstoffzumesseinrichtung mit einer dritten erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Ausnehmung 150 zur Aufnahme des Dichtmittels 26. Die hier dargestellte Ausnehmung 150 unterscheidet sich von der Ausnehmung 24 der 1 dadurch, dass sich die Ausnehmung 24 bis zur Hülse 20 erstreckt. Somit wird die Ausnehmung 150 durch eine im Gehäuse 8 ausgebildete erste Seitenfläche 152, durch eine zweite, ebenfalls in dem Gehäuse 8 ausgebildete und der ersten Seitenfläche 152 gegenüberliegende Seitenfläche 154, sowie einem sich zwischen der ersten 152 und zweiten Seitenfläche 154 erstreckenden umlaufenden Teilbereich der Außenseite 22 der Hülse 20 begrenzt. Dadurch, dass die Ausnehmung 150 derart gestaltet ist, dass das Dichtelement 26 umlaufend an der Außenseite 22 der Hülse 20 anliegen kann, sind sich in dem Gehäuse 8 möglicherweise ausbildende Kanäle, durch die Kraftstoff von der Druckseite der Niederdruckpumpe zur Saugseite der Hochdruckpumpe gelangen könnte, wirkungsvoll unterbrochen. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel lässt sich beispielsweise dadurch herstellen, dass bei der Umspritzung der Funktionseinheit der Kraftstoffzumesseinrichtung 2, insbesondere der Außenseite 22 der Hülse 20, mit Kunststoff zur Ausbildung des Gehäuses 8 der zwischen der ersten Seitenfläche 152 und der zweiten Seitenfläche 154 sich erstreckende Teilbereich der Außenseite 22 durch die Spritzgussform abgedeckt ist. Somit hat der unter anderem durch die zweite Seitenfläche 154 begrenzte und als Ring ausgebildete Teilbereich des Gehäuses 8 zwar keine mechanische Verbindung zu dem verbleibenden und unter anderem durch die erste Seitenfläche 152 begrenzten Gehäuse 8, bildet jedoch mit dem Gehäuse 8 eine funktionelle Einheit, da dieser Teilbereich des Gehäuses 8 aus identischem Material besteht wie das restliche Gehäuse 8 und während des gleichen Herstellungsprozesses erzeugt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009028501 A1 [0001]