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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Ladungsbewegung im Brennraum variable Ventiltriebe verwendet, mit denen bei den Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe eingestellt werden können. Aus der
DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechsewentils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht wird. Hierzu ist auf der Nockenwelle ein Schiebenocken mit mehreren Nockenbahnen drehfest aber axial verschieblich gelagert. Der Schiebenocken weist einen Kulissenabschnitt auf, in den ein Betätigungselement eines Aktuators in Form eines Stifts zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Schiebenockens eingreift. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt. Nach der
DE 196 11 641 C1 ist der Schiebenocken nach der axialen Verschiebung desselben relativ zur Nockenwelle durch eine Arretiervorrichtung rastierbar.
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Aus der
DE 10 2007 027 979 A1 ist ebenfalls ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem auf einer Nockenwelle axial verschiebbaren Schiebenocken bekannt. Der Schiebenocken weist nach diesem Stand der Technik eine Innenverzahnung auf, die zur Lagerung des Schiebenockens auf der Nockenwelle mit einer Außenverzahnung der Nockenwelle derart zusammen wirkt, dass trotz der axialen Verschiebbarkeit des Schiebenockens relativ zur Nockenwelle einerseits eine Zentrierung des Schiebenockens auf der Nockenwelle und andererseits eine Drehmomentübertragung von der Nockenwelle auf den Schiebenocken gewährleistet ist.
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Die Funktion der Zentrierung sowie die Funktion der Drehmomentübertragung werden demnach nach dem Stand der Technik von ein und derselben Innenverzahnung des Schiebenockens sowie Außenverzahnung der Nockenwelle übernommen. Diese Art der Lagerung, die gleichzeitig die Zentrierfunktion und die Drehmomentübertragungsfunktion übernimmt, ist sehr toleranzempfindlich und nur mit großem Aufwand fertigbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, dass derselbe weniger toleranzempfindlich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind an der jeweiligen Nockenwelle und an dem jeweiligen Schiebenocken für die Zentrierung und für die Drehmomentübertragung. jeweils räumlich und funktional voneinander getrennte Abschnitte ausgebildet.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, an der Nockenwelle und dem jeweiligen Schiebenocken für die Zentrierung und für die Drehmomentübertragung räumlich und funktional voneinander getrennte Abschnitte und damit Elemente vorzusehen. Die Funktion der Drehmomentübertragung sowie die Funktion der Zentrierung sind demnach beim erfindungsgemäßen Ventiltrieb räumlich voneinander getrennt. Hierdurch ist es möglich, die räumlich und funktional voneinander getrennten Abschnitte für Zentrierung und Drehmomentübertragung jeweils unabhängig voneinander bedarfsorientiert auszulegen, wodurch die Toleranzempfindlichkeit deutlich gesenkt werden kann. Weiterhin lassen sich die Fertigungsanforderungen reduzieren und so Herstellungskosten einsparen.
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Vorzugsweise ist für die Zentrierung des jeweiligen Schiebenockens auf der jeweiligen Nockenwelle mindestens ein erster Verzahnungsabschnitt ausgebildet ist, wobei für die Drehmomentübertragung von der jeweiligen Nockenwelle auf dem jeweiligen Schiebenocken mindestens ein zweiter Verzahnungsabschnitt ausgebildet ist, wobei der oder jeder erste Verzahnungsabschnitt von dem oder jedem zweiten Verzahnungsabschnitt axial beabstandet ist. Der oder jeder erste Verzahnungsabschnitt für die Zentrierung wiest ein kleineres Radialspiel als der oder jeder zweite Verzahnungsabschnitt für die Drehmomentübertragung auf, vorzugsweise weist der oder jeder erste Verzahnungsabschnitt für die Zentrierung kein Radialspiel auf. Der oder jeder zweite Verzahnungsabschnitt für die Drehmomentübertragung weist ein kleineres Umfangsspiel als der oder jeder erste Verzahnungsabschnitt für die Zentrierung auf, vorzugsweise weist der oder jeder zweite Verzahnungsabschnitt für die Drehmomentübertragung kein Umfangsspiel auf. Diese Ausgestaltung von Nockenwellen und Schiebenocken erlaubt eine besonders vorteilhafte Bereitstellung der Zentrierungsfunktion sowie Drehmomentübertragungsfunktion bei geringer Toleranzempfindlichkeit und geringem Fertigungsaufwand.
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Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung, sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich eines Ventiltriebs;
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2 einen perspektivischen Ausschnitt aus einer Nockenwelle des Ventiltriebs;
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3 eine schematisierte Ansicht eines Schiebenockens des Ventiltriebs;
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4 einen ersten Querschnitt durch den Ventiltrieb an einer ersten Axialposition durch einen Zentrierabschnitt; und
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5 einen zweiten Querschnitt durch den Ventiltrieb an einer ersten Axialposition durch einen Drehmomentübertragungsabschnitt.
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1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs 1, der nach außen von einem im Ausführungsbeispiel gegenüber dem Zylinderkopf 1 getrennten Zylinderkopfdeckel 2 begrenzt ist. Der Zylinderkopf 1 setzt sich im Ausführungsbeispiel aus einem Zylinderkopfunterteil 3 und einem Nockenwellengehäuse 4 zusammen. Es sei darauf hingewiesen, dass auch andere Bauformen von Brennkraftmaschinen möglich sind, so z. B. eine Bauform, in welcher der Zylinderkopfdeckel 2 und der Zylinderkopf 1 einstückig ausgebildet sind.
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Gemäß 1 ist im Nockenwellengehäuse 4 zur Steuerung von Einlassventilen 5 der Brennkraftmaschine eine Einlassnockenwelle 6 gelagert. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle im Nockenwellengehäuse 4 gelagert. Pro Zylinder sind vorzugsweise zwei Einlassventile 5 und zwei nicht gezeigte Auslassventile vorgesehen, wobei die Einlassventile 5 von der Einlassnockenwelle 6 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile werden von der nicht gezeigten. Auslassnockenwelle in bekannter Weise gesteuert betätigt. Hierzu weist die im Nockenwellengehäuse 4 gelagerte Einlassnockenwelle 6 bzw. die nicht gezeigte Auslassnockenwelle jeweils mehrere Schiebenocken 7 auf. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventile der Brennkraftmaschine.
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Zur Lagerung der in 1 sichtbaren Einlassnockenwelle 6 sind Radiallagereinrichtungen 8 vorgesehen, welche einen unteren Lagerringkörper 9 umfassen, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 4 ausgebildet ist. Weiterhin umfasst jede Radiallagereinrichtung 8 einen individuellen Lagerdeckel 10, der mit dem unteren Lagerringkörper 9 mit Hilfe von z. B. Schrauben am Nockenwellengehäuse 4 befestigt ist. Die Lagedeckel 10 können auch zu einer Lagerbrücke zusammengefasst sein. Gemäß 1 betätigt die Einlassnockenwelle 6 die Einlassventile 5 mit Hilfe von Rollenschlepphebeln 11.
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Gemäß 1 ist der Schiebenocken 7 aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 12 und zwei äußeren Nockenabschnitten 13 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 13 umfasst drei Nockenbahnen 14, wobei mit jeder der Nockenbahnen 14 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der in 1 dargestellte Schiebenocken 7 umfasst demnach für jedes Ventil einen Nockenabschnitt 13 mit drei Nockenbahnen 14, der axial verschiebbar ist. Es können auch mehrere Kulissenabschnitte seitlich außen neben den Nockenabschnitten 13 vorhanden sein.
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Jedem Schiebenocken 7 ist ein nicht gezeigter Aktuator zugeordnet, der Stifte aufweist,. die mit an einer Mantelfläche des Kulissenabschnitts 12 ausgebildeten Nuten 15 des Schiebenockens 7 zusammenwirken. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 7 in einem Bereich zwischen zwei Nockenwellenlagern. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 7 wird das jeweilige Gaswechselventil gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 14 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt. Das Zusammenwirken der Stifte des nicht gezeigten Aktuators mit den Nuten 15 des Kulissenabschnitts 12 ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
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Um insbesondere nach einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 7 auf der jeweiligen Nockenwelle 6 die Relativposition des Schiebenockens 7 und damit einer bestimmten. Nockenbahn 14 des oder jedes Nockenabschnitts 13 des Schiebenockens 12 relativ zu einem zu betätigenden Einlassventil 5 zu arretieren, ist eine nicht gezeigte Arretiervorrichtung vorhanden, die mindestens ein nicht gezeigtes erstes Rastelement mit mehreren Rastvertiefungen und ein mit dem ersten Rastelement zusammenwirkendes, federbeaufschlagtes nicht gezeigtes zweites Rastelement aufweist.
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Um trotz der axialen Verschiebbarkeit des Schiebenockens 7 relativ zur Nockenwelle 6 eine ordnungsgemäße Funktion des Ventiltriebs zu gewährleisten, muss einerseits eine Zentrierung des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 und andererseits eine Drehmomentübertragung von der Nockenwelle 6 auf den Schiebenocken 7 gewährleistet sein.
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Hierzu sind im Sinne der hier vorliegenden Erfindung an der Nockenwelle 6 und dem Schiebenocken 7 für die Zentrierung und für die Drehmomentübertragung jeweils räumlich und funktional voneinander getrennte Abschnitte 16 bzw. 17 ausgebildet, nämlich mindestens ein erster Abschnitt 16 zur Zentrierung und mindestens ein zweiter Abschnitt 17 zur Drehmomentübertragung.
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Erfindungsgemäß sind demnach die Funktionen Drehmomentübertragung und Zentrierung zwischen Nockenwelle 6 und Schiebenocken 7 funktional und räumlich voneinander getrennt. Hierdurch ist es möglich, diese Abschnitte 16 und 17 jeweils bedarfsorientiert auszulegen und so die Toleranzempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Ventiltriebs zu reduzieren. Ferner können Fertigungsanforderungen und Fertigungskosten gesenkt werden.
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Der oder jeder erste Abschnitt 16 für die Zentrierung des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 ist als erster Verzahnungsabschnitt 18 ausgebildet. Der oder jeder zweite Abschnitt 17 für die Drehmomentübertragung von der Nockenwelle 6 auf den Schiebenocken 7 ist als zweiter Verzahnungsabschnitt 19 ausgebildet. Diese Verzahnungsabschnitte 18 und 19 sind axial voneinander beabstandet und demnach an unterschiedlichen Axialsegmenten von Nockenwelle 6 und Schiebenocken 7 ausgebildet.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel (siehe 2 und 3) sind für die Zentrierung zwei axial. voneinander beabstandete Abschnitte 16 und damit erste Verzahnungsabschnitte 18 ausgebildet, wobei für die Drehmomentübertragung ein einziger Abschnitt 17 und damit zweiter Verzahnungsabschnitt 19 ausgebildet ist, der gemäß 2 und 3 zwischen den beiden ersten Verzahnungsabschnitten 18 positioniert ist.
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Die ersten Verzahnungsabschnitte 18 für die Zentrierungsfunktion verfügen über ein kleineres Radialspiel als der zweite Verzahnungsabschnitt 19 für die Drehmomentübertragungsfunktion.
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Der zweite Verzahnungsabschnitt 19 für die Drehmomentübertragungsfunktion verfügt hingegen über ein kleineres Umfangsspiel als die ersten Verzahnungsabschnitte 18 für die Zentrierungsfunktion.
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Durch den zweiten Verzahnungsabschnitt 19 für die Drehmomentübertragungsfunktion mit minimierter Umfangstoleranz kann eine relative Verdrehung des Schiebenockens 7 zur Nockenwelle 6 bei der Drehmomentübertragung sicher vermieden werden.
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Die radiale Zentrierung des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6 übernehmen die ersten Verzahnungsabschnitte 18 mit dem geringen Radialspiel, sodass eine Desaxierung von Nockenwellen 6 und Schiebenocken 7 und ein hierdurch gegebenenfalls bewirkter Nockenschlag sicher vermieden werden kann.
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Weitere Details der funktional und räumlich voneinander getrennten Verzahnungsabschnitte 18 und 19 ergeben sich aus 4 und 5, wobei 4 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb im Bereich eines der Zentrierung dienenden, ersten Verzahnungsabschnitts 18 zeigt, wohingegen 5 einen zweiten Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb im Bereich des zweiten Verzahnungsabschnitts 19 für die Drehmomentübertragungsfunktion zeigt.
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So zeigt 4, dass zur Bereitstellung des oder jedes für die Zentrierung vorgesehenen ersten Verzahnungsabschnitts 18 an der Nockenwelle 6 radial außen über den Umfang derselben verteilt mehrere Zentrierungsvorsprünge 20 ausgebildet sind, die in an dem. Schiebenocken 7 radial innen ausgebildete Zentrierungsvertiefungen 21 eingreifen. Zur Bereitstellung des der Drehmomentübertragung dienenden zweiten. Verzahnungsabschnitts 19 sind radial außen über den Umfang der Nockenwelle 6 verteilt mehrere Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 ausgebildet, die in an dem jeweiligen Schiebenocken 7 radial innen ausgebildete Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 eingreifen. Ebenso greifen radial innen am Schiebenocken 7 ausgebildete Drehmomentübertragungsvorsprünge, welche die Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 desselben begrenzen, in radial außen an der Nockenwelle 6 ausgebildete Drehmomentübertragungsvertiefungen ein, die von den Drehmomentübertragungsvorsprüngen 22 desselben begrenzt sind.
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Dabei ist ein Kopfradius r1 der Zentrierungsvorsprünge 20 der Nockenwelle 6 größer als ein Kopfradius r2 der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 der Nockenwelle 6.
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An dem für die Drehmomentübertragungsfunktion vorgesehenen, zweiten Verzahnungsabschnitt 19 besteht sowohl im Bereich eines sogenannten Kopfkreises des zweiten Verzahnungsabschnitts 19 als auch im Bereich eines sogenannten Fußkreises des zweiten Verzahnungsabschnitts 19 zwischen den Drehmomentübertragungsvorsprüngen 22 und. den Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 ein Radialspiel 26 (siehe 5), wohingegen seitliche Flanken 24 der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 und der Drehmomentübertragungsvertiefungen 23 in Umfangsrichtung nahezu spielfrei aneinander liegen.
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Demgegenüber liegen an den für die Zentrierung vorgesehenen ersten Verzahnungsabschnitten 18 im Bereich des Kopfkreises des jeweiligen Verzahnungsabschnitts 18 die Zentrierungsvorsprünge 20 radial nahezu spielfrei an den Zentrierungsvertiefungen 21 an, im Bereich der Zentrierungsverzahnungen 18 ist hingegen zwischen seitlichen Flanken 25 der Zentrierungsvorsprünge 20 und Zentrierungsvertiefungen 21 ein Umfangsspiel 27 (siehe 4) ausgebildet.
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Daraus folgt, dass die beiden ersten Verzahnungsabschnitte 18 für die Zentrierung als Kopfzentrierung und der zweite Verzahnungsabschnitt 19 für die Drehmomentübertragung als Flankenzentrierung ausgeführt sind, die jeweils axial voneinander beabstandet und demnach nicht nur funktional, sondern auch räumlich voneinander getrennt sind.
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Wie 4 und 5 entnommen werden kann, unterscheiden sich die Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 der Nockenwelle 6 von den Zentrierungsvorsprüngen 20 der Nockenwelle 6 nicht nur durch ihren Kopfradius r1 bzw. r2, sondern zusätzlich durch deren Umfangsbreite. So ist die Umfangsbreite der Zentrierungsvorsprünge 20 größer als die Umfangsbreite der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22.
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Eine Umfangsbreite der Zentriervertiefungen 21 des jeweiligen Schiebenockens 7 ist größer als eine Umfangsbreite der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 der jeweiligen Nockenwelle 6.
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Vorzugsweise ist die Umfangsbreite der Zentrierungsvertiefungen 21 des Schiebenockens 7 dabei derart bemessen, dass dieselben ein Vielfaches der Umfangsbreite der Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 der Nockenwelle 6 betragen, sodass (siehe 5) in einer Zentrierungsvertiefung 21 mehrere Drehmomentübertragungsvorsprünge 22 kontaktfrei Aufnahme finden können, und zwar ohne dass in Umfangsrichtung gesehen Flanken 24 der Drehmomentvorsprünge 22 der Nockenwelle 6 an den Flanken 25 der Zentrierungsvertiefung 21 des Schiebenockens 7 zur Anlage kommen.
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Die Erfindung ermöglicht die räumlich und funktional voneinander getrennten Abschnitte 16, 17 für Zentrierung und Drehmomentübertragung unabhängig voneinander bedarfsorientiert auszulegen, wodurch die Toleranzempfindlichkeit deutlich gesenkt werden kann. Weiterhin lassen sich die Fertigungsanforderungen reduzieren und so Herstellungskosten einsparen. Doppelpassungen können sicher vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Zylinderkopfdeckel
- 3
- Zylinderkopfunterteil
- 4
- Nockenwellengehäuse
- 5
- Einlassventil
- 6
- Einlassnockenwelle
- 7
- Schiebenocken
- 8
- Radiallagereinrichtungen
- 9
- Lagerringkörper
- 10
- Lagerdeckel
- 11
- Rollenschlepphebel
- 12
- Kulissenabschnitt
- 13
- Nockenabschnitt
- 14
- Nockenbahn
- 15
- Nut
- 16
- Abschnitt
- 17
- Abschnitt
- 18
- Verzahnungsabschnitt
- 19
- Verzahnungsabschnitt
- 20
- Zentrierungsvorsprung
- 21
- Zentrierungsvertiefung
- 22
- Drehmomentübertragungsvorsprung
- 23
- Drehmomentübertragungsvertiefung
- 24
- Flanke
- 25
- Flanke
- 26
- Radialspiel
- 27
- Umfangsspiel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19611641 C1 [0002, 0002]
- DE 102007027979 A1 [0003]
