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Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die
DE 199 59 955 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors, bei welcher in einem Auspufftopf ein Partikelfilter vorgesehen ist, der über eine entsprechende Öffnung aus dem Auspufftopf herausnehmbar ist. Der Auspufftopf ist zweiteilig ausgeführt, wobei in einem Verbindungsbereich ein separates Dichtungselement vorgesehen ist, um den Auspufftopf abzudichten. Die Vorrichtung weist dabei den Nachteil auf, dass es sich bei dem Dichtungselement um ein separates Dichtungselement handelt, das die Teilanzahl der Vorrichtung und damit den Montageaufwand sowie die Kosten dieser unerwünschter Weise erhöht. Bei einer Montage bzw. Demontage des Auspufftopfes erfordert es einen erhöhten Handlingsaufwand, um es in Position zu halten.
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Die
US 4032310 offenbart eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem Gehäuse, in welchem ebenso ein Partikelfilter aufgenommen ist. Das Gehäuse ist ebenfalls mehrstückig ausgebildet, wobei die Einzelteile des Gehäuses und somit der Partikelfilter ebenso über jeweils ein separates Dichtungselement abgedichtet sind. Auch diese Dichtungselemente sind wie das der oben genannten Druckschrift zwischen den Einzelteilen verklemmt und erfordern bei der Montage und der Demontage ebenso einen erhöhten Handlingsaufwand. Dies, sowie die erhöhte Teileanzahl erhöhen ebenso die Kosten für die Abgasreinigungseinrichtung.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Kostenreduzierung ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, umfasst ein Gehäuse, in welchem zumindest eine Abgasreinigungskomponente, insbesondere ein Partikelfilter, aufgenommen ist. Zudem umfasst die Abgasreinigungseinrichtung zumindest ein Dichtungselement einer Dichtungsanordnung, mittels welchem die Abgasreinigungskomponente, insbesondere der Partikelfilter, abgedichtet ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Dichtungselement innerhalb des Gehäuses aufgenommen ist. Die Aufnahme des Dichtungselements innerhalb des Gehäuses ermöglicht eine einfache Montage infolge eines vereinfachten Handlings, da es bei einer Montage oder bei einer Demontage nicht zu verrutschen droht und somit nicht aufwendig in Position gehalten werden muss. Zusätzliche Aufwendungen zur Sicherstellung der korrekten Position des Dichtungselements sind somit obsolet, was die Kosten für die Montage und damit die Kosten für die gesamte Abgasreinigungseinrichtung in einem geringen Rahmen hält.
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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung ergibt ist der, dass insbesondere eine axiale Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungseinrichtung im Gegensatz zu dem beschriebenen Stand der Technik durch das Dichtungselement nicht vergrößert wird, da es in axialer Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungseinrichtung keinen zusätzlichen Bauraum beansprucht. Dies ist insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum vorteilhaft, wodurch sich Package-Probleme und daraus resultierende, kostenaufwendige konstruktive Anpassungen und Änderungen vermeiden lassen.
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Die vorteilhafte Montage sowie die Einsparung von Platz ist insbesondere dann der Fall, wenn das Dichtungselement in radialer Richtung der Abgasreinigungskomponente bzw. der Abgasreinigungseinrichtung von dem Gehäuse gehalten ist.
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Ist die Abgasreinigungskomponente mittels zumindest eines Trägerelements, insbesondere eines Trägerblechs, in dem Gehäuse gehalten, und ist das Dichtungselement mit dem Trägerelement verbunden, insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet, so birgt dies den Vorteil, dass dadurch eine weitere Vereinfachung der Montage und des Handlings und damit eine weitere Reduzierung der Kosten für die erfindungsgemäße Abgasreinigungseinrichtung erreicht ist. Dies rührt daher, dass somit einerseits auf eine Sicherstellung der korrekten Positionierung des Dichtungselements sowohl bei der Montage als auch bei der Demontage nicht gesondert geachtet werden muss, und andererseits eine Montage bzw. eine Demontage des Dichtungselements zeitgleich mit der Montage bzw. Demontage der Abgasreinigungskomponente über deren Trägerelement erfolgen kann. Diese vorteilhafte Ausführungsform ermöglicht also somit eine Parallelisierung von Prozessen, woraus eine Zeit- und Kostenreduzierung resultiert.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse in axialer Richtung der Abgasreinigungskomponente eine Öffnung aufweist, durch welche die Abgasreinigungskomponente in das Gehäuse bzw. aus dem Gehäuse verbringbar ist. Dadurch ist eine einfache Austauschbarkeit der Abgasreinigungskomponente geschaffen, und zwar auf zeit- und damit kostensparende Art und Weise. Diese Ausführungsform hat insbesondere den Vorteil inne, dass dadurch bei einer verunreinigten Abgasreinigungskomponente, beispielsweise bei einem verstopften Partikelfilter, diese einfach ausbaubar und reinigbar bzw. austauschbar ist. Somit kann die Abgasreinigungseinrichtung auch dort eingesetzt werden, wo es beispielsweise infolge einer minderen Kraftstoffqualität zu einer erhöhten Verschmutzung der Abgasreinigungskomponente kommt.
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Zur weiteren Einsparung von Bauraum ist eine Modularisierung vorgesehen, wonach in dem Gehäuse zumindest eine weitere Abgasreinigungskomponente, insbesondere ein Oxidationskatalysator, angeordnet ist. Das Gehäuse fungiert somit als Kombibox, welche modular, einfach und zeit- und kostenaufwendig montierbar und demontierbar ist. Eine solche Kombibox ist z. B. in großer Nähe zu der Verbrennungskraftmaschine einsetzbar zur Reinigung ihrer Abgase.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Abgasreinigungseinrichtung mittels zumindest eines weiteren Trägerelements, insbesondere einer Lagermatte, im Gehäuse gehalten sein kann. Dabei ist das weitere Trägerelement in Form der Lagermatte beispielsweise insbesondere in radialer Richtung der Abgasreinigungskomponente zwischen dem ersten Trägerelement, beispielsweise in Form des Trägerblechs, und der Abgasreinigungskomponente angeordnet.
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Ist die Abgasreinigungskomponente in axialer Richtung in das Gehäuse bzw. aus dem Gehäuse verbringbar und ist sie in axialer Richtung mittels zumindest eines Befestigungsmittels, insbesondere mittels zumindest einer Schraube, in dem Gehäuse befestigt, so bedeutet diese Ausführungsform eine weitere Vereinfachung der Montage bzw. Demontage, da die Abgasreinigungskomponente in einfacher Art und Weise in axialer Richtung montierbar bzw. demontierbar ist. Ein Ausbau des kompletten Gehäuses, was zu unerwünscht hohen Kosten führen würde, wird damit obsolet.
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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung des zumindest einen Dichtungselements ergibt, ist der, dass das Gehäuse zumindest überwiegend einstückig ausgeführt werden kann, da eine Notwendigkeit eines Verklemmens des Dichtungselements zwischen zwei Gehäuseteilen nicht von Nöten ist. Dies reduziert die Teileanzahl der erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung, was mit geringeren Kosten einhergeht. Auch sind dadurch zusätzliche Verbindungsmittel zur Verbindung der einzelnen Gehäuseteile nicht nötig, was die Teileanzahl und auch das Gewicht der Abgasreinigungseinrichtung gering hält.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtungselement zumindest einen schräg zur axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungskomponente verlaufenden Wandungsbereich aufweist, welcher mit einem korrespondierenden, schräg zur axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungskomponente verlaufenden Wandungsbereich des Gehäuses zumindest einen Dichtkontakt ausbildet. Diese Ausführungsform ist insbesondere in Zusammenhang mit der Verbindung bzw. einstückigen Ausbildung des Dichtungselements mit dem Trägerelement vorteilhaft. Schließt der Wandungsbereich des Dichtungselements mit einer parallel zur axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungskomponente verlaufenden Richtung einen Winkel ein, welcher von dem von dem Wandungsbereich des Gehäuses und der parallel zur axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungskomponente verlaufenden Richtung eingeschlossenen Winkel verschieden ist, so ist durch die unterschiedlichen Winkel eine Flächenpressung der korrespondierenden Wandungsbereiche dargestellt, wodurch eine optimale Abdichtung realisiert ist.
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Die Winkel unterscheiden sich dabei beispielsweise um einschließlich 2° bis einschließlich 5°, wobei der von dem Wandungsbereich des Gehäuses eingeschlossene Winkel beispielsweise geringer ist als der von dem Wandungsbereich des Dichtungselements eingeschlossene Winkel.
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Zur Realisierung einer weitereren Verbesserung der Abdichtung der Abgasreinigungskomponente gegenüber dem Gehäuse sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zwei Dichtungselemente der Dichtungsanordnung vorgesehen, wobei eines der Dichtungselemente in einem ersten Endabschnitt und eines der Dichtungselemente in einem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden Endabschnitt die Abgasreinigungskomponente angeordnet sind. Somit ist eine Doppeldichtung geschaffen, die einerseits eine sehr gute Abdichtung der Abgasreinigungskomponente ermöglicht und andererseits dazu führt, dass beispielsweise das Trägerelement in Form des Trägerblechs nicht gasdicht, sondern beispielsweise gelocht ausgeführt sein kann, woraus ein geringes Gewicht des Trägerblechs und damit ein geringes Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung resultiert.
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Die Dichtigkeit wird dabei durch den beschriebenen Dichtkontakt realisiert, wobei die Wandungsbereiche durch eine Montage der Abgasreinigungskomponente bzw. der Dichtungselemente und gegebenenfalls durch die Befestigung in axialer Richtung durch das Anziehen der zumindest einen Schraube fest aufeinander gedrückt werden.
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Somit ist eine Dichtung geschaffen und im Falle zweier Dichtungselemente ist eine Doppeldichtung geschaffen, welche im Falle der Ausbildung der Dichtungselemente aus einem metallischen Werkstoff einen Verzicht auf zusätzliches Dichtmaterial ermöglicht bei gleichzeitiger Darstellung einer optimalen Gasdichtigkeit der gesamten Abgasreinigungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Abgasreinigungseinrichtung stellt somit eine in das Gehäuse integrierte Dichtungsanordnung dar, welche einen geringen Bauraumbedarf, eine geringe Teilanzahl sowie ein geringes Gewicht und geringe Kosten ermöglicht.
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Wie bereits angedeutet, können aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführungsform die Dichtungselemente aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein, wodurch sie eine hohe Lebensdauer bei gleichzeitiger Realisierung einer sehr guten Abdichtung aufweisen.
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Vorteilhafterweise sind die Dichtungselemente bzw. ist das Dichtungselement in radialer Richtung der Abgasreinigungskomponente zwischen dieser bzw. zwischen ihrem Trägerelement und dem Gehäuse angeordnet, wodurch einerseits ein axialer Bauraumbedarf der Abgasreinigungseinrichtung gering gehalten ist und andererseits die Abgasreinigungskomponente von dem Gehäuse in radialer Richtung beabstandet ist. Zusätzliche Abstandshalter sind dadurch obsolet. Somit ist eine Funktionsintegration geschaffen, die die Teileanzahl der erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung um ein weiteres Maß reduziert, was mit einer weiteren Reduzierung des Gewichts und der Kosten einhergeht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Abgasreinigungskomponente, insbesondere der Partikelfilter, mittels eines Post-Calibration-Verfahrens mit dem Trägerelement, insbesondere dem Trägerblech, verbunden. Bei einem solchen Verfahren wird der Durchmesser der Abgasreinigungskomponente, insbesondere des Partikelfilters bestimmt. Außerdem wird das weitere Trägerelement in Form der Lagermatte vermessen. Anschließend wird die Abgasreinigungskomponente, welche beispielsweise als Partikelfilter-Monolith ausgebildet ist, in das Trägerelement in Form des Trägerblechs, welches beispielsweise ein Metallrohr ist, verbracht. Anhand der durch das Vermessen ermittelten Werte wird das Trägerelement über äußere Vorrichtungen, wie beispielsweise Backen, zusammengedrückt und die Abgasreinigungskomponente mit dem Trägerelement in Form des Trägerblechs verbunden. Analog kann dieses Verfahren für den erwähnten Oxidationskatalysator, insbesondere in Form eines Dieseloxidationskatalysators, angewendet werden.
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Dieses Verfahren birgt insbesondere den Vorteil, dass dadurch keine Abstützung durch einen Ring oder ein Kissen oder dergleichen notwendig ist, was die Teileanzahl sowie das Gewicht der erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung um ein Weiteres gering hält.
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In jeglicher Hinsicht ist durch die erfindungsgemäße Abgasreinigungseinrichtung ein gasdichtes, modulares und einfach zu reinigendes, da einfach zu montierendes und demontierendes, System geschaffen, das eine geringe Teileanzahl und damit ein geringes Gewicht sowie geringe Kosten aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht mehr in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur eine schematische Längsschnittansicht einer Abgasreinigungseinrichtung für einen Dieselmotor mit einem Gehäuse, in welchem ein Dieselpartikelfilter sowie ein Dieseloxidationskatalysator aufgenommen sind, wobei zwei Dichtungselemente einer Dichtungsanordnung, mittels welchem der Dieselpartikelfilter abgedichtet ist, ebenso innerhalb des Gehäuses aufgenommen sind.
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Die Figur zeigt eine Abgasreinigungseinrichtung 10 für einen Dieselmotor mit einem Gehäuse 12, in welchem ein Dieselpartikelfilter 14 sowie ein Dieseloxidationskatalysator 16 aufgenommen sind. Der Dieseloxidationskatalysator 16 ist dabei über eine ihm zugeordnete Lagermatte 18 im Gehäuse 12 gehalten.
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Ähnlich dazu ist der Dieselpartikelfilter 14 über eine ihm zugeordnete Lagermatte 20 sowie über ein Trägerblech 22 im Gehäuse gehalten. Die Lagermatten 18 und 20 sind dabei in radialer Richtung der Abgasreinigungseinrichtung 10 bzw. des Dieseloxidationskatalysators 16 und des Dieselpartikelfilters 14 gemäß einem Richtungspfeil 24 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Dieseloxidationskatalysators 16 bzw. dem Dieselpartikelfilter 14 angeordnet. Bezüglich des Dieselpartikelfilters 14 ist die Lagermatte zudem zwischen dem Dieselpartikelfilter 14 und dem Trägerblech 22 angeordnet.
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Der Dieselpartikelfilter 14 ist nun über eine Dichtungsanordnung 26 abgedichtet, wobei die Dichtungsanordnung 26 ein erstes Dichtungselement 28 sowie ein zweites Dichtungselement 30 umfasst. Die Dichtungselemente 28, 30 sind bezüglich der Längserstreckung im Bereich der jeweiligen Enden des bevorzugt zylindrisch ausgeführten Dieselpartikelfilters 14 angeordnet und dichten diesen gegenüber dem Gehäuse 12, insbesondere partiell an den jeweiligen Endbereichen, ringsum ab. Dabei ist die Abdichtung bevorzugt zumindest annähernd gasdicht ausgeführt. Im Zwischenbereich zwischen den Dichtungselementen 28, 30 ist bevorzugt keine oder zumindest keine gasdichte oder annähernd gasdichte Abdichtung des Dieselpartikelfilters 14 gegenüber dem Gehäuse 12 vorgesehen. Die Dichtungselemente 28, 30 sind bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Die Dichtungselemente 28 und 30 sind dabei mit dem Trägerblech 22 verbunden. Dies birgt den Vorteil, dass bei einer Verbringung des Dieselpartikelfilters 14 in das Gehäuse 12 hinein bzw. aus dem Gehäuse 12 heraus in axialer Richtung der Abgasreinigungseinrichtung 10 gemäß einem Richtungspfeil 32 über das Trägerblech 22 gleichzeitig auch die Dichtungsanordnung 26 verbringbar und somit montierbar bzw. demontierbar ist, woraus eine Zeit- und damit Kosteneinsparung für die Montage resultiert. An das Trägerblech 22 schließt sich ein Ausgangstrichterbereich 34 an. Trägerblech 22 und Ausgangstrichterbereich 34 können dabei einstückig ausgebildet sein.
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Aufgrund der Abdichtung des Dieselpartikelfilters 14 durch die Dichtungselemente 28 und 30 der Dichtungsanordnung 26 ist das Trägerblech 22 als Lochblech ausgeführt. Dies bedeutet also, dass es nicht gasdicht ausgebildet sein muss, da eben diese Gasdichtigkeit durch die Dichtungsanordnung 26 in das Gehäuse 12 integriert realisiert ist.
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Die Abdichtung durch die Dichtungselemente 28 und 30 ist dabei derart realisiert, dass jeweils das Dichtungselement 28 bzw. 30 einen schräg zur axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungseinrichtung 10 gemäß dem Richtungspfeil 36 verlaufenden Wandungsbereich 36 bzw. 38 aufweist, welcher mit einem korrespondierenden, schräg zur axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungseinrichtung 10 und damit des Dieselpartikelfilters 14, der eine Form einer Abgasreinigungskomponente darstellt, verlaufenden Wandungsbereich 40 bzw. 42 des Gehäuses 12 einen Dichtkontakt 44 bzw. 46 ausbildet. Der Winkel, der von dem Wandungsbereich 40 bzw. 42 mit der axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungseinrichtung 10 gemäß dem Richtungspfeil 32 eingeschlossen wird, ist dabei um ca. 2° bis 5° geringer als der Winkel, der von den entsprechenden Wandungsbereichen 36 bzw. 38 der Dichtungselemente 28 bzw. 30 mit der axialen Erstreckungsrichtung der Abgasreinigungseinrichtung 10 gemäß dem Richtungspfeil 32 eingeschlossen wird.
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Wird nun das Trägerblech 22 zusammen mit dem Dieselpartikelfilter 14 und den Dichtungselementen 28 und 30 der Dichtungsanordnung 10 in das Gehäuse 12 in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 32 verbracht und wird der Dieselpartikelfilter über eine angedeutete Schraubverbindung 48 in axialer Richtung in dem Gehäuse befestigt, so bildet sich zwischen den korrespondierenden Wandungsbereichen 36 und 40 bzw. 38 und 42 durch Reibung der schrägen Wandungsbereiche 36 und 40 bzw. 38 und 42 infolge des unterschiedlichen Winkels jeweils ein besonders gut abdichtender Dichtkontakt 44 bzw. 46 aus.
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Die Abgasreinigungseinrichtung 10 ermöglicht somit nicht nur eine einfache Montage bzw. Demontage des Dieselpartikelfilters 14, sondern auch eine einfache und schnelle, da gleichzeitig mit der Montage ablaufende Herstellung der Dichtigkeit des Systems, und das bei einer äußerst geringen Teilanzahl, da zusätzliche Befestigungselemente für die Dichtungselemente 28 und 30 sowie zusätzliche Dichtungselemente obsolet sind. Hinzu kommt, dass die aus einem metallischen Werkstoff gebildeten Dichtungselemente 28 und 30 eine besonders hohe Lebensdauer aufweisen, da sie sehr robust sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19959955 A1 [0002]
- US 4032310 [0003]
