DE10215860A1 - System for pneumatic pressure supply to consumers - Google Patents
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Abstract
Für ein System zur pneumatischen Druckversorgung von Verbrauchern wird die Zuordnung einer pneumatisch anzutreibenden Pumpe zu einem Saugrohr einer gaswechselgesteuerten Brennkraftmaschine vorgeschlagen, derart, dass die Pumpe über den pulsierenden Saugrohrdruck angetrieben wird.For a system for the pneumatic pressure supply of consumers, the assignment of a pneumatically driven pump to an intake manifold of a gas exchange-controlled internal combustion engine is proposed such that the pump is driven by the pulsating intake manifold pressure.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur pneumatischen Druckversorgung von Verbrauchern, insbesondere von Verbrauchern in Fahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a system for pneumatic Pressure supply to consumers, especially consumers in Vehicles according to the preamble of claim 1.
Pneumatische Systeme sind in vielfältiger Form, insbesondere in Fahrzeugen im Einsatz, wobei zu Steuer- und Stellzwecken teilweise auch mit verhältnismäßig geringen Unter- oder Überdrücken gearbeitet wird, so beispielsweise zur Betätigung von Schließsystemen in Fahrzeugen mit verhältnismäßig geringen Unterdrücken. Unterdrücke dieser Größenordnung herrschen teilweise in der saugseitigen Versorgungseinheit von über Gaswechselsteuerelemente gesteuerten Hubkolbenbrennkraftmaschinen und werden dort auch abgegriffen und entweder unmittelbar zur Unterdruckversorgung, beispielsweise von Servosystemen, genutzt oder zwischengespeichert. Letzteres beispielsweise bei Schließsystemen. Pneumatic systems are in many forms, especially in Vehicles in use, for control and positioning purposes sometimes also with relatively low negative or positive pressures is worked, for example to operate Locking systems in vehicles with relatively small Suppress. Low pressures of this magnitude predominate in the suction-side supply unit from over Gas exchange controls are controlled by reciprocating piston internal combustion engines tapped there and either directly to Vacuum supply, for example from servo systems, used or cached. The latter, for example, in locking systems.
Die weiteren Entwicklungen und Optimierungen im Bereich der Brennkraftmaschinen haben eine Verringerung des Unterdruckes zur Folge. Wird mit Pumpen, insbesondere elektrisch angetriebenen Pumpen gearbeitet, wie dies in Verbindung mit Fahrzeugen ebenfalls bekannt ist, so sind diesbezügliche Einschränkungen zwar ausgeräumt, es ist aber zusätzliche Energie aufzubringen, die im Falle des elektrischen Antriebes das bei Fahrzeugen im Regelfall ohnehin bis an die Grenzen seiner Kapazität ausgelastete Bordnetz zusätzlich belastet. The further developments and optimizations in the area of Internal combustion engines have a reduction in negative pressure result. Used with pumps, especially electric powered pumps worked like this in conjunction with vehicles is also known, there are restrictions in this regard cleared out, but additional energy has to be applied, which in the case of the electric drive that in vehicles in Usually to the limits of its capacity anyway busy electrical system additionally burdened.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu bilden, dass ohne wesentlichen Mehraufwand eine gesicherte, ausreichende Druckversorgung gewährleistet werden kann. The invention has for its object a system of the kind mentioned in the introduction to the extent that without substantial additional effort a secured, sufficient Pressure supply can be guaranteed.
Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht, demzufolge die durch die Gaswechselsteuerung bedingte Pulsation der Ansaugluft bzw. des Ansaugluftgemisches zum Antrieb einer pneumatisch anzutreibenden Pumpe genutzt wird, indem diese antriebsseitig in offener Verbindung zu einem Saugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet wird. Bei einer derartigen Lösung ist für den Antrieb der Pumpe keine zusätzliche Energie aufzuwenden und etwaige Rückwirkungen auf das Saugsystem und den Füllungsgrad der Brennkraftmaschine liegen im vernachlässigbaren Bereich. Zudem kann die Pulsation im Saugrohr auch bei aufgeladenen Motoren genutzt werden, so dass das erfindungsgemäße System für einen Fahrzeugtyp nicht in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorenbestückung grundsätzlich geändert werden muss. According to the invention this is with the features of the claim 1 reached, therefore, by the gas exchange control Conditional pulsation of the intake air or the intake air mixture used to drive a pneumatically driven pump is by the drive side in an open connection to a Intake pipe of the internal combustion engine is arranged. At a such a solution is no additional for driving the pump Spending energy and any repercussions on that Suction system and the degree of filling of the internal combustion engine are in the negligible range. In addition, the pulsation in the intake manifold can also be used with supercharged engines, so that System according to the invention for a vehicle type not in Basically depending on the respective engine equipment needs to be changed.
Für die Erfindung erweist es sich insbesondere als zweckmäßig, die Pumpe nahe dem brennkraftmaschinenseitigen Endbereich des jeweiligen Saugrohres, also nahe dessen Mündung auf die Brennkraftmaschine anzuordnen und es besteht insbesondere auch die Möglicheit, mehrere Saugrohre entsprechend zu bestücken. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, unter Vermeidung von Kurzschlussverbindungen nebeneinander liegende Saugrohre wechselweise mit einer zwischen diesen angeordneten Pumpe zu verbinden, sowie gegebenenfalls auch zugehörige Unterdruck- oder Überdruckbehälter in möglichst unmittelbarer Zuordnung zur Pumpe gegebenenfalls in einem derartigen Zwischenbereich anzuordnen. For the invention it proves to be particularly useful the pump near the engine end portion of the respective suction pipe, i.e. near its mouth on the Arrange internal combustion engine and there is in particular the Possibility to equip several suction pipes accordingly. in the It is also within the scope of the invention while avoiding Short-circuit connections of adjacent suction pipes alternately with a pump arranged between them connect, and possibly also associated vacuum or Pressure tank in the most direct possible assignment to the pump if necessary to arrange in such an intermediate area.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den weiteren Vorteil, den Pumpenkolben als Differenzialkolben auszugestalten, so dass über unterschiedliche Flächenverhältnisse entsprechende Druckerhöhungen erreicht werden können. The solution according to the invention offers the further advantage that To design pump pistons as differential pistons, so that corresponding to different area ratios Pressure increases can be achieved.
Ungeachtet dessen, dass im Regelfall, je nach konstruktiver Ausgestaltung, nur relativ kleine Pumphübe erreicht werden, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung ein relativ großes Fördervolumen, und zwar entsprechend der hohen durch die motorischen Betriebsgegebenheiten bedingten Pulsationsfrequenz. Notwithstanding that, as a rule, depending on the constructive Design, only relatively small pump strokes can be achieved, the solution according to the invention is relatively large Funding volume, according to the high through the motor operating conditions-related pulsation frequency.
Als besonders zweckmäßig erweist es sich im Rahmen der Erfindung, dass die Pumpe einen vom Saugrohrdruck beaufschlagten Antriebskolben und ein rückseitig sowie im Übergang zum Arbeitskolben liegendes Ausgleichsvolumen aufweist, für das ein Druckniveau gegeben ist, das zwischen den Grenzwerten des pulsierenden Saugrohrdruckes liegt. It proves to be particularly useful in the context of Invention that the pump acted upon by the intake manifold pressure Drive piston and one on the back and in the transition to Working piston lying compensation volume for which a Pressure level is given between the limits of the pulsating intake manifold pressure.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an Hand eines Ausführbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Further details and features of the invention emerge from the claims. Furthermore, the invention is set forth below Hand explained an example. Show it:
Fig. 1 in einer in Fig. 3 schematisch angedeuteten Schnittführung I-I durch ein Saugrohr, das Saugrohr mit antriebsseitig offener Verbindung zur über den Saugrohrdruck antriebsbeaufschlagten Pumpe, Fig. 1 in a schematically indicated in Fig. 3 cut II through a suction pipe, the suction pipe with the drive side via an open connection to the intake manifold pressure antriebsbeaufschlagten pump,
Fig. 2 eine vergrößerte schematisierte Darstellung der in der Verbindung des Antriebskolbens der Pumpe zum Pumpengehäuse liegenden Membran, und Fig. 2 is an enlarged schematic representation of the membrane lying in the connection of the drive piston of the pump to the pump housing, and
Fig. 3 in einer Schemadarstellung eine Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine mit saugseitiger Versorgungseinheit, die über Saugrohre an die Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Fig. 3 is a schematic representation of a top view of an internal combustion engine with an intake-side supply unit which is connected to the internal combustion engine via intake pipes.
In der Schemadarstellung gemäß Fig. 3 ist mit 1 die Brennkraftmaschine bezeichnet, die als Hubkolben-Brennkraftmaschine mit hier nicht dargestellten Gaswechselsteuerelementen, beispielsweise Ein- und Auslassventilen ausgerüstet ist, die den angedeuteten Zylindern 2 zugeordnet sind und jeweils im Übergang von den den Zylindern 2 zugeordneten Brennräumen auf die saugseitigen Saugrohre 3 bzw. die nicht dargestellten auslassseitigen Abgasführungen liegen. Die Saugrohre 3 bilden den Übergang der insgesamt mit 4 bezeichneten saugseitigen Versorgungseinheit der Brennkraftmaschine 1 auf die Brennkraftmaschine 1. Die saugseitige Versorgungseinheit 4 ist ebenfalls nur stark vereinfacht und schematisiert gezeigt und weist den Saugkanälen 3 vorgelagert ein Sammelvolumen 5 auf, das, entsprechend seiner jeweiligen Ausgestaltung, als Luftsammler, als Resonanzrohr, als Schwingsaugrohr oder als kombinierte Resonanz- Schwingsaugrohreinheit ausgebildet sein kann. Auf das Sammelvolumen 5 mündet ein bei 6 angedeuteter Anschluss an die Atmosphäre, in dem gegebenenfalls auch eine Aufladeeinheit vorgesehen sein kann. In the schematic representation according to FIG. 3, 1 denotes the internal combustion engine, which is equipped as a reciprocating piston internal combustion engine with gas exchange control elements (not shown here), for example inlet and exhaust valves, which are assigned to the indicated cylinders 2 and in each case in the transition from those assigned to the cylinders 2 Combustion chambers lie on the suction-side suction pipes 3 or the exhaust-side exhaust ducts (not shown). The suction pipes 3 form the transition from the suction-side supply unit of the internal combustion engine 1, designated overall by 4, to the internal combustion engine 1 . The suction-side supply unit 4 is also shown only in a highly simplified and schematic manner and has a collecting volume 5 upstream of the suction channels 3 , which, depending on its particular configuration, can be designed as an air collector, as a resonance tube, as a vibrating suction tube or as a combined resonance-vibrating suction tube unit. A connection to the atmosphere, indicated at 6, opens into the collecting volume 5 , in which a charging unit can optionally also be provided.
Im schematisierten Schnitt gemäß Fig. 1 ist ein nahe der Brennkraftmaschine 1 liegender Bereich des Saugrohres 3 gezeigt, in dem, quasi integriert zum Saugrohr 3, eine pneumatische Pumpe 7 angeordnet ist, die eine Wandungsöffnung 8 des Saugrohres 3 mit ihrem Gehäuse 9 dichtend überdeckt, so dass die Pumpe 7 bezüglich ihrer Kolbeneinheit 10 in antriebsseitig offener Verbindung zum Saugrohr 3 steht. Die Kolbeneinheit 10 besteht aus einem Antriebskolben 11 und einem Arbeitskolben 12, die in einer Ausnehmung 13 des Pumpengehäuses 9 liegen und gegenüber dem Pumpengehäuse 9 ein Ausgleichsvolumen 14 abgrenzen. In the schematic section according to FIG. 1, a lying close to the internal combustion engine 1 area of the suction pipe 3 is shown, is arranged in the quasi integrated to the suction pipe 3, a pneumatic pump 7, the suction tube 3 covers a wall opening 8 with its housing 9 sealing, so that the pump 7 is connected to the intake manifold 3 with respect to its piston unit 10 . The piston unit 10 consists of a drive piston 11 and a working piston 12 , which lie in a recess 13 of the pump housing 9 and delimit a compensation volume 14 with respect to the pump housing 9 .
Der Antriebskolben 11 und der Arbeitskolben 12 der Kolbeneinheit 10 sind fest miteinander verbunden und jeweils über eine Membran 15 bzw. 16 dichtend an das Gehäuse 9 angeschlossen, wobei die Membranen 15, 16 zugleich eine elastische Abstützung für die Kolbeneinheit 10 bilden, durch die die Kolbeneinheit 10nachgiebig auf eine mittlere Hublage abgestützt ist. Diese mittlere Hublage ist in Fig. 1 angenommen, und die Kolbeneinheit 10 ist aus dieser mittleren Hublage druckabhängig hubverstellbar. The drive piston 11 and the working piston 12 of the piston unit 10 are firmly connected to one another and each sealingly connected to the housing 9 via a membrane 15 or 16 , the membranes 15 , 16 simultaneously forming an elastic support for the piston unit 10 through which the piston unit 10 is resiliently supported on a medium stroke position. This mean stroke position is assumed in FIG. 1, and the piston unit 10 can be stroke-adjusted from this mean stroke position as a function of pressure.
Gestaltet ist die Kolbeneinheit 10 im Ausführungsbeispiel als gebaute Einheit, wobei sowohl der Antriebskolben 11 wie auch der Arbeitskolben 12 jeweils zwei Kolbenteile 17, 18 bzw. 19, 20 umfassen, von denen die einander zugewandten Kolbenteile 18 und 19 über einen halsartigen Fortsatz 21 des Kolbenteiles 18 verbunden sind, der in einem Radialbund ausläuft, welcher den Kolbenteil 19 bildet. Zwischen den Kolbenteilen 17, 18 des Antriebskolbens 11 bzw. 19, 20 des Arbeitskolbens 12 ist jeweils die zugehörige Membran 15 bzw. 16 radial innen eingespannt. Die radial äußere Verspannung erfolgt gegenüber dem axial, d. h. in Hubrichtung mehrlagig aufgebauten Gehäuse 9, das anschließend an das Saugrohr 3 einen in dessen Wandöffnung 8 eingreifenden Befestigungsring 22 aufweist, zwischen dem und einem mittleren Gehäuseteil 23 die Membran 15 eingespannt ist. Auf den Gehäuseteil 23 folgt ein Gehäuseteil 24, der den Arbeitsraum 25 umschließt und zwischen dem und dem mittleren Gehäuseteil 23 die Membran 16 eingespannt ist. In the exemplary embodiment, the piston unit 10 is designed as a built unit, both the drive piston 11 and the working piston 12 each comprising two piston parts 17 , 18 and 19 , 20 , of which the piston parts 18 and 19 facing each other via a neck-like extension 21 of the piston part 18 are connected, which ends in a radial collar, which forms the piston part 19 . Between the piston parts 17 , 18 of the drive piston 11 and 19 , 20 of the working piston 12 , the associated diaphragm 15 and 16 is clamped radially on the inside. The radially outer bracing takes place with respect to the housing 9 , which is constructed in a multi-layered manner in the lifting direction and which subsequently has, on the suction pipe 3, a fastening ring 22 which engages in its wall opening 8 and between which and a central housing part 23 the diaphragm 15 is clamped. The housing part 23 is followed by a housing part 24 which surrounds the working space 25 and the membrane 16 is clamped between the and the middle housing part 23 .
Der Arbeitsraum 25 ist über einen Deckel 26 abgeschlossen, dem die Versorgungsanschlüsse 27 und 28 zugeordnet sind, von denen der Versorgungsanschluss 27 im Ausführungsbeispiel den zulaufseitigen und der Versorgungsanschluss 28 den ablaufseitigen Anschluss bildet, wobei sinnbildlich dargestellt ist, dass diese Versorgungsanschlüsse jeweils entgegen ihrer Zulauf- bzw. Ablaufrichtung sperrend ausgebildet sind, beispielsweise durch die Anordnung eines Rückschlagventiles. Entsprechend der geschilderten Funktion der Versorgungsanschlüsse 27, 28 kann dem Versorgungsanschluss 27 ein Unterdruckbehälter, angedeutet bei 29, zugeordnet sein, und es kann über den Versorgungsanschluss 28 auf die Atmosphäre oder auch auf einen Überdruckbehälter gefördert werden. The working space 25 is closed off by a cover 26 , to which the supply connections 27 and 28 are assigned, of which the supply connection 27 in the exemplary embodiment forms the inlet-side connection and the supply connection 28 forms the outlet-side connection, which is shown symbolically that these supply connections are each counter to their inlet connections. or drain direction are designed to block, for example by the arrangement of a check valve. According to the described function of the supply connections 27 , 28 , a vacuum container, indicated at 29, can be assigned to the supply connection 27 , and it can be conveyed via the supply connection 28 to the atmosphere or to an overpressure container.
Die Membranen 15, 16 haben im Ausführungsbeispiel Dichtungswie auch Rückstellfunktionen gegen eine Mittellage. Um die Belastungen der Membranen 15, 16 möglichst klein zu halten, kann es zweckmäßig sein, die Kolbenteile 17, 18 und 19, 20 radial auslaufseitig gegenüber der Membran 15 bzw. 16 zurückzunehmen, so dass sich radial nach außen keilförmige Spalte ergeben und scharfkantige Belastungen der Membran vermieden werden. In the exemplary embodiment, the membranes 15 , 16 have sealing and also reset functions against a central position. In order to keep the loads on the membranes 15 , 16 as small as possible, it may be expedient to take the piston parts 17 , 18 and 19 , 20 back radially on the outlet side with respect to the membranes 15 and 16 , so that radially outward wedge-shaped gaps and sharp-edged loads result the membrane can be avoided.
Nicht dargestellt ist, dass Arbeitskolben 12 und Antriebskolben 11 bevorzugt axial gegeneinander verspannt sind, wobei die Verspannung auch über eine Klebeverbindung erreicht werden kann. Der Kolbenteil 20 ist mit einem zentrischen Zapfen 30 versehen, der in den Halsansatz 21 eingreift, und in entsprechender Weise erweist es sich zur wechselseitigen Zentrierung auch bezüglich der Kolbenteile 17 und 18 als zweckmäßig, diese zentrisch gegeneinander abzustützen, wie durch den Ansatz 32 veranschaulicht. It is not shown that the working piston 12 and drive piston 11 are preferably axially braced against one another, wherein the bracing can also be achieved via an adhesive connection. The piston part 20 is provided with a central pin 30 which engages in the neck extension 21 , and in a corresponding manner it also proves appropriate for mutual centering, also with respect to the piston parts 17 and 18 , to support them centrally against one another, as illustrated by the extension 32 .
Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, die Kolbeneinheit 10 einstückig auszubilden und die Membranen anzuspritzen, was insbesondere bei einem Aufbau der Kolbeneinheit als Kunststoff eine besonders zweckmäßige und einfache Lösung darstellt. Zur wechselseitigen Fixierung im Rahmen der Einspannung der Membranen erweist es sich als zweckmäßig, diese radial innen und außen mit Ringbunden 33 bzw. 34 zu versehen, die in entsprechende Ringnuten der Kolbenteile, wie in Fig. 1 veranschaulicht, eingreifen. Veranschaulicht ist es in Fig. 2 für die Membran 15, es gilt dies in gleicher Weise für die Membran 16. However, it is also within the scope of the invention to form the piston unit 10 in one piece and to spray the membranes, which is a particularly expedient and simple solution, in particular when the piston unit is constructed from plastic. For mutual fixation within the framework of the clamping of the membranes, it proves to be expedient to provide them radially inside and outside with annular collars 33 and 34 which engage in corresponding annular grooves in the piston parts, as illustrated in FIG. 1. It is illustrated in FIG. 2 for the membrane 15 ; this applies in the same way to the membrane 16 .
Entsprechend den Arbeitstakten der Brennkraftmaschine und der entsprechend getakteten Gasversorgung ergibt sich im Bereich der Saugrohre 3 eine Pulsation mit deutlichen oberen und unteren Druckspitzen, und es ergeben sich über die entsprechende Beaufschlagung des Antriebskolbens 11, dessen Arbeitsfläche im Ausführungsbeispiel ein Mehrfaches der Arbeitsfläche des Arbeitskolbens 12 ausmacht, Hubbewegungen der Kolbeneinheit 10, die Volumenänderungen des Arbeitsraumes 25 nach sich ziehen, so dass über die Versorgungsanschlüsse 27 und 28 angesaugt bzw. gefördert wird. Die entsprechenden Pumpeffekte sind generell für eine Gasförderung, aber auch für einen Unter- oder Überdruckaufbau zu nutzen, wie dies in Bezug auf den Aufbau von Unterdruck durch Absaugen aus dem Unterdruckbehälter 29 veranschaulicht wird. According to the work cycles of the internal combustion engine and the correspondingly timed gas supply, there is a pulsation in the area of the intake manifolds 3 with clear upper and lower pressure peaks, and this results from the corresponding action on the drive piston 11 , the working surface of which, in the exemplary embodiment, is a multiple of the working surface of the working piston 12 Stroke movements of the piston unit 10 , the volume changes of the working space 25 entail, so that is sucked or conveyed via the supply connections 27 and 28 . The corresponding pump effects are generally to be used for gas production, but also for a build-up of negative or positive pressure, as is illustrated in relation to the build-up of negative pressure by suction from the vacuum container 29 .
Zweckmäßig ist es hierfür insbesondere, für das Ausgleichsvolumen 14 ein Druckniveau zu schaffen, das zwischen Ober- und Untergrenze des pulsierenden Saugrohrdruckes liegt, wobei sich hierfür, was nicht dargestellt ist, die Verbindung des Ausgleichsvolumens 14 mit einem Bereich der saugseitigen Versorgungseinheit 4 als vorteilhaft erweist, in dem ein entsprechendes, möglichst gleichmäßiges Druckniveau gegeben ist, das etwa dem mittleren Saugrohrdruck entspricht. Beispielsweise kann der Anschluss an das Sammelvolumen 5 erfolgen. Da die Pulsationseffekte auch bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen auftreten, ist die angestrebte Pumpfunktion für das System auch bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen erreichbar. For this purpose, it is particularly expedient to create a pressure level for the compensation volume 14 which lies between the upper and lower limits of the pulsating intake manifold pressure, the connection of the compensation volume 14 with a region of the suction-side supply unit 4 proving to be advantageous for this, which is not shown , in which a corresponding, as uniform as possible pressure level is given, which corresponds approximately to the mean intake manifold pressure. For example, the connection to the collecting volume 5 can be made. Since the pulsation effects also occur in supercharged internal combustion engines, the desired pumping function for the system can also be achieved in supercharged internal combustion engines.
Zur Hubbegrenzung in Richtung auf das Saugrohr 3 ist der Kolbeneinheit eine Anschlagbegrenzung zugeordnet, die im Ausführungsbeispiel durch angedeutete, gehäuseseitige, im Hubweg des Antriebskolbens 11 liegende Ansätze 35 gebildet ist. To limit the stroke in the direction of the suction pipe 3 of the piston unit is assigned a limit stop, which is formed in the embodiment by indicated, the housing side, lying in the travel of the drive piston 11 approaches 35th
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MANN + HUMMEL GMBH, 71638 LUDWIGSBURG, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20111008 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20131101 |