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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
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Derartige Dichtungsanordnungen sind hinlänglich bekannt. So offenbart die
DE 40 28 225 C1 eine Dichtungsanordnung für eine aus ineinander längs verschiebbaren Rohrstücken bestehende Heißgasleitung, wobei im Überdeckungsbereich der Rohrstücke ein verformbarer, weicher Dichtring angeordnet ist, und diesem wenigstens ein harter, radial vorgespannter, in einer Nut eines Rohrstücks axial fixierter Dichtring vorgelagert ist. Dabei soll einer Temperaturerhöhung des in der Heißgasleitung transportierten Mediums eine Drucksteigerung entsprechen, wobei der weiche Dichtring zwischen mit den Rohrstücken verbundenen radialen Ringflächen angeordnet ist. Die Breite des weichen Dichtrings und der Abstand zwischen den Ringflächen sind derart aufeinander abgestimmt, dass eine dichtende Anlage des weichen Dichtrings mit seinen beiden Stirnseiten an den Ringflächen dann erfolgen soll, wenn eine vorgegebene Druckerhöhung und eine dementsprechende Erwärmung der Heißgasleitung mit vorgegebenem Verschiebezustand der Rohrstücke stattgefunden hat. Der weiche Dichtring soll bei Abkühlung der Heißgasleitung elastisch zurückfedern.
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Die
DE 3427746 A1 offenbart eine Verbindung für mehrflutige Leitungen von Flüssigkeiten oder Gasen, insbesondere mehrflutigen Abgasleitungen von Kraftfahrzeugen, wobei die einzelnen Strömungswege an nebeneinander liegenden Stellen wenigstens in Axialrichtung gegeneinander bewegbar dichtend miteinander verbunden sind. Die Strömungswege sind dabei beidseits der Verbindungsstelle mit einem gemeinsamen mehrflutigen Anschlussstutzen verbunden, wobei die in Strömungsrichtung einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Anschlussstutzen durch einen gemeinsamen, im Querschnitt im Wesentlichen der Umschlingungskontur der nebeneinander liegenden Strömungswege entsprechenden Metallbalg elastisch und dicht miteinander verbunden sind. Die Strömungswege verlaufen zwischen den Anschlussstutzen und damit innerhalb des Balges wenigstens weitgehend voneinander getrennt.
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Die bekannten Verbindungsanordnungen weisen dabei die Nachteile auf, dass eine Abdichtung der Fluten gegenüber einander gerade in dem Verbindungsbereich der Rohrstücke beziehungsweise eine Abdichtung der Fluten an die Umwelt nur unzureichend realisiert ist. Des Weiteren sind Wärmedehnungen der Rohrstücke nicht kompensierbar, was zu Spannungen in den Rohrstücken und damit zu einer hohen Belastung derselbigen führt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche verbesserte Dichteigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit einem ersten Rohrelement und mit zumindest einem zweiten Rohrelement, insbesondere eines Abgaskrümmers und eines Abgasturboladers, welche jeweils zumindest zwei Fluten aufweisen, die jeweils mittels zumindest eines Wandungselements des jeweiligen Rohrelements zumindest bereichsweise fluidisch getrennt sind, wobei die Fluten des ersten Rohrelements mit den korrespondierenden Fluten des zweiten Rohrelements fluidisch gekoppelt sind. Erfindungsgemäß ist nun ein Dichtungsbereich vorgesehen, in welchem zumindest ein sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung der Rohrelemente erstreckender Dichtkontakt zwischen dem Wandungselement des ersten Rohrelements und dem Wandungselement des zweiten Rohrelements ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich also eine Abdichtung der Fluten gegenüber einander durch einen im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Rohrelemente verlaufenden Dichtkontakt der jeweiligen Wandungselemente, wodurch einerseits eine effiziente und wirkungsvolle Abdichtung der Fluten gegenüber einander geschaffen ist und andererseits sich die stark erhitzenden Wandungselemente in Folge eines hohen Wärmeeintrags ausdehnen können, ohne sich gegenseitig zu behindern. Diese Ausdehnung erfolgt dabei ebenfalls im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung der Rohrelemente, wobei die den Dichtkontakt bildenden Bereiche der Wandungselemente aneinander abgleiten und somit die Wärmedehnung der Rohrelemente ermöglichen können. Dies vermeidet Wärmespannungen der Rohrelemente und damit eine Belastung der Dichtungsanordnung, wodurch eine Ausfallwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert ist.
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Dies geht einher mit einer Reduzierung einer Reparaturwahrscheinlichkeit der Dichtungsanordnung und damit mit einer Vermeidung unerwünschter Reparaturkosten, was insbesondere positiv für einen Nutzer eines Kraftwagens mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist.
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Die starke Erhitzung und damit Wärmedehnung der Wandungselemente der Rohrelemente rührt daher, dass die Wandungselemente, welche auch als Flutentrennwände bezeichnet werden können, im Gegensatz zu äußeren Wandelementen, welche von der Umgebungsluft kühlbar sind, nicht durch eben die Umgebungsluft gekühlt werden können.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ermöglicht auch einen Entfall von zusätzlichen Dichtungselementen in dem Bereich des Dichtkontakts, was zu einer geringeren Teileanzahl und damit zu geringeren Kosten für die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung führt. Nichtsdestotrotz kann ein solches Dichtungselement vorgesehen sein.
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Es ist möglich, dass, beispielsweise ohne Dichtungselement, die Wandungselemente der Rohrelemente aneinander anliegen, sich also gegenseitig berühren. Alternativ ist es möglich, dass sich die Wandungselemente eben nicht berühren sondern durch ein dazwischen liegendes Dichtungselement voneinander um den Betrag der Dicke des Dichtungselements voneinander beabstandet sind.
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Ebenso möglich ist quasi eine Mischform dieser beiden Ausführungsformen, bei welcher die Wandungselemente bereichsweise, also zumindest in einem Bereich, aneinander anliegen und somit einen im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung der Rohrelemente verlaufenden Dichtkontakt ausbilden, wobei zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung zumindest ein Dichtungselement zwischen den Wandungselementen angeordnet sein kann.
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Ist ein Dichtungselement vorgesehen, so kann dieses zwischen den Wandungselementen in radialer Richtung der Rohrelemente verpresst und/oder in einer entsprechenden Aufnahme eines Wandungselements oder der Wandungselemente angeordnet sein zur Sicherstellung einer definierten Lage des Dichtungselements.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Dichtungsbereich zumindest eine, sich im Wesentlichen schräg, insbesondere quer, zur Längserstreckungsrichtung des ersten Rohrelements erstreckende Stirnfläche des Wandungselements des ersten Rohrelements von zumindest einer gegenüberliegenden, sich im Wesentlichen schräg, insbesondere quer, zur Längserstreckungsrichtung des zweiten Rohrelements erstreckenden Stirnfläche des Wandungselements des zweiten Rohrelements beabstandet ist. Dadurch ist der Vorteil gegeben, dass sich die Wandungselemente der Rohrelemente in ihre Längserstreckungsrichtung in Folge des großen Wärmeeintrags ausdehnen können. Gleichzeitig ist durch diese Ausbildung eine Art Absatz geschaffen, die eine Montage der Dichtungsanordnung, beispielsweise in Form eines ineinander Steckens der Rohrelemente, vereinfacht. Daraus resultiert also eine schnelle und damit kostengünstige Montage der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit einem ersten Rohrelement und mit zumindest einem zweiten Rohrelement, welche jeweils zumindest zwei Fluten aufweisen, wobei die Fluten jeweils einerseits durch ein äußeres Wandungselement des jeweiligen Rohrelements und andererseits durch ein inneres, die Fluten des jeweiligen Rohrelements zumindest bereichsweise fluidisch trennenden Wandungselement des jeweiligen Rohrelements gebildet sind, und wobei die Fluten des ersten Rohrelements mit den korrespondierenden Fluten des zweiten Rohrelements fluidisch gekoppelt sind. Erfindungsgemäß ist nun ein Dichtungsbereich vorgesehen, in welchem zumindest eine, sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandungselements des ersten Rohrelements erstreckende Dichtfläche des äußeren Wandungselements des ersten Rohrelements vorgesehen ist, welche einer korrespondierenden, sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandungselements des zweiten Rohrelements erstreckenden Dichtfläche des äußeren Wandungselements des zweiten Rohrelements gegenüber liegt, und in welchem zumindest eine, sich im Wesentlichen schräg, insbesondere quer, zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandungselements des ersten Rohrelements erstreckende Dichtfläche des äußeren Wandungselements des ersten Rohrelements vorgesehen ist, welche einer korrespondierenden, sich im Wesentlichen schräg, insbesondere quer, zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandungselements des zweiten Rohrelements erstreckenden Dichtfläche des äußeren Wandungselements des zweiten Rohrelements gegenüber liegt. Die erfindungsgemäßen Dichtflächen schließen dabei vorteilhafterweise in dem Dichtungsbereich unmittelbar aneinander an und bilden somit eine Labyrinthdichtung, durch welche die jeweiligen Fluten zur Umgebung hin optimal abgedichtet sind. Gleichzeitig ist eine zeitunaufwändige und damit kostengünstige Montage der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ermöglicht, was Gesamtkosten für einen entsprechenden Kraftwagen mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einem geringen Rahmen hält.
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Vorteilhafterweise ist zwischen den sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung des jeweiligen, äußeren Wandungselements erstreckenden Dichtflächen zumindest bereichsweise mindestens ein Dichtungselement angeordnet, woraus sich eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung des zweiten Aspekts der Erfindung ergibt.
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Ebenso möglich ist, dass zwischen den sich im Wesentlichen schräg, insbesondere quer, zur Längserstreckungsrichtung des jeweiligen, äußeren Wandungselements erstreckenden Dichtflächen zumindest bereichsweise mindestens ein Dichtungselement angeordnet ist, was ebenso die Dichtwirkung des zweiten Aspekts der Erfindung um ein Weiteres verbessert.
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Die erwähnten Dichtungselemente können jedoch auch entfallen, was eine Teileanzahl des zweiten Aspekts der Erfindung und damit die Kosten reduziert. Vorteilhafterweise weist die Dichtungsanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Merkmale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung (beziehungsweise umgekehrt) auf, wodurch also die optimale Abdichtung der Fluten zur Umgebung hin als auch der Fluten gegenüber einander kombiniert ist mit der Möglichkeit der Ausdehnung der Wandungselemente der Rohrelemente in Längserstreckungsrichtung der Rohrelemente zur Vermeidung von Wärmespannungen und einer zu hohen Belastung der Dichtungsanordnung. Zusätzliche, Kosten verursachende Dichtungselemente und/oder konstruktive Anpassungen sind somit obsolet, was die Kosten für die erfindungsgemäßen Dichtungsanordnungen um ein weiteres Maß absenkt.
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Die Rohrelemente der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnungen sind dabei beispielsweise als Verrohrungen für einen Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise zur Führung von Abgas von einem Abgaskrümmer zu einem Abgasturbolader, ausgebildet. Jedoch können die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch auf jedwede andere Art von Dichtungsanordnung sowie fluidführenden Rohrelementen aus allen möglichen Werkstoffen angewendet werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In jeglicher Hinsicht lassen sich die beschriebenen Vorteile auch auf andere Anwendungsgebiete übertragen, insbesondere auf solche Anwendungsgebiete, bei denen hohe Temperaturen des zu führenden Mediums (Gas, Flüssigkeit, Feststoff) auftreten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur 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 Figur zeigt eine Querschnittsansicht sowie abschnittsweise eine Längsschnittansicht einer Dichtungsanordnung mit einem ersten Rohrelement eines Abgaskrümmers und mit einem zweiten Rohrelement eines Abgasturboladers, welche durch einen Dichtungsbereich abgedichtet sind, in welchem ein sich parallel zur Längserstreckungsrichtung der Rohrelemente erstreckender Dichtkontakt ausgebildet ist.
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Die in der Figur gezeigte Dichtungsanordnung 10 umfasst ein erstes Rohrelement 12 eines Abgaskrümmers für eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein zweites Rohrelement 14 eines Abgasturboladers für diese Verbrennungskraftmaschine. Die Rohrelemente 12 und 14 weisen jeweils zwei Fluten 16 und 18 auf, die bei dem ersten Rohrelement 12 durch ein Wandungselement 20 des ersten Rohrelements 12 und bei dem zweiten Rohrelement 14 durch ein Wandungselement 22 des zweiten Rohrelements 14 fluidisch getrennt sind. Die Fluten 16 und 18 des ersten Rohrelements 12 sind dabei mit den korrespondierenden Fluten 16 und 18 des zweiten Rohrelements 14 fluidisch gekoppelt.
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Bei der Dichtungsanordnung 10 ist nun ein erster Dichtungsbereich 24 vorgesehen, in welchem ein sich parallel zur Längserstreckungsrichtung der Rohrelemente 12 und 14 gemäß einem Richtungspfeil 26 erstreckender Dichtkontakt 28 zwischen dem Wandungselement 20 des ersten Rohrelements 12 und dem Wandungselement 22 des zweiten Rohrelements 14 ausgebildet ist. Der Dichtkontakt 28 ist also dadurch gebildet, dass sich eine Dichtfläche 30 des Wandungselements 20 und eine Dichtfläche 32 des Wandungselements 22 in einem Endmontagezustand der Rohrelemente 12 und 14 berühren. In der Figur gemäß dem Schnitt A-A ist indes eine Position vor dem endgültigen Montagezustand gezeigt, so dass sich die Dichtflächen 30 und 32 zur Ausbildung des Sichtkontakts 28 noch nicht berühren.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, ist in dem Dichtungsbereich 24 eine, sich quer zur Längserstreckungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 26 erstreckende Stirnfläche 34 des Wandungselements 20 von einer gegenüberliegenden, sich quer zur Längserstreckungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 26 der Rohrelemente erstreckenden Stirnfläche 36 beabstandet. Dieser Abstand S ermöglicht eine Wärmeausdehnung der sich während eines Betriebs, in welchem die Fluten 16 und 18 von heißem Abgas durchströmt werden, stark erhitzenden Wandungselemente 20 und 22 in Längserstreckungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 26 der Rohrelemente 12 und 14 ermöglicht.
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Die Dichtflächen 30 und 32 können dabei in einfacher Art und Weise aufeinander abgleiten, wodurch Wärmespannungen der Rohrelemente 12 und 14 und damit eine daraus resultierende Belastung der Dichtungsanordnung 10 vermieden sind.
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Durch die Ausbildung der Stirnflächen 34 und 36 sowie der Dichtflächen 32 und 30 ist ein Absatz geschaffen, der auch eine Montage der Rohrelemente 12 und 14 vereinfacht. Das Bezugszeichen 38 kennzeichnet dabei eine erste Ebene 38, wobei die Ebene 38 die Ebene ist, in der die Stirnfläche 34 liegt und welche gemäß der Zeichnungsebene tiefer liegt als eine zweite Ebene 40.
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Durch den Dichtungsbereich 24 sind dabei gleichzeitig die Fluten 16 und 18 dicht voneinander getrennt.
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Eine Abdichtung der Fluten 16 und 18 gegenüber der Umgebung ist dadurch erreicht: die Fluten 16 und 18 sind jeweils einerseits durch die inneren Wandungselemente 20 und 22 und andererseits durch äußere Wandungselemente 42 und 44 des ersten Rohrelements 12 beziehungsweise 46 und 48 des zweiten Rohrelements 14 gebildet.
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Bei der Dichtungsanordnung 10 ist nun ein zweiter und ein dritter Dichtungsbereich 50 beziehungsweise 52 vorgesehen, wobei die folgende Beschreibung des Dichtungsbereichs 50 analog auf den Dichtungsbereich 52 übertragbar ist. In dem Dichtungsbereich 50 ist eine sich parallel zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandungselements 42 des ersten Rohrelements 12 erstreckende Dichtfläche 54 des äußeren Wandungselements 42 des ersten Rohrelements 12 vorgesehen, welche einer korrespondierenden, sich parallel zur Längserstreckungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 26 des äußeren Wandungselements 46 des zweiten Rohrelements 14 erstreckenden Dichtfläche 56 gegenüber liegt.
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Zudem ist in dem Dichtungsbereich 50 eine quer zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandungselements 42 des ersten Rohrelements 12 erstreckende Dichtfläche 58 des äußeren Wandungselements 42 des ersten Rohrelements 12 vorgesehen, welche einer korrespondierenden, sich quer zur Längserstreckungsrichtung des äußeren Wandelements 46 des zweiten Rohrelements 14 erstreckenden Dichtfläche 60 des äußeren Wandungselements 46 des zweiten Rohrelements 14 gegenüber liegt. Zwischen den Dichtflächen 58 und 60 beziehungsweise 54 und 56 ist jeweils ein Dichtungselement 62 beziehungsweise 64 angeordnet, die axial, also gemäß dem Richtungspfeil 26, beziehungsweise radial, also gemäß einem Richtungspfeil 66, verpresst sind und die Dichtwirkung der Dichtungsanordnung 10 gegenüber der Umgebung um ein Weiteres Maß verbessern.
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Die in der Figur gezeigte Dichtungsanordnung 10 ermöglicht somit nicht nur eine optimale Abdichtung der Fluten 16 und 18 gegenüber einander, sondern auch eine optimale Abdichtung der Fluten 16 und 18 gegenüber der Umgebung, und das bei einfacher Montage, geringer Teileanzahl, Vermeidung von Wärmespannungen und Vermeidung von konstruktiven und Kosten verursachenden Anpassungen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dichtungsanordnung
- 12
- erstes Rohrelement
- 14
- zweites Rohrelement
- 16
- Flut
- 18
- Flut
- 20
- Wandungselement
- 22
- Wandungselement
- 24
- erster Dichtungsbereich
- 26
- Richtungspfeil
- 28
- Dichtkontakt
- 30
- Dichtfläche
- 32
- Dichtfläche
- 34
- Stirnseite
- 36
- Stirnseite
- 38
- erste Ebene
- 40
- zweite Ebene
- 42
- äußeres Wandungselement
- 44
- äußeres Wandungselement
- 46
- äußeres Wandungselement
- 48
- äußeres Wandungselement
- 50
- zweiter Dichtungsbereich
- 52
- dritter Dichtungsbereich
- 54
- Dichtfläche
- 56
- Dichtfläche
- 58
- Dichtfläche
- 60
- Dichtfläche
- 62
- Dichtungselement
- 64
- Dichtungselement
- 66
- Richtungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4028225 C1 [0002]
- DE 3427746 A1 [0003]
