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Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 einen Schwenkmotorversteller.
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Die
DE 10 2008 051 145 A1 betrifft bereits einen Schwenkmotorversteller mit einem zahnriemengetriebenen Stator. Innerhalb dieses Stators ist ein Rotor angeordnet, der mittels einer Zentralschraube gegen eine Nockenwelle verspannt ist. Innerhalb der Nockenwelle ist ein von einem elektromagnetischen Stellglied axial verschiebbarer Hydraulkkolben angeordnet. Der Hydraulikkolben weist auf der dem Stellglied zugewandten Seite einen Zapfen auf. Der Zapfen liegt an einem Betätigungsstößel des Stellgliedes an. Der Zapfen ist radial innerhalb einer Dichtung angeordnet, die radial außen im Bereich eines Schraubenkopfes der Zentralschraube eingesetzt ist.
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Aus der
DE 10 2010 023 864.3 ist bereits ein Schwenkmotorversteller mit einem Zentralventil bekannt. Auf das Zentralventil ist eine Buchse aufgesetzt, die ein Anschlussreihenfolge P-A-B ermöglicht. Dabei wird ein Tankabfluss durch die Zentralschraube in die Nockenwelle geführt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen dichten zahnriemengetriebenen Schwenkmotorversteller für eine Nockenwelle zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Gemäß einem Vorteil der Erfindung ist das Hydraulikventil des Schwenkmotorverstellers als Zentralventil innerhalb einer Zentralschraube ausgeführt. Eine solche Zentralventil hat Bauraumvorteile. Außer Zentralventilen gibt es noch die externen Hydraulikventile zur Betätigung des Schwenkmotorverstellers. Beim externen Hydraulikventil verlaufen die Hydraulikkanäle zur Nockenwellenverstellung vom Schwenkmotorversteller zu einem gesonderten Steuertriebdeckel mit dem dort eingeschraubten Hydraulikventil oder aber zum Zylinderkopf mit dem dort eingeschraubten Hydraulikventil. Mit den hydraulischen Leitungen vom Schwenkmotorversteller zum externen Hydraulikventil gehen Leitungsverluste einher. Zudem werden die Steuerungen von externen Hydraulikventil nicht so dynamisch umgesetzt, wie beim Zentralventil. Das ebenfalls hydraulische Zentralventil ist radial innerhalb der Rotornabe des Schwenkmotorverstellers angeordnet.
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Zahnriemengetriebe Statoren bzw. Nockenwellen bieten gegenüber dem Kettengetrieb den Vorteil eines ruhigen Laufes. Überdies sind Zahnriemen leichter und kostengünsitger. Eine Schmierung ist nicht notwendig – bei Standard-Zahnriemen aber auch nicht erwünscht.
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In besonders vorteilhafter Weise ist der Zapfen axial verschiebbar gegenüber der Stangendichtung geführt.
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Die Stangendichtung kann ein Profil mit Schrägen oder ein Profil mit einer ausgerundeten Wölbung aufweisen. Damit wird zum einen erreicht, dass die Stangendichtung eine radiale Weichheit hat, die Koaxialitätsfehler des Zapfens ausgleichen kann. Zum anderen kann die Stangendichtung unter einer Vorspannung radial am Zapfen anliegen.
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Der Kolben ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung komplett druckausgeglichen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung stützt das selbe Spannelement die Buchse in den beiden axialen Richtungen ab.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Dabei zeigen
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1 einen Schwenkmotorversteller mit einem Rotor in einer geschnittenen Ansicht,
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2 in einem Schnitt enlang einer Längsachse des Schwenkmotorverstellers gemäß 1 eine Zentralschraube, die den Rotor gemäß 1 gegen eine Nockenwelle verspannt,
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3 die eingebaute Zentralschraube gemäß 2 ebenfalls in einem Schnitt entlange der Längsachse – jedoch 90° gedreht im Ver hältnis zum Schnitt gemäß 2 und
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4 eine alternative Ausführungsform mit einer Stangendichtung.
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Mit einem Schwenkmotorversteller 14 gemäß 1 wird während des Betriebes eines Verbrennungsmotors die Winkellage an der in 2 ersichtlichen Nockenwelle 18 gegenüber einem Zahnriemenrad 2 stufenlos verändert. Durch Verdrehen der Nockenwelle 18 werden die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile so verschoben, dass der Verbrennungsmotor bei der jeweiligen Drehzahl seine optimale Leistung bringt. Der Schwenkmotorversteller 14 weist einen zylindrischen Stator 1 auf, der drehfest mit dem Antriebsrad 2 verbunden ist. Über das Zahnriemenrad 2 ist ein Zahnriemen als Antriebselement geführt. Über das Zahnrriemenrad 2 ist der Stator 1 mit der Kurbelwelle antriebsverbunden.
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Der Stator 1 umfasst einen zylindrischen Statorgrundkörper 3, an dessen Innenseite radial nach innen in gleichen Abständen Stege 4 abstehen. Zwischen benachbarten Stegen 4 werden Zwischenräume 5 gebildet, in die, über ein in 2 näher dargestelltes Zentralventil 12 gesteuert, Druckmedium eingebracht wird. Zwischen benachbarten Stegen 4 ragen Flügel 6, die radial nach außen von einer zylindrischen Rotornabe 7 eines Rotors 8 abstehen. Diese Flügel 6 unterteilen die Zwischenräume 5 zwischen den Stegen 4 jeweils in zwei Druckkammern 9 und 10.
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Die Stege 4 liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der Außenmantelfläche der Rotornabe 7 an. Die Flügel 6 ihrerseits liegen mit ihren Stirnseiten dichtend an der zylindrischen Innenwand des Statorgrundkörpers 3 an.
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Der Rotor 8 ist drehfest mit der Nockenwelle 18 verbunden. Um die Winkellage zwischen der Nockenwelle 18 und dem Zahnriemenrad 2 zu verändern, wird der Rotor 8 relativ zum Stator 1 gedreht. Hierzu wird je nach gewünschter Drehrichtung das Druckmedium in den Druckkammern 9 oder 10 unter Druck gesetzt, während die jeweils anderen Druckkammern 10 oder 9 zum Tank hin entlastet werden. Um den Rotor 8 gegenüber dem Stator 1 entgegen dem Uhrzeigersinn in die dargestellte Stellung zu verschwenken, werden vom Zentralventil 12 Rotorkanäle 11 unter Druck gesetzt, die Hydraulikfluid in die Druckkammern 10 führen. Um den Rotor 8 hingegen im Uhrzeigersinn zu verschwenken, werden vom Zentralventil 12 Rotorkanäle 13 in der Rotornabe 7 unter Druck gesetzt. Diese Rotorkanäle 13 führen in die Druckkamern 9. Die beiden Rotorkanäle 11, 13 sind bezüglich einer Zentralachse 22 axial beabstandet zueinander angeordnet.
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Der Rotor 8 ist mittels einer zeichnerisch nicht näher dargestellten Kompensationsfeder gegen den Stator 1 drehelastisch vorgespannt.
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Wie in 2 ersichtlich ist, ist die Nockenwelle 18 gebaut. Dabei weist sie ein Hohlrohr 16 auf, auf welches in nicht näher dargestellter Weise Nocken zur Betätigung der Gaswechselventile aufgepresst sind. Eine zusätzliche Mikroverzahnung erhöht diesen Presssitz bzw. fügt einen leichten Formschluss hinzu.
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Der Rotor 8 ist auf die Nockenwelle 18 gesteckt. 2 zeigt dabei in einem Schnitt enlang der Längsachse 22 des Schwenkmotorverstellers gemäß 1 das Zentralventil 12. Das Zentralventil 12 ist einer Zentralschraube 26 zugehörig, die den Rotor 8 gegen die Nockenwelle 18 axial verspannt.
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Die in 1 gestrichelt dargestellten radialen Rotorkanäle 11 der Rotornabe 7 führen dabei in den ersten Arbeitsanschluss A. Somit sind die diesem ersten Arbeitsanschluss A zugeordneten Druckkammern 9 entsprechend der 2 über den ersten Arbeitsanschluss A gegen einen Tankabfluss T entlastet. Die Ringnut 45 dieses ersten Arbeitsanschlusses A ist dabei außen an einer Hülse 17 vorgesehen, die auf einen Absatz 44 der Zentralschraube 26 aufgeschoben ist.
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Bezüglich der Zentralachse 22 axial neben diesem ersten Arbeitsanschluss A ist ein zweiter Arbeitsanschluss B vorgesehen. Dieser zweite Arbeitsanschluss B führt radial nach außen in die radialen Bohrungen 13 der Rotornabe 7.
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Der Versorgungsanschluss P liegt an der Nockenwelle 18 im Bereich eines zeichnerisch nicht dargestellten Nockenwellenlagers. Diesem Versorgungsanschluss P schließt sich der ersten Arbeitsanschluss A bezüglich der Längsachse 22 axial an. Somit liegt der erste Arbeitsanschluss A zwischen dem zweiten Arbeitsanschluss B und dem Versorgungsanschluss P. In den Versorgungsanschlusses P kann in einer alternativen Ausgestaltung auch ein Sieb eingesetzt sein, welches das Zentralventil 12 vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln schützt.
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Wie in einer Zusammenschau von 2 und 3 ersichtlich ist, fließt das Hydraulikfluid vom Versorgungsanschluss P über einen Ringkanal 43 zu axial innerhalb der Hülse 17 verlaufenden Längskanälen 39. Von diesen Längskanälen 39 verläuft das Hydraulikfluid zu Querbohrungen 35, die das Hydraulikfluid in einen Ringkanal 40 zwischen zwei beiderseits eines Hohlkolbens 19 angeordneten Ringstegen 32, 41 leiten. Mittels dieser beiden Ringstege 32, 41 ist das vom Versorgungsanschluss P kommende Hydraulikfluid auf den ersten Arbeitsanschluss A oder alternativ in einer anderen Ventilstellung auf den zweiten Arbeitsanschluss B leitbar. Wird der eine Arbeitsanschluss A bzw. B belastet, so wird der andere Arbeitsanschluss B bzw. A gegen den Tankabfluss T entlastet.
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Die Längskanäle 39 sind umfangsmäßig versetzt zum ersten Arbeitsanschluss A mit einem Querkanal 58 angeordnet. Dieser Querkanal druchdringt sowohl die Zentralschraube 26 als auch die Hülse 17.
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Zur Verschiebung des Hohlkolbens 19 ist ein elektromagnetisches Stellglied 21 vorgesehen. Dieses Stellglied 21 weist einen Elektromagneten auf, der eine Spule 42 und einen koaxial innerhalb dieser Spule 42 angeordneten Ankermagneten aufweist. In diesen nicht näher dargestellten Ankermagneten ist ein Betätigungsstößel 20 eingesteckt und an dessen einem Ende abgestützt. An dessen anderem Ende ist der Betätigungsstößel 20 über eine Kugel 25 an der Stirnfläche 37 eines Zapfens 36 abgestützt. Dieser Zapfen 36 ist in eine Bohrung 34 im Hohlkolben 19 eingepresst.
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Diese Bohrung 34 weist einen geringeren Durchmesser auf, als der Innendurchmesser des Hohkolbens 19. Zwischen dieser Bohrung 34 und dem dem Zapfen 36 näher stehenden Ringsteg 32 sind Öffnungen 33 im Hohlkolben 19 vorgesehen, die Hydraulifluid vom zweiten Arbeitsanschluss B zum Tankabfluss T führen, wenn der Betätigungsstößel 20 so weit gegen die Spannung einer Schraubendruckfeder 24 ausgerückt ist, dass der Ringsteg 41 den Hydraulikfluss vom Versorgungsanschluss P zum Arbeitsanschluss A freigibt. In der maximal ausgerückten Stellung des Betätigungsstößels 20 ist die Schraubendruckfeder 24 stark gestaucht. Der Hohlkolben 19 ist dabei über die Schraubendruckfeder 24 elastisch an einem Absatz 30 innerhalb der Zentralschraube 26 abgestützt, so dass die Schraubendruckfeder 24 bestrebt ist, den Hohlkolben 19 gegen den Betätigungsstößel 20 des Stellgliedes 21 zu drücken.
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Hingegen liegt in der in 2 dargestellten eingerückten Stellung des Betätigungsstößels 20 der Hohlkolben 19 an einer ringförmigen Axialsicherung 29 an, die bis auf Anschlag an einen Absatz 28 innerhalb der Zentralschaube 26 eingeschraubt ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Axialsicherung 29 auch in anderer Weise befestigt sein. Beispielsweise kann die Axialsicherung 29 eingepresst sein.
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Dem Absatz 28 schließt sich eine Bohrung 27 an, die den Hohlkolben 19 aufnimmt. Auf der vom Hohlkolben 19 abgewandten Seite der Axialsicherung 29 ist eine Stangendichtung 31 angeordnet. Die Stangendichtung 31 ist an der einen Seitefläche 46 der Axialsicherung abgestützt. An deren anderer Seitenfläche 47 ist der Hohlkolben 19 zur Anlage bringbar.
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Der Zapfen 36 liegt mit dessen Mantelfläche 59 an einer Innenkante der Stangendichtung 31 an. Diese Stangendichtung 31 ist in den Mündungsbereich einer zentralen mehrfach gestuften Bohrung 50 der Zentralschraube 26 eingesetzt, die über die besagte Bohrung 27 zur Aufnahme des Hohlkolbens 19 über eine Ablaufbohrung 48 schließlich zum Tankablauf T führt. Dabei liegt die Mantelfläche 49 der Stangendichtung 31 radial außen in der Bohrung 50 im Bereich innerhalb eines Schraubenkopfes 38 der Zentralschraube 26 an. Der Zapfen 36 ist axial verschiebbar gegenüber der Stangendichtung 31 geführt.
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Die Stangendichtung 31 weist im Profil einen radial inneren Bereich 51 auf, der sich schräg vom Zapfen zur Axialsicherung 29 entlang einer Geraden 52 erstreckt, die gemeinsam mit der Längsachse 22 einen sich zur Nockenwelle 18 hin öffnenden Winkel α bildet.
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Ferner weist die Stangendichtung 31 im Profil einen radial äußeren Bereich 53 auf, der sich schräg von seiner Mantelfläche zur Axialsicherung hin entlang einer Geraden 54 erstreckt, die gemeinsam mit der Längsachse 22 einen sich zum Stellglied 50 hin öffnenden Winkel β bildet.
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Um die Stangendichtung 31 nicht zu beschädigen, weist der Zapfen 36 eine sehr hohe Oberflächengüte auf. Dazu ist der Zapfen 36 als Zylinderrolle ausgeführt. Solche Zylinderrollen finden in dünnen Ausführungsformen in Nadellagern Anwendung. Diese Zylinderrollen sind gehohnt und korrosionsfest. Die im ständiger Reibung mit dem Zapfen 36 stehende Kugel 25 entstammt ebenfalls der Wälzlagerproduktion. Solche Kugeln findet dabei Anwendung als Wälzkörper von Kugellagern. Der Betätigungsstößel 20 weist ein Sackloch 55 auf, in das die Kugel 25 eingesetzt ist.
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Der Schraubenkopf 38 der Zentralschraube 26 weist einen Sechskant auf. Anstelle dieses Sechskants sind in alternativen Ausgestaltungen auch andere Werkzeugangriffe möglich. So kann beispielsweise ein Vierkant oder ein Vielrundkopf Anwendung finden.
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Der Schraubenkopf 38 ist in einer zentralen Ausnehmung 56 des Stators 1 versenkt. Dabei hat der Schraubenkopf 38 die Form eines Flanschschraubenkopfes. Der für diese Schraubenkopffom typische scheibenfömge Bereich 23 weist an dessen Außenkante eine umlaufende Nut auf. In diese Nut ist ein Dichtring 57 eingesetzt. Dieser Dichtring 57 liegt in der zentralen Ausnehmung 56 auf der Innenseite des Stators 1 an. Der Dichtring ist als O-Ring ausgeführt. Jedoch sind auch andere Dichringe möglich, die beim Einschrauben keinen Schaden nehmen. Beispielsweise kann der Dichtring auch als Radialwellendichtring ausgeführt sein. Der Dichtring verhindert das Austreten von Hydraulikfluid aus dem Schwenkmotorversteller.
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In einer alternativen zeichnerisch nicht näher dargestellten Ausgestaltungsform ist die Kanalkreuzung zur Führung des Drucks vom Versorgungsanschluss P zwischen die beiden Arbeitsanschlüsse A, B nicht in der Hülse 17 vorgesehen. Stattdessen ist die Kanalkreuzung im Rotor 8 vorgesehen.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einer Stangendichtung 131. Die Stangendichtung 131 ist einerseits an der einen Seitefläche 146 einer Axialsicherung 129 abgestützt. Andererseits ist die Stangendichtung 131 an dem Hohlkolben 119 zur Anlage bringbar. Die Stangendichtung 131 weist einen Kunststoffkörper 198 auf. Der Kunststoffkörper 198 weist am Außenumfang eine Dichtung 199 auf. Diese Dichtung 199 ist als O-Ring ausgeführt, der in einer umlaufende Ringnut des Kunststoffkörpers 198 eingesetzt ist. Diese Dichtung 199 dichtet gebenüber dem Schraubenkopf 138 der Zentralschraube 126 ab. Hingegen ist radial innerhalb der Dichtung 199 ein ringförmiger Körper 197 vorgesehen, der ebenfalls als O-Ring ausgeführt ist. Dieser O-Ring drückt eine Dichtlippe 196 gegen den Zapfen 136. Anstelle des O-Ring kann auch eine Schlauchfeder vorgesehen sein.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Zahnriemenrad
- 3
- Statorgrundkörper
- 4
- Stege
- 5
- Zwischenräume
- 6
- Flügel
- 7
- Rotornabe
- 8
- Rotor
- 9
- Druckkammern
- 10
- Druckkammern
- 11
- Rotorkanal
- 12
- Zentralventil
- 13
- Rotorkanal
- 14
- Schwenkmotorversteller
- 15
- Buchse
- 16
- Hohlrohr
- 17
- Hülse
- 18
- Nockenwelle
- 19
- Hohlkolben
- 20
- Betätigungsstößel
- 21
- Stellglied
- 22
- Zentralachse
- 23
- scheibenförmiger Bereich
- 24
- Schraubendruckfeder
- 25
- Kugel
- 26
- Zentralschraube
- 27
- Bohrung
- 28
- Abastz
- 29
- Axialsicherung
- 30
- Absatz
- 31
- Stangendichtung
- 32
- Ringsteg
- 33
- Öffnungen
- 34
- Bohrung
- 35
- Querbohrungen
- 36
- Zapfen
- 37
- Stirnfläche
- 38
- Schraubenkopf
- 39
- Längskanäle
- 40
- Ringkanal
- 41
- Ringsteg
- 42
- Spule
- 43
- Ringkanal
- 44
- Absatz
- 45
- Ringnut
- 46
- Seitenfläche
- 47
- Seitenfläche
- 48
- Ablaufbohung
- 49
- Mantelfläche
- 50
- Bohrung
- 51
- innerer Bereich
- 52
- Gerade
- 53
- äußerer Bereich
- 54
- Gerade
- 55
- Sackloch
- 56
- zentrale Ausnehmung
- 57
- Dichting
- 58
- Querkanal
- 59
- Mantelfläche
- 119
- Hohlkolben
- 126
- Zentralschraube
- 131
- Stangendichtung
- 136
- Zapfen
- 146
- Seitenfläche
- 196
- Dichtlippe
- 197
- ringförmiger Körper
- 198
- Kunststoffkörper
- 199
- Dichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008051145 A1 [0002]
- DE 102010023864 [0003]
