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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederherstellen
eines Dieseleinspritzventilsitzes, wobei der Ventilsitz einen größeren
Durchmesser aufweist als die Ventilführungsbohrung.
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Das
US-Patent Nr. 6,339,877 (Straub
et al.) ist der Detroit Diesel Corporation bereits bekannt. Im Grunde
gibt das Patent eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wiederherstellen
eins Ventilsitzes an, der mit einem vorbestimmten Winkel relativ
zu der Mittellinie einer assoziierten Ventilbohrung in einem Werkstück
angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Haltestruktur umfasst,
auf der das Werkstück derart positioniert wird, dass die
Mittellinie der Ventilbohrung mit einer bekannten Bezugsachse ausgerichtet
ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Werkzeug mit einem Läppteil,
der dem Ventilsitz entspricht, und einem Antriebsmechanismus zum
Bewegen des Werkzeugs entlang der bekannten Bezugsachse, sodass der
Läppteil in eine Verbindung mit dem Ventilsitz gebracht
wird, und zum Drehen des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück,
um den Ventilsitz zu läppen. Das Verfahren umfasst allgemein
das Positionieren des Werkstücks an einer vorbestimmten
Position, sodass die Mittellinie der Ventilbohrung mit der bekannten Bezugsachse
ausgerichtet ist, und das Bewegen des Werkzeugs mit einem Läppteil
in Entsprechung zu dem Ventilsitz entlang der bekannten Bezugsachse, sodass
der Läppteil in einen Kontakt mit dem Ventilsitz gebracht
wird. Das Werkzeug wird relativ zu dem Werkstück gedreht,
um den Ventilsitz zu läppen, wobei das Werkzeug dann entlang
der bekannten Bezugsachse bewegt wird, um den Läppteil
von dem Ventilsitz zu lösen.
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Das
US-Patent Nr. 6,035,532 (Earnhardt) gibt
ein Verfahren zum Herstellen eines konischen Ventilsitzes an, in
dem die Ventilsitzfläche mit einer Schneide eines Mustereindrückstifts
ausgerichtet wird, ein vorbestimmter Druck auf den Ventilsitz ausgeübt
wird, um die Ventilsitzfläche zu der Schneide des Mustereindrückstiftes
zu bewegen und eine Rille in dem Sitz auszubilden, das Sitzglied
gehärtet wird und dann abschließend eine konische
Fläche in der Sitzfläche geschliffen wird.
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Das
US-Patent Nr. 2005/0028365 (Dantes) gibt
ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzglieds einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit spiralförmigen Rillen in einer Vertiefung zum Erzeugen
eines Wirbels an, wobei eine Ventilsitzfläche des Ventilsitzglieds
mit einem Ventilverschlussglied der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
zusammenwirkt, um einen dichtenden Sitz vorzusehen, und wobei die
Vertiefung verwendet wird, um das Ventilverschlussglied zu führen.
Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Rohlings für das
Ventilsitzglied, das Ausbilden einer Vertiefung und wenigstens einer
Sprühöffnung in dem Rohling des Ventilsitzglieds
und das Ausbilden von spiralförmigen Rillen in der Vertiefung.
Das Ausbilden der spiralförmigen Rillen in der Vertiefung
wird durch einen nicht-schneidenden Verarbeitungsschritt bewerkstelligt.
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Wiederherstellen eines
Ventilsitzes in einem Kraftstoffeinspritzmodulgehäuse mit
einem Ventilsitz an, der einen größeren Durchmesser
als eine assoziierte Ventilführungsbohrung aufweist. Das
Verfahren umfasst das Einsetzen eines indizierbaren Läppeinsatzes
in die Ventilführungsbohrung. Der Einsatz weist geneigte
obere und untere Flächen auf, die mit einem abrasiven Material
beschichtet sind, um eine Läppfläche zu bilden.
Die obere und die untere Fläche sind durch eine Seitenwand
voneinander getrennt, die sich im wesentlichen ununterbrochen zwischen
denselben erstreckt. Die Seitenwand umfasst zwei gegenüberliegende
Flächen gleicher Länge, die zwei gegenüberliegende
Bögen gleicher Länge schneiden, sodass der Einsatz
ausgerichtet in die Bohrung eingesetzt werden kann und der Ventilsitz durch
eine mittels einer Spindel vorgsehenen Drehbewegung des Einsatzes
geläppt wird. Nachdem das Läppen abgeschlossen
ist, wird der Einsatz aus der Ventilführungsbohrung entfernt.
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Die
Läppflächen können mit einer Diamant- oder
Bornitridkörnung beschichtet sein. Die Einsatzöffnung
ist sechseckig, um mit der sechseckigen Spindel für das
Läppen verbunden werden zu können.
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Ein
O-Ring ist vorzugsweise auf der Spindel vorgesehen, um eine Längsbewegung
des Einsatzes auf der Spindel zu begrenzen und zu gestatten, dass der
Einsatz gleitend der vorhandenen Ventilsitzgeometrie folgt.
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1 ist
eine Querschnittansicht der gesamten Anordnung einer Einspritzvorrichtung.
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2 ist
eine detaillierte Querschnittansicht des Moduls der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
von 1.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Läppeinsatzes.
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4A ist
eine schematische Querschnittansicht des Moduls von 2 und
zeigt das Einstecken des Einsatzes von 3.
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4B ist
eine schematische Querschnittansicht des Moduls von 4A und
zeigt den gegen den Ventilsitz ansitzenden Einsatz.
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4C ist
eine schematische Querschnittansicht des Moduls von 4B,
wobei die Spindel in den Einsatz eingesteckt ist.
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Die
vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zur Verwendung eines indizierbaren
Einsatzes zum Wiederherstellen eines Ventilsitzes in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
an, wobei der Ventilsitz einen größeren Durchmesser
aufweist als eine assoziierte Ventilführungsbohrung.
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Die
Einspritzanordnung 10, auf die das Verfahren der vorliegenden
Erfindung angewendet werden kann, umfasst einen relativ kleinen
Pumpenkörper 12. Ein zentraler Pumpzylinder 14 in
dem Körper 12 nimmt einen Kolben 16 auf.
Eine Nockenfolgeranordnung 18 umfasst eine Folgerhülse 20 und
einen Federsitz 22. Die Folgeranordnung 20 ist
mit dem äußeren Ende des Kolbens 16 verbunden.
Der Zylinder 14 und der Kolben 16 definieren einen
Hochdruckhohlraum 24. Der Kolben wird durch eine Kolbenfeder 26 zu
einer äußeren Position gedrückt, die auf dem
Federsitz 22 an dem äußeren Ende des
Kolbens sitzt. Das innere Ende der Feder sitzt auf einer Federsitzschulter 28 des
Pumpenkörpers 12.
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Der
Nockenfolger 18 kann mit einer Fläche 30 einer
durch das Bezugszeichen 32 angegebenen Stellgliedanordnung
verbunden werden, die auf bekannte Weise durch die Motornockenwelle 34 angetrieben
wird. Der Kolben 16 wird mit einer Hubfrequenz angetrieben,
die auf aus dem Stand der Technik bekannte Weise direkt auf die
Motorgeschwindigkeit bezogen ist. Der Hub des Kolbens erzeugt einen Pumpdruck
in dem Hochdruckhohlraum 24, der über eine interne
Leitung 36 in dem unteren Ende des Körpers 12 verteilt
wird. Diese Leitung ist mit der Hochdruckleitung 38 in
dem Steuerventilmodul 40 verbunden. Das andere Ende der
Leitung 38 ist mit der Hochdruckleitung 38 in
einer Federhülse 42 für die Nadelventilfeder 44 verbunden.
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Wenn
sich die Stellgliedanordnung 32 durch einen Winkel „a"
bewegt, besteht eine Tendenz zu einer Entwicklung einer Querlast
auf den Folger 18. Um diese Querlast zu vermeiden, ist
der Folger 18 mit einer Bewegungsfreiheit in der Querrichtung
relativ zu dem Sitz 22 versehen, wenn eine gleitende Bewegung
an den Verbindungsflächen des Folgers und des Sitzes stattfindet.
Eine Querlast kann auch von dem Sitz 22 auf die Hülse 20 übertragen
werden, die durch den Körper 12 gehalten wird,
wodurch die auf den Kolben 16 übertragene Querlast
reduziert wird.
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Die
dimensionalen Toleranzen des Kolbens 16 und des Zylinders 14 sehen
eine Passung vor, die viel enger als die Passung der Hülse 20 an
dem Körper 12 ist. Um die Differenzen in den Toleranzen
für den Kolben 16 und für die Hülse 20 zu
berücksichtigen, ist eine relative, gleitende Bewegung
an den Kontaktflächen zwischen dem Kolben 16 und
dem Sitz 22 vorgesehen. Es sind also vier Positionen für eine
nachgebende Verschiebungsbewegung der Elemente des Kolbens und des
Stellmechanismus vorgesehen. Die erste Position ist die kugelförmige
Kontaktfläche zwischen dem Motorkipphebel 46 und
dem Folger 18. Die zweite Position ist die flache Kontaktfläche
zwischen dem Folger 18 und dem Sitz 22. Die dritte
Position ist die zylindrische Kontaktfläche zwischen der
Hülse 20 und dem Teil des Körpers 12, über
den die Hülse 20 passt. Die vierte Position ist die
Kontaktfläche zwischen dem Kolben 16 und dem Sitz 22.
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Die
Feder 44 kontaktiert einen Federsitz 48, der das
Ende 50 eines Nadelventils 52 berührt,
das in einem Düsenelement 54 aufgenommen ist.
Das Nadelventil 52 weist einen Teil mit einem großen Durchmesser
und einen Teil mit einem kleinen Durchmesser auf, die eine Differenzfläche 56 definieren, die
mit einem Hochdruckfluid in der Leitung 38 verbunden ist.
Das Ende des Nadelventils 52 verjüngt sich, wobei
das sich verjüngende Ende an dem Bezugszeichen 58 mit
einer Düsenöffnung 60 versehen ist, durch
die Kraftstoff in die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt
wird, wenn die Einspritzvorrichtung in Betrieb ist.
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Wenn
der Kolben 16 betätigt wird, wird ein Druck in
der Leitung 38 entwickelt, der auf die Differenzfläche
des Nadelventils wirkt und das Nadelventil gegen die in entgegen
gesetzter Richtung wirkende Kraft der Nadelventilfeder 44 zurückzieht,
damit das Hochdruckfluid durch die Düsenöffnung eingespritzt wird.
Die in der Federhülse 62 vorgesehene Feder 44 kontaktiert
das Ende der Tasche in der durch die Feder 44 eingenommenen
Federhülse. Ein Abstandsglied 64, das an dem unteren
Ende der Federhülse 62 angeordnet ist, positioniert
die Federhülse in Bezug auf das Düsenelement 100.
Ein Positionierungsstift kann wie in 1 gezeigt
verwendet werden, um eine korrekte Winkelposition des Abstandsglieds 64 in
Bezug auf die Federhülse 62 vorzusehen.
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Ein
Steuerventil 68 ist in einer zylindrischen Ventilkammer 70 angeordnet.
Eine Hochdruckrille 72 um das Ventil 68 herum
ist mit einer Hochdruckleitung 38 verbunden. Wenn das Ventil
wie in 2 und 5 gezeigt positioniert
ist, blockierte das Ventil 68 die Verbindung zwischen der
Hochdruckleitung 38 und der Tiefdruckleitung bzw. Auslaufbohrung 74,
die sich zu der Niederdrucköffnung 76 in der Düsenmutter 78 erstreckt.
Die Düsenmutter 78 erstreckt sich über
das Modul 80 und ist schraubend an dem Bezugszeichen 81 mit
dem unteren Ende des Zylinderkörpers 12 verbunden.
Die Verbindung zwischen der Leitung 38 und der Rille 72 kann
durch eine Querleitung vorgesehen werden, die durch das Modul 80 gebohrt
ist. Ein Ende der Querleitung wird durch einen Stift oder Zapfen 82 blockiert.
Das Ende des Steuerventils 68 ist mit einer Steuerventilfeder 84 in
dem Modul 80 verbunden. Die Feder öffnet das Ventil
und stellt eine Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 38 und
der Niederdruckleitung 24 her, um den auf das Düsenventilelement
wirkenden Druck zu vermindern. Ein zentrales Ventil 68 trägt
eine Armatur 86, die zu dem Ständer 88 gezogen
wird, wenn die Wicklungen des Ständers mit Strom versorgt
werden, um das Ventil 68 zu einer geschlossenen Position
zu verschieben, sodass der Kolben 16 einen Druckimpuls
entwickeln kann, der das Düsenventilelement betätigt.
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Die
Ständeranordnung 88 ist in einer zylindrischen Öffnung 90 in
dem Modul 80 vorgesehen. Das Ventil 68 erstreckt
sich durch eine zentrale Öffnung in der Ständeranordnung.
Die Wicklungen der Ständeranordnung erstrecken sich zu
einem elektrischen Anschluss 92, der wiederum mit einer
elektrischen Steckeranordnung 94 an dem Pumpenkörper 12 verbunden
ist. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen einem Kabelbaum
für eine Motorsteuereinrichtung (nicht gezeigt) und den
Ständerwicklungen hergestellt.
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Eine
Niederdruckleitung 96 ist in dem Zylinderkörper 12 ausgebildet
und ist mit einem Niederdruckbereich 98 an der Ständeranordnung
und mit einem Niederdruckbereich 100 um das Modul 80 herum
verbunden. Ein Fluid, das während des Pumphubs an dem Kolben 16 vorbei
leckt, wird durch die Niederdruckleitung 96 zu der Niederdruckrückführöffnung 76 zurückgeführt.
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Die
Kontaktfläche zwischen dem oberen Ende der Federhülse 62 und
dem unteren Ende des Moduls 80 ist mit dem Bezugszeichen 102 angegeben.
Die Flächen an der Kontaktfläche 102 sind
präzise flach verarbeitet, um eine Hochdruckfluidverbindung
zwischen der Leitung 39 und der Leitung 38 vorzusehen.
Der Druck in der Federhülse 42 ist gleich dem
Druck in der Öffnung 76. Dies ist auf die Ausgleichsdrucköffnung 104 zurückzuführen, über die
die Kammer für die Feder 24 mit dem Niederdruckbereich
um das Modul 80 herum verbunden ist.
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Die
obere Fläche des Moduls 80 und die untere Fläche
des Pumpenkörpers 12 sind präzise verarbeitet,
um eine Hochdruckfluidverteilung von der Leitung 36 zu
der Leitung 38 vorzusehen. Aufgrund der durch die präzise
verarbeiteten Flächen an jedem Ende des Moduls 80 vorgesehenen
Dichtung kann auf zusätzliche Fluiddichtungen wie etwa
O-Ringe verzichtet werden.
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Die
Anordnung des Pumpenkörpers
12, des Moduls
80,
der Federhülse
42 und des Düsenelements
54 ist
in einer gestapelten Montagebeziehung gehalten, wenn die Düsenmutter
78 an
der Gewindeverbindung
81 gedichtet ist. Das Modul, die
Federhülse und das Düsenelement können
einfach demontiert werden, indem die Gewindeverbindung an dem Bezugszeichen
81 gelöst
wird, wodurch die Wartung und Ersetzung der Elemente der Anordnung
vereinfacht wird. Die hier beschriebene Einspritzvorrichtung entspricht
dem
US-Patent Nr. 6,565,020 ,
das hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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2 ist
eine detaillierte Schnittansicht des Moduls 80 der Einspritzvorrichtung 10 von 1 und zeigt
das Steuerventil in einer zylindrischen Ventilkammer mit einem Ventilsitz 104.
Es ist zu beachten, dass der Ventilsitz einen größeren
Durchmesser aufweist als die zylindrische Ventilkammer, in der sich der
Ventilstamm des Ventils hin und her bewegt. Wenn der Ventilsitz
aufgrund einer Kavitation verschleißt, sollte der Ventilsitz
neu geschliffen werden. Weil jedoch die Ventilführungsbohrung
einen kleineren Durchmesser aufweist als der Ventilsitz, ist es
im Stand der Technik problematisch, derartige Ventilsitze nachzuschleifen.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines indizierbaren Läppeinsatzes 106.
Der Einsatz weist eine obere Fläche 108 und eine
untere Fläche 110 auf, die durch eine sich im
wesentlichen ununterbrochen dazwischen erstreckende Seitenwand 112 getrennt
werden und einen Körper 114 mit einer Länge L
und einer Breite W definieren. Die obere und die untere Fläche
sind von einer Mitte nach außen mit einem Winkel geneigt,
um jeweils Läppflächen 116 und 118 zu
definieren. Die Läppflächen können mit
einer abrasiven Material wie etwa einer Diamanantkörnung beschichtet
sein, vorzugsweise mit einer 30 mm dicken Diamantkörnung
oder einer anderen abrasiven Körnung wie zum Beispiel Bornitrid.
Die Seitenwand umfasst zwei gegenüberligende flache Teile 120 und 122,
um eine Breite W zu definieren, die etwas kleiner als der Durchmesser
der zylindrischen Ventilkammer oder der Ventilführungsbohrung,
in die der Einsatz eingeführt wird, ist. Die Seitenwand
weist weiterhin zwei gegenüberliegende vorzugsweise gleiche Bögen 126 und 128 auf,
die jeweils die Flächen an den Enden 130, 132 und 134, 136 schneiden,
um eine Länge zu definieren, die vorzugsweise so groß wie
der Durchmesser des Ventilsitzes ist, sodass eine ausreichende Überlappung
vorhanden ist, um den Ventilsitz wie nachfolgend beschrieben zu
bearbeiten.
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Der
Einsatz ist weiterhin mit einer zentral angeordneten, keilförmigen
Aussparung 140 versehen, die vorzugsweise eine sechseckige
Aussparung ist und sich senkrecht durch die obere und die untere Fläche
erstreckt. Die Aussparung kann wie durch das Bezugszeichen 138 angegeben
entlang der Keilöffnungen 140 und 142 in
der oberen und unteren Fläche vorgesehen sein, um das Einführen
einer keilförmigen Spindel wie nachfolgend beschrieben
zu unterstützen. Vorzugsweise ist keine Körnung
und kein abrasives Material in dem Bereich 138 um die Öffnungen
der Aussparung herum vorgesehen, um das Einführen des Spindel
in die Aussparung zu vereinfachen.
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4A ist
eine schematische Schnittansicht des Moduls von 2 und
zeigt den indizierbaren Einsatz von 3, der durch
die Ventilführungsbohrung eingeführt ist. Es ist
zu beachten, dass der Einsatz derart ausgerichtet ist, dass die
Seiten in Nachbarschaft zu den Bohrungswänden 154 benachbart sind,
sodass der Einsatz in die Bohrung eingeführt werden kann.
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4B ist
eine schematische Ansicht des Einsatzes in dem Ventilsitz, der senkrecht
zu der Längsachse der Ventilführungsbohrung ausgerichtet ist.
Der Einsatz ist derart ausgerichtet, dass eine Läppfläche
in Kontakt mit dem Ventilsitz ist.
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4C ist
eine Schnittansicht des Moduls und zeigt die sechseckige Spindel,
die durch die Ventilführungsbohrung und in die Aussparung
des Einsatzes eingeführt ist. Ein O-Ring 156 kann
in die Spindel eingesetzt werden, bevor diese in die Ventilführungsbohrung
eingeführt wird, damit der Einsatz frei gleiten und während
des Läppens der vorhandenen Sitzgeometrie folgen kann.
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Das
Läppen wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem die Spindel
mit einer ausreichenden Kraft (z. B. 15 Pfund) angetrieben wird,
um die Ventilsitzfläche zu bearbeiten und eine Kavitation
zu entfernen. Die Spindel wird dann entfernt.
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Danach
wird der Einsatz entfernt, indem das Modul geschüttelt
oder einer Druckluft ausgesetzt wird, wobei das Modul dann für
eine weitere Verarbeitung zur Wiederherstellung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
bereit ist.
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Vorstehend
wurde die Erfindung beschrieben, wobei zu beachten ist, dass die
Beschreibung beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen
ist. Es können verschiedene Variationen und Modifikationen
vorgenommen werden, ohne dass deshalb der durch die beigefügten
Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6339877 [0002]
- - US 6035532 [0003]
- - US 2005/0028365 [0004]
- - US 6565020 [0026]