DE10102531A1 - Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe - Google Patents
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Abstract
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe zu entwickeln, welche den Einfluß der inneren Kräfte (Störkräfte) weitgehend ausschließt und bei kompakter, dem jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise eine optimale Schmierölversorgung, selbst von Kraftfahrzeugmotoren, bei hoher Funktions- und Betriebssicherheit, mit minimiertem Verschleiß in jedem Betriebszustand gewährleistet. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe zeichnet sich dadurch aus, daß am Steuerring (2) ein Lagerauge (6) angeordnet ist, welches formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz (7) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei an dem dem Lagerauge (6) gegenüberliegenden Halbkreis des Steuerringes (2) ein durch eine im Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder (18) belasteter Stellhebel (9) angeordnet ist, der in einen im Bereich des Stellhebels (9) im Gehäuse (1) angeordneten Stellraum (10) hineinragt und dort direkt oder indirekt flächig an der Steuerfläche (12) eines in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten, durch eine Steuerdruckfeder (15) belasteten Stellkolben (8) anliegt. DOLLAR A Bei der Erfindung handelt es sich um eine Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe.
Description
Die Erfindung betrifft die Stelleinrichtung für eine mengenregelbare
Zellenpumpe.
Im Stand der Technik ist in der DE 195 32 703 C1 eine
Pendelschiebermaschine vorbeschrieben. Die technischen Vorteile dieser
Bauform sind offensichtlich. Dennoch wird dieses System bis heute nicht in
Serie eingesetzt, da in den verschiedenen Betriebsbereichen der
Pendelschiebermaschine ein undefiniertes Regelverhalten auftritt.
So ist insbesondere bei hohen Drehzahlen ein vorzeitiges Abregeln zu
beobachten. Selbst eine Optimierung der eingesetzten Federn, wie auch die
Verwendung von Federnpaketen und der Einsatz von Stufenkolben führte zu
nur unbefriedigenden Erfolgen.
Eine der wesentlichen Ursachen dieses undefinierten Regelverhaltens sind die
vorwiegend im Druckbereich auftretende "inneren" Störkräfte. Diese wirken in
Richtung der ohnehin druckbeaufschlagten Kolben und somit entgegen der
Federkraft der Rückstellfeder. Für die vorgenannten Störkräfte ist
kennzeichnend, daß sich deren Wirkrichtung sowohl in Abhängigkeit von der
Drehzahl wie auch in Abhängigkeit vom jeweils anliegenden Druckniveau
verändert.
Im ungünstigsten Fall erreichen die dem System innewohnenden Störkräfte
Werte die, bevor noch die im DE 195 32 703 C1 beschriebene Regelung
wirken kann, zu einer vollständigen Abregelung der Pumpe führen.
Bei Pendelschiebermaschine mit axialer Ein- und Ausströmung konnte selbst
durch das Vertauschen der Kanalanordnung kein befriedigendes
Regelverhalten erzielt werden.
In der DE 199 15 738 A1 wird nun eine Stellvorrichtung für eine
mengenregelbare Flügelzellenpumpe vorgestellt.
Ein wesentlicher Nachteil dieser in der DE 199 15 738 A1 beschriebenen
Bauform ist die zwischen den Stellelementen und dem kurvenförmigen
Stellbereich des Regelkolbens zwingend erforderliche Punkt- oder
Linienberührung.
Ein weiterer Nachteil der in der DE 199 15 738 A1 dargestellten Bauform
besteht darin, daß die Stellelemente (wie Kurvenscheibe, Rolle oder Kugel) so
angeordnet sind, daß die inneren Störkräfte des Systems stets unmittelbar auf
den Regelkolben einwirken. Dadurch werden sehr hohe Stellkräfte zur
Überwindung der durch die Störkräfte verursachten Reibkräfte erforderlich.
Infolge der Punkt- oder Linienberührung der Stellelemente mit dem
kurvenförmigen Stellbereich des Regelkolbens tritt zwangsläufig aufgrund der
dem System innewohnenden Störkräfte dann im Dauerbetrieb ein sehr hoher
Verschleiß auf.
Dieser im Dauerbetrieb auftretende hohe Verschleiß hat
Oberflächenunebenheiten an den Berührungsflächen (Vertiefungen und
Abflachungen) zur Folge, die zu einem ungleichmäßigen, stark
beeinträchtigten Regelverhalten führen, welches nach längerer Betriebdauer
insbesondere im höheren Drehzahlbereich zum Ausfall der Regelung führen
kann.
Zuden erhöht der im ersten Ausführungsbeispiel der DE 199 15 738 A1
dargestellte Exzenter, infolge der funktionsbedingten Veränderung des
Anstellwinkels gegenüber dem Hubring, die Reibung in der seitlichen Führung.
Auch bei dieser Ausführungsform treten wiederum die reibungsbedingten hohe
Stellkräfte auf, welche in Verbindung mit der zwingend erforderlichen
Linienberührung zwischen den Stellgliedern all die bereits zuvor
beschriebenen Nachteile zur Folge haben.
Zudem kann bei Einsatz der in der DE 199 15 738 A1 dargestellten Pumpe,
beispielsweise als Schmierölpumpe in Kraftfahrzeugen, mit der in den Fig.
2 und 3 dargestellten Lagerung des Hubringes, infolge der bei diesem
Einsatzfall auftretenden starken Schwingungen in Verbindung mit den von der
Drehzahl und vom jeweiligen Pumpendruck abhängigen Störkräfte, eine exakte
Fixierung dieses Hubringes in seiner Lagerstelle nicht gewährleistet werden.
Zudem sind all die in der DE 199 15 738 A1 vorgestellten Lösungen nur
bedingt als Schmierölpumpen in Kraftfahrzeugen einsetztbar, da in den
meisten Einsatzfällen die zwingend erforderliche Baufreiheit im Motorraum, zur
Anordnung eines unterhalb der Hubringmitte anzuordnenden Stel Ikolbens,
nicht vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die vorgenannten Nachteile
des Standes der Technik zu beseitigen und eine Stelleinrichtung für eine
mengenregelbare Zellenpumpe zu entwickeln, welche den Einfluß der inneren
Kräfte (Störkräfte) weitgehend ausschließt und bei kompakter, dem jeweils zur
Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise eine
optimale Schmierölversorgung, selbst von Kraftfahrzeugmotoren, bei hoher
Funktions- und Betriebssicherheit mit minimiertem Verschleiß in jedem
Betriebszustand gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Stelleinrichtung für eine
mengenregelbare Zellenpumpe mit einem in einem Gehäuse (1) beweglich
angeordnetem Steuerring (2), sowie einem im Steuerring (2) drehbar
gelagerten, mit einer Welle (3) verbundenen Innenrotor (4) in welchem
verschiebbar mehrere Förderelemente (5) angeordnet sind, dadurch gelöst,
daß am Steuerring (2) ein Lagerauge (6) angeordnet ist, welches formschlüssig
und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz (7) des Gehäuses (1)
angeordnet ist, wobei an dem dem Lagerauge (6) gegenüberliegenden
Halbkreis des Steuerringes (2) ein, durch eine im Gehäuse sich abstützende
Rückstellfeder (18) belasteter Stellhebel (9) angeordnet ist, der in einen im
Bereich des Stellhebels (9) im Gehäuse (1) angeordneten Stellraum (10)
hineinragt, und dort direkt oder indirekt flächig an der Steuerfläche (12) eines
in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten, durch eine
Steuerdruckfeder (15) belasteten Stel Ikolbens (8) anliegt.
Die Kombination dieser erfindungsgemäßen, formschlüssigen, axial
schwenkbeweglichen Lagerung des Lagerauges (6) des Steuerringes (2) im
Lagersitz (7) des Gehäuses (1), in Verbindung mit der drehbaren Lagerung des
Stellkolbens (8) und der flächigen Ausbildung aller Stell- und
Berührungsflächen gewährleistet, bei kompakter, dem jeweils zur Verfügung
stehenden Einbauraum angepaßter, variabler Bauweise, selbst die optimale
Schmierölversorgung eines Kraftfahrzeugmotors bei hoher Funktions- und
Betriebssicherheit bei minimierter Reibung und minimiertem Verschleiß in
jedem Betriebszustand.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
darüber hinaus neben dem Wortlaut der Ansprüche auch, in Verbindung mit
den zugehörigen Zeichnungen, aus den nachfolgenden Erläuterungen zu den
Ausführungsbeispielen.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand von drei Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit sechs Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 die Seitenansicht einer Bauform (Pendelschiebermaschine) der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge
gegenüberliegend angeordnetem Stellkolben, bei maximaler
Ölförderung;
Fig. 2 die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1 im
Schnitt bei A-A;
Fig. 3 die Seitenansicht einer weiteren Bauform (Flügelzellenpumpe)
der erfindungsgemäßen Vorrichtung analog zur Fig. 1 jedoch bei
minimaler Ölförderung;
Fig. 4 die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 3 im
Schnitt bei B-B;
Fig. 5 die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine
ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem
gegenüberliegend zum Lagerauge nach unten versetzt
angeordnetem Stellkolben, bei maximaler Ölförderung;
Fig. 6 die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine
ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem
gegenüberliegend zum Lagerauge nach unten versetzt
angeordnetem Stellkolben, bei minimaler Ölförderung;
Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine
ausgebildeten Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem
Lagerauge gegenüberliegend angeordnetem Stellkolben bei maximaler
Ölförderung.
Erfindungsgemäß ist im Gehäuses 1 das Lagerauge 6 eines Steuerringes 2
angeordnet. Im Steuerring 2 befindet sich ein drehbar gelagerter, mit einer
Welle 3 verbundenen Innenrotor 4 in welchem mehrere in einem Außenrotor
gelagerte Förderelemente 5 verschiebbar angeordnet sind.
Das erfindungsgemäß am Steuerring 2 angeordnete Lagerauge 6 ist
formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz 7 des Gehäuses
1 gelagert. Infolge dieser speziellen erfindungsgemäßen Lagerung wird eine
sichere Lagefixierung des Steuerringes 2 bei gleichzeitiger radialer
Schwenkbarkeit im Verstellbereich (des Steuerringes 2) gewährleistet.
In dem dem Lagerauge 6 gegenüberliegenden Bereich ist am Steuerring 2 ein,
durch eine im Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder 18, belasteter
Stellhebel 9 angeordnet, der in einen im Bereich des Stellhebels 9 im Gehäuse
1 angeordneten Stellraum 10 hineinragt.
In diesem Stellraum 10 liegt, wie in Fig. 2 dargestellt, der Stellhebel 9 mit
seiner Kontaktfläche 11 an der Steuerfläche 12 des dreh- und verschiebbar im
Kolbensitz 13 des Gehäuses 1 angeordneten Stellkolbens 8 an.
Infolge der drehbaren Lagerung des Stellkolbens 8 im Gehäuse 1 wird beim
Regelvorgang gewährleistet, daß stets die Kontaktfläche 11 des Stellhebels 9
auf der Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 optimal vollflächig aufliegt.
Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße axiale Anordnung des
Stellkolbens 8 bei minimalem Bauraum eine gleichzeitige Regelbarkeit
mehrerer auf einer Welle 3 anzuordnenden Pumpenstufen (Rotorsätze) unter
Verwendung eines einzigen Stellkolben 8 mit einer entsprechend der Anzahl
der Pumpenstufen auf dem Stellkolben 8 angeordneten Steuerflächen 12.
Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
im Lagerauge 6 ein Verbindungskanal 20 eingebracht sein kann, der für die
Befüllung oder die Entleerung der Pumpe genutzt werden kann, wobei auch die
erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des Stellkolbens 8 eine
beidseitige Abdichtung ermöglicht, so daß der Pumpenraum 21, in Verbindung
mit der funktionssicher abdichteten, erfindungsgemäßen Anordnung des
Lagerauges 6 im Lagersitz 7 des Gehäuses 1, druck- und saugseitig genutzt
werden kann.
Wesentlich ist auch, daß am Stellkolben 8 eine Steuerdruckfeder 15 anliegt,
deren Federkraft der Stellkraft F entgegengerichtet ist, und die die
Pumpenregelung bei Ausfall der Stellkraft F in den Zustand der maximalen
Ölförderung zwingt.
In der Fig. 2 ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung aus der Fig. 1 im
Schnitt bei A-A dargestellt.
Die erfindungsgemäß im Gehäuse angeordnete Rückstellfeder 18 preßt, in
Verbindung mit den unter Betriebsbedingungen auftretenden inneren Kräften,
den Stellhebel 9 mit seiner Kontaktfläche 11 auf die Steuerfläche 12 des
Stellkolbens 8 und gewährleistet so in Wirkverbindung mit der schwenkbaren
Lagerung des Stellkolbens 8 im Kolbensitz 13 des Gehäuses 1 eine definierte
vollflächige Auflage im gesamten Betriebsbereich der Pumpe, wodurch eine
exakte Regelbarkeit bei minimalem Verschleiß selbst unter extremen
Schwingungsbelastungen gewährleistet werden kann.
Die Fig. 3 zeigt die Seitenansicht einer als Flügelzellenpumpe ausgebildeten
Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge
gegenüberliegend angeordnetem Stellkolben, bei minimaler Ölförderung, mit
einem im Steuerschieber 2 angeordneten Rotorsatz 19.
In der Fig. 4 ist die Ansicht der erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 3 im
Schnitt bei B-B dargestellt. Bei Erreichen des Betriebsdruckes schiebt die
Stellkraft F, wie dargestellt, den Stellkolben 8 entgegengesetzt zur
Steuerdruckfeder 15. Dabei pressen die Kraft der Rückstellfeder 18 und die
inneren Kräfte des Sysemes den Stellhebel 9 mit seiner Kontaktfläche 11 auf
die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8, wodurch die Pumpenfördermenge
minimiert wird.
Die Fig. 5 zeigt eine als Pendelschiebermaschine ausgebildeten Bauform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem dem Lagerauge gegenüberliegend,
nach unten versetzt angeordnetem Stellkolben 9 bei maximaler Ölförderung, in
der Seitenansicht in einer Schnittdarstellung.
Im Lagersitz 7 des Gehäuses 1 ist das Lagerauge 6 des Steuerringes 2
erfindungsgemäß formschlüssig und axial schwenkbeweglich angeordnet. Im
Steuerring 2 befindet sich ein drehbar gelagerter, mit einer Welle 3
verbundener Innenrotor 4 in welchem mehrere Förderelemente 5 verschiebbar
angeordnet sind. In dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung ist am
Steuerring 2 der Stellhebel 9 in dem dem Lagerauge 6 gegenüberliegenden
unteren Viertelkreissegment angeordnet.
Dabei ist in einer Gleitschale 17 des Stellhebels 9 schwenkbar zusätzlich ein
Ausgleichsbolzen 16 gelagert, welcher mit seiner Steuerfläche 11 an der
Kontaktfläche 12 eines im Gehäuse 1 verschiebbar gelagerten Stellkolbens 8
anliegt.
Infolge der drehbaren Lagerung des Ausgleichsbolzens 16 in der Gleitschale
17 des Stellhebels 9 wird auch in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform
gewährleistet, daß beim Regelvorgang die Kontaktfläche 11 des
Ausgleichsbolzens 16 auf der Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 stets optimal
vollflächig aufliegt.
Ein weiteres, wesentliches Merkmal der Erfindung besteht auch bei dieser
Bauform wiederum darin, daß im Lagerauge 6 ein Verbindungsskanal 21
eingebracht sein kann, der für die Befüllung oder Entleerung der Pumpe
genutzt werden kann, wobei einerseits die erfindungsgemäße Anordnung des
Lagerauge 6 im Lagersitz 7 des Gehäuses 1 eine funktionssichere Abdichtung
zwischen der Druck- und der Saugseite der Pumpe gewährleistet, und
andererseits die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des hier radial
angeordneten Stellkolbens 8 eine vollständige Abdichtung zwischen der Druck-
und der Saugseite bewirkt, so daß auch bei dieser Bauform der
erfindungsgemäßen Lösung wiederum der Pumpenraum 21 druck- und
saugseitig genutzt werden kann.
In der Fig. 6 ist die Seitenansicht einer als Pendelschiebermaschine
ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem gegenüberliegend
zum Lagerauge nach unten versetzt angeordnetem Stellhebel 9 bei minimaler
Ölförderung dargestellt.
Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Bauform greift am Steuerglied 14
eine Steuerdruckfeder 15 an, deren Federkraft der Stellkraft F
entgegengerichtet ist, so daß bei Ausfall der Stellkraft F die Steuerdruckfeder
15 die Pumpenregelung stets in den Zustand der maximalen Ölförderung
zwingt.
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte, im Gehäuse angeordnete
Rückstellfeder 18 preßt, in Verbindung mit den unter Betriebsbedingungen
auftretenden inneren Kräften, nun den drehbar in der Gleitschale 17 des
Stellhebels 9 gelagerten Ausgleichsbolzen 16 mit seiner Kontaktfläche 11 auf
die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 und gewährleistet so in Wirkverbindung
mit der erfindungsgemäße drehbare Lagerung des Ausgleichsbolzens 16 im
Stellhebel 9 eine definierte, vollflächige Auflage der Kontaktfläche 11 des
Ausgleichsbolzens 16 auf die Steuerfläche 12 des Stellkolbens 8 im gesamten
Betriebsbereich der Pumpe, so daß stets eine exakte Regelbarkeit bei
minimalem Verschleiß selbst unter extremen Schwingungsbelastungen
gewährleistet werden kann.
Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Bauform der erfindungsgemäßen
Lösung gewährleistet zudem, infolge der spezielle Anordnung des Stellhebels
9 im Bezug auf die Wirkrichtung der Resultierenden aus dem inneren Kräften
des Systems, daß der Einfluß der inneren Kräfte auf den Regelkolben deutlich
reduziert werden, so daß die Regelcharakteristik des Systems nochmals im
gesamten Betriebsbereich wesentlich verbessert wird.
Mit der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen eine
Stelleinrichtung für eine mengengeregelte Zellenpumpe zu entwickeln, welche
den Einfluß der inneren Kräfte (Störkräfte) weitgehend ausschließt und bei
kompakter, dem jeweils zur Verfügung stehenden Einbauraum angepaßter,
variabler Bauweise eine optimale Schmierölversorgung, selbst von
Kraftfahrzeugmotoren, bei hoher Funktions- und Betriebssicherheit mit
minimiertem Verschleiß in jedem Betriebszustand gewährleistet.
1
Gehäuse
2
Steuerschieber
3
Welle
4
Innenrotor
5
Förderelement
6
Lagerauge
7
Lagersitz
8
Stellkolben
9
Stellhebel
10
Stellraum
11
Kontaktfläche
12
Steuerfläche
13
Kolbensitz
14
Steuerglied
15
Steuerdruckfeder
16
Ausgleichsbolzen
17
Gleitschale
18
Rückstellfeder
19
Rotorsatz
20
Verbindungskanal
21
Pumpenraum
F Stellkraft
F Stellkraft
Claims (3)
1. Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe mit einem in einem
Gehäuse (1) beweglich angeordnetem Steuerring (2) sowie einem im
Steuerring (2) drehbar gelagerten, mit einer Welle (3) verbundenen Innenrotor
(4) in welchem verschiebbar mehrere Förderelemente (5) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerring (2) ein Lagerauge (6) angeordnet
ist, welches formschlüssig und axial schwenkbeweglich in einem Lagersitz (7)
des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei an dem dem Lagerauge (6)
gegenüberliegenden Halbkreis des Steuerringes (2) ein durch eine im
Gehäuse sich abstützende Rückstellfeder (18) belasteter Stellhebel (9)
angeordnet ist, der in einen im Bereich des Stellhebels (9) im Gehäuse (1)
angeordneten Stellraum (10) hineinragt, und dort direkt oder indirekt flächig an
der Steuerfläche (12) eines in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1)
angeordneten, durch eine Steuerdruckfeder (15) belasteten Stellkolben (8)
anliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lagerauge
(6) gegenüberliegend am Steuerring (2) ein Stellhebel (9) angeordnet ist, der
mit einer Kontaktfläche (11) flächig an der Steuerfläche (12) eines dreh- und
verschiebbar in einem Kolbensitz (13) des Gehäuses (1) angeordneten
Stellkolbens (8) anliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem dem
Lagerauge (6) gegenüberliegenden unteren Viertelkreissegment am Steuerring
(2) ein Stellhebel (9) angeordnet ist, wobei schwenkbar in einer Gleitschale
(17) des Stellhebels (9) ein Ausgleichsbolzen (16) gelagert ist, welcher mit
seiner Steuerfläche (11) an der Kontaktfläche (12) eines im Gehäuse (1)
verschiebbar gelagerten Stel Ikolbens (8) anliegt.
Priority Applications (4)
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DE10102531A DE10102531A1 (de) | 2001-01-20 | 2001-01-20 | Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe |
DE50201817T DE50201817D1 (de) | 2001-01-20 | 2002-01-17 | Mengenregelbare Zellenpumpe |
AT02001230T ATE285522T1 (de) | 2001-01-20 | 2002-01-17 | Mengenregelbare zellenpumpe |
EP02001230A EP1225337B1 (de) | 2001-01-20 | 2002-01-17 | Mengenregelbare Zellenpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
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DE10102531A DE10102531A1 (de) | 2001-01-20 | 2001-01-20 | Stelleinrichtung für eine mengenregelbare Zellenpumpe |
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ID=7671215
Family Applications (2)
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