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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller, für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, einen Lkw oder einen Van, mit einem Stator, innerhalb dessen ein Rotor drehbar angeordnet ist, wobei der Stator zusammen mit dem radial abstehende Flügel aufweisenden Rotor Flügelzellen ausbildet, die mit einem Hydraulikmittel befüllbar sind, wobei der Rotor eine Aufnahme aufweist, in die eine Nockenwelle einsteckbar ist und die Aufnahme eines Flanschbereichs des Rotors durchdringt.
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Eine solche Vorrichtung wird zur Übertragung eines Verstellmomentes auf eine Nockenwelle angewandt.
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Nockenwellenversteller sind grundsätzlich schon aus dem Stand der Technik bekannt, etwa aus der
DE 10 2010 050 606 A1 . Dort ist ein Rotor für einen Nockenwellenversteller näher betrachtet, der ein Nabenteil mit einer Ölzuführung umfasst, zumindest einen am Nabenteil radial angeordneten Flügel aufweist sowie durch das Nabenteil verlaufende, mit der Ölzuführung strömungstechnisch verbundene Ölkanäle besitzt. In jener Druckschrift wird offenbart, dass die Herstellung des Rotors vereinfacht werden kann, indem der Rotor aus einem Grundkörper und zumindest einem stirnseitig am Grundkörper angeordneten Abdeckelement zusammengesetzt wird. Die Ölkanäle sollen dabei durch das Abdeckelement axial verschlossen sein.
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Benachbarter Stand der Technik ist auch aus der
DE 196 23 818 A1 , der
US 6,155,221 A und der
US 6,006,709 A bekannt. Dort werden Steuervorrichtungen zum Variieren einer Dreh- oder Winkelphase zwischen zwei drehenden Wellen offenbart, welche vorzugsweise anwendbar auf eine Ventilsteuerzeiten-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor sein sollen. Dabei ist ein Backengehäuse mit einer Antriebswelle verbunden und mit dieser drehbar ausgebildet. Ein Flügelrotor ist mit einer Abtriebswelle verbunden und im Backengehäuse derart aufgenommen, um eine Drehung innerhalb eines vorbestimmten Winkels hinsichtlich des Backengehäuses zu bewirken. Der Flügelrotor und das Backengehäuse definieren zusammenwirkend Hydraulikkammern, deren Volumen entsprechend einer Drehlage des Flügelrotors hinsichtlich des Backengehäuses variabel sind. Ein Verriegelungsteil ist im Flügelrotor aufgenommen und in einer Richtung parallel zur Drehachse des Backengehäuses und des Flügelrotors verschiebbar. Eine Eingriffsöffnung, die in einer am Backengehäuse gesicherten Frontplatte ausgebildet ist, nimmt das Verriegelungsteil über eine konische Oberfläche auf. Mit dieser Anordnungsweise soll es möglich werden, eine Steuerungsvorrichtung zum Variieren einer Dreh- oder Winkelphase zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle zu schaffen, die bei einer einfachen, leicht herzustellenden und für eine Minimierung angeblich geeigneten Bauweise eine ausreichende Haltbarkeit der Vorrichtung beibehält, ohne Klopfgeräusche oder erhöhte Betätigungswiderstände hervorzurufen.
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Es ist von großer Wichtigkeit, dass der Rotor drehfest an der Nockenwelle befestigbar oder befestigt ist. Dazu gehören herkömmlicherweise reibungserhöhende Beschichtungen, die entweder auf Seiten des Rotors und/oder auf Seiten der Nockenwelle verwendet werden. Auch werden teilweise Diamantscheiben eingesetzt, die bspw. auf die Stirnfläche der Nockenwelle Einfluss nehmen. Auch wird bis jetzt auf Laserstrukturen, d.h. durch Lasereinwirkung entstandene Strukturen, zurückgegriffen, um an besagter Stelle reibungserhöhend einzuwirken.
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Allerdings ziehen die bekannten Maßnahmen meist hohe Zusatzkosten nach sich.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine präzise und gleichzeitig drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor und der Nockenwelle zu ermöglichen, wobei dabei trotzdem die Kosten niedrig gehalten werden sollen. Die Nachteile aus dem Stand der Technik sollen insbesondere vermieden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei einem gattungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Flanschbereich eine solche Mikro- und/oder Makrostruktur ausbildet, die einen spielfreien Formschluss zwischen dem Rotor und eine im Montagefall in diesen gesteckte Nockenwelle erzwingt.
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Unter Mikrostruktur ist eine Struktur zu verstehen, die musterartige Vertiefungen an der Kontaktfläche des Rotors oder der Nockenwelle ausbildet. Bevorzugt haben diese Vertiefungen eine Tiefe von 0,001 mm bis 1 mm und sind voneinander 0,1 mm bis 5 mm beabstandet. Die Muster können in Kreis-, Viereck-, Dreieck- oder Trapezform ausgeführt sein und/ oder eine Oberflächenrauheit Rz zwischen 16 und 1000 aufweisen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Makrostruktur von ihrer Geometrie und/oder ihrem Härtegrad zur Ausbildung von eckigen oder kantigen Einschnitten auf der Nockenwelle geeignet ist oder die Makrostruktur von ihrer Geometrie und/oder ihrem Härtegrad zur Ausbildung von Fließnasen aus Rotormaterial auf einer eingesteckten Nockenwelle geeignet ist. Im ersten der beiden Fälle frisst sich der Flanschabschnitt des Rotors quasi eine Einschnürung bildend in die Nockenwelle hinein und stellt einen Formschluss sicher. Eine plastische Verdrängung des Nockenwellenmaterials wird in Kauf genommen und ist sogar gewünscht. Im zweiten der beiden Fälle wird ebenfalls eine plastische Verformung in Kauf genommen und ist sogar gewünscht, wobei in diesem Fall jedoch an einem radial inneren Ende des Flanschabschnitts des Rotors diese auftritt. Die Fließnasen des weicheren Rotormaterials liegen dann nämlich einen Formschluss mit der härteren Nockenwelle sicherstellend, auf der Mantelfläche der Nockenwelle auf.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn eine Anschlagfläche des Rotors für eine Stirnseite der einsteckbaren Nockenwelle eine Ebene definiert, die durch zumindest einen sich radial durch den Rotor ersteckenden Hydraulikmittelversorgungsdurchgang, wie eine Bohrung, verläuft, etwa mittig durch diese oder um 10 % des Durchmessers des Hydraulikmittelversorgungsdurchgangs zur einer Mittellinie durch diese versetzt. Natürlich sind auch mehrere Hydraulikmittelversorgungsdurchgänge, insbesondere Durchlässe oder Leitungsabschnitte einsetzbar. Insbesondere können die Hydraulikmittelversorgungsdurchgänge sternförmig oder zumindest winkelgleich zueinander versetzt sein. Auf diese Weise kann, wenn die Nockenwelle in die Ausnehmung eingesetzt ist und mit ihrer Stirnfläche auf die Anschlagfläche des Rotors trifft, eine Zentralschraube axial durch den Rotor geführt werden und axial in die Nockenwelle eingeschraubt werden, so dass die Nockenwelle in das Innere des Rotors gezogen wird. Eine ausreichend große Vorspannung kann dann aufgebracht werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann jedoch das zum Anzug benötigte Drehmoment reduziert werden.
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Um ein effizientes Funktionieren des Nockenwellenverstellers zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn sich der Hydraulikmittelversorgungsdurchgang von einer Außenoberfläche des Rotors bis zu einer Innenoberfläche des Rotors geradlinig oder gekrümmt erstreckt. Da der Hydraulikmittelversorgungsdurchgang vom Inneren eines Zentralventils zu den Flügelzellen führt, ist es von Vorteil, wenn zwei Hydraulikmittelversorgungsdurchgänge, einmal als Ein- und einmal als Auslass vorgehalten sind.
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Wenn eine Halbschale des Hydraulikmittelversorgungsdurchgangs in der Anschlagfläche des Rotors ausgebildet ist, so kann der Nockenwellenversteller besonders kompakt ausgestaltet werden. Zusätzlich oder alternativ kann bspw. die andere Halbschale durch die Stirnfläche der Nockenwelle ersetzt werden.
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Um die Makrostruktur zu perfektionieren, ist es von Vorteil, wenn zwischen dem zur Kontaktierung der Mantelfläche der Nockenwelle vorgesehenen Flanschbereich und der Anschlagfläche ein axialer Abstand vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller und einer drehfest mit dem Rotor verbundenen Nockenwelle. Ein solch modulares System kann dann in einem verbrennungskraftmaschinenartigen Aggregat, wie einem Motor, eingesetzt werden. Ein solcher Motor ist dann zum Einsatz in luft-, wasser- oder landgebundenen Fahrzeugen geeignet.
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Eine Hydraulikmittelversorgung, etwa wie ein Fluid, wie Öl, zur Flügelzelle kann einerseits sichergestellt werden, wenn die Stirnseite der Nockenwelle und die abschnittsweise konkav ausgeformte Anschlagfläche zumindest einen Abschnitt des Hydraulikmittelversorgungsdurchgangs definieren. Andererseits kann auch die Nockenwellenverstelleinrichtung axial kürzer gestaltet werden.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche der Makrostruktur härter als die Oberfläche der Nockenwelle ist oder die Oberfläche der Nockenwelle härter als zumindest die Oberfläche der Makrostruktur ist. Die Makrostruktur ist dann ein Teil des Flanschbereiches des Rotors. Natürlich ist es auch von Vorteil, wenn der gesamte Flanschbereich oder sogar der gesamte Rotor härter als die Oberfläche der Nockenwelle oder sogar härter als die gesamte Nockenwelle ist. Auch der umgekehrte Fall ist denkbar. Beide Varianten haben unterschiedliche Vorteile, die bedarfsgerecht umsetzbar sind.
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Damit sich die Fließnasen gut ausbilden können oder die Einschnürung ausreichend präzise darstellbar ist, ist es von Vorteil, wenn zwischen der Anschlagfläche des Rotors und dem Flanschbereich des Rotors ein ringförmiger Leerraum vorhanden ist, der direkt an die Mantelfläche der Nockenwelle grenzt.
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Auch ist es von Vorteil, wenn mehrere der Mantelfläche der Nockenwelle zugewandte Nuten im Flanschbereich vorhanden sind, so dass reibungserhöhende Deformationen im Grenzbereich zwischen der Nockenwelle und dem Rotor geschaffen werden können.
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Natürlich ist es auch von Vorteil, wenn die Nockenwelle in den Flanschbereich und auch auf die Anschlagfläche gepresst ist. Ein Presssitz ist dabei von Vorteil.
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Der Einsatz von Sintervorgängen oder Fräsvorgängen ist ferner als vorteilhaft herauszustellen. Mindestens eine wenigstens partiell gesinterte oder gefräste Ausnehmung an der Nockenwellenflanschfläche des Rotors kann nämlich zur partiellen Erhöhung der Flächenpresssung eingesetzt werden, um reibungserhöhende Deformationen zu erreichen und damit für eine Erhöhung des übertragbaren Nockenwellenmoments zu sorgen.
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Die Ausnehmung kann optional mit mindestens einem radialen Ölkanal im Rotor kombiniert werden. An der Nockenwellenflanschfläche, also einer solchen Fläche, die auf der radialen Innenseite (eine sich in Radialrichtung ersteckende Fläche aufweisend) des Flanschbereiches ausgebildet ist, ist mindestens eine, bevorzugt jedoch mehrere partielle Ausnehmungen in Form eines Musters einsinterbar. Die Ausnehmungen sind bevorzugt in der Radialrichtung zwischen dem Innendurchmesser des Rotors und einem Zentrierdurchmesser der Nockenwelle im Rotor eingesintert. Die Ausnehmungen sind optional durch Anbohren der Nockenwellenflanschfläche im Rotor beim Bohren der radialen Ölkanten mit gebohrt oder separat gefräst. Die Ausnehmungen sind auch als radiale Ölkanäle im Rotor verwendbar. Durch die partiell erhöhte Flächenpressung sowie reibungserhöhende Deformationen der Flanschfläche in der Ausnehmung des Rotors, werden durch die Wirkung der Vorspannkraft im Schraubenverband aus Rotor und Zentralventil oder Rotor und Zentralschraube hergestellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es sind dabei unterschiedliche Ausführungsbeispiele erklärt. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Nockenwellenversteller,
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2 eine Teilansicht auf die Nockenwellenverstelleinrichtung aus 1, wobei die Schnittebene mit I-I gekennzeichnet ist,
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3 ein Detail einer anderen Ausführungsform im Bereich der Nockenwelle, wie sie an einen Flanschbereich des Rotors grenzt,
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4 eine Vergrößerung einer weiteren Ausführungsform im Bereich des Flanschbereiches und der Nockenwelle, wobei der Rotor weicher als die Nockenwelle ist,
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5 eine weitere Variante in einer zur 4 vergleichbaren Darstellungsweise, wobei der Rotor härter ist als die Nockenwelle, und
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6 eine 3D-Ansicht eines Rotors mit vier Ausnehmungen an einer eine Anschlagfläche ausbildenden Nockenwellenflanschfläche.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 dargestellt, der Teil einer Nockenwellenverstelleinrichtung 2 ist. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Stator 3 auf, der innerhalb eines Rotors 4 drehbar angeordnet ist. Der Rotor 4 weist radial abstehende Flügel 5 auf, wie sie in 6 gut zu erkennen sind.
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Zurückkommend auf 1 sei ferner erläutert, dass ein Deckel 6 und ein Kettenrad 7 an den axialen Enden des Stators 3 angeordnet sind. Eine Zentralschraube 8 ist mit einem Gewindeabschnitt 9 in das Innere einer Nockenwelle 10 eingeschraubt. Die Nockenwelle weist auf ihrem Außenumfang Nocken 11 auf.
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Der Rotor 4 weist eine Ausnehmung 12 auf. Die Ausnehmung 12 weist einen Boden auf, der als Anschlagfläche 13 für eine Stirnseite 14 der Nockenwelle 10 agiert. Die Nockenwelle 10 weist im Bereich des Rotors eine Mantelfläche 15 auf, die in Anlage mit einer Innenfläche 16 eines Flanschbereiches 17 des Rotors 4 steht. Der Flanschbereich 17 ist ein integraler Bestandteil des Rotors 4.
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Rotorinnenseitig des Flanschbereiches 17 ist ein ringförmiger Leerraum 18 vorhanden.
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Der Flanschbereich 17 ist gehärtet oder ungehärtet. Im ungehärteten Fall ist die Mantelfläche 15 der Nockenwelle 10 gehärtet. Im gehärteten Fall ist die Mantelfläche 15 der Nockenwelle 10 ungehärtet.
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In 2 ist eine Verzahnung 19 auf einer Umfangsfläche des Kettenrades 7 zu erkennen.
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Auch in 3, wie schon in 1, ist zu erkennen, dass der Flanschbereich 17 eine solche Mikro- und/oder Makrostruktur ausbildet, die einen spielfreien Formschluss zwischen dem Rotor 4 und einer im Montagefall in diesen gesteckten Rotor 4, nämlich in die Ausnehmung 12 gesteckte Nockenwelle 10, erzwingt. Es stellen sich reibungserhöhende Deformationen an den Stellen 20 ein. Diese reibungserhöhenden Deformationen 20 stellen sich im Grenzbereich der Nockenwelle 10 zum Rotor 4 ein.
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Insbesondere axial außerhalb von Ölkanälen 21, die eine spezielle Form von Hydraulikmittelversorgungsdurchgängen 22 sein können, stellen die Deformationen 20 ein. Ein Hydraulikmittelversorgungsdurchgang 22 ist auch in 1 dargestellt, und als radiale Bohrung ausgebildet. Diese radiale Bohrung erstreckt sich von einer Außenoberfläche 23 des Rotors 4 zu einer Innenoberfläche 24 des Rotors 4. Hier sei auch auf 6 bzgl. der Innenoberfläche 24 verwiesen.
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In 6 ist auch zu erkennen, dass in die Anschlagfläche 13 eine erste Halbschale 25 der die Hydraulikmittelversorgungsdurchgang 22 formende Kontur ausgebildet ist.
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In 4 ist das sich Ausbilden von Fließnasen 26 axial beiderseits eines Flanschbereiches 17 des Rotors 4 visualisiert. Das Material des Rotors 4 ist dabei seitlich, die Fließnasen 26 ausbildend, geflossen. In 4 ist auch die ursprüngliche Form des weichen Rotors gestrichelt dargestellt.
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Durch die gesinterten oder mit radialen Ölkanälen mit gebohrten und dadurch kostenneutralen Ausnehmungen an der Nockenwelle der Flanschfläche des Rotors kann die Erhöhung des übertragbaren Nockenwellenmomentes ohne Zusatzkosten durch Beschichtungen, Diamantscheiben oder Laserstrukturen erreicht werden. Es lassen sich zusätzlich oder alternativ auch Mikrostrukturen einbringen und reibungserhöhend nutzen.
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Die Ausnehmung 12 realisiert die Aufnahme, in die die Nockenwelle 10 einsteckbar ist.
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Der Hydraulikmitteldurchgang 22 kann auch als Hydraulikmittelversorgungsdurchgang 22 bezeichnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Nockenwellenverstelleinrichtung
- 3
- Stator
- 4
- Rotor
- 5
- Flügel
- 6
- Deckel
- 7
- Kettenrad
- 8
- Zentralschraube
- 9
- Gewindeabschnitt
- 10
- Nockenwelle
- 11
- Nocken
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Anschlagfläche
- 14
- Stirnseite der Nockenwelle
- 15
- Mantelfläche
- 16
- Innenfläche
- 17
- Flanschbereich
- 18
- Leerraum
- 19
- Verzahnung
- 20
- reibungserhöhende Deformation
- 21
- Ölkanal
- 22
- Hydraulikmittelversorgungsdurchgang
- 23
- Außenoberfläche
- 24
- Innenoberfläche
- 25
- Halbschale
- 26
- Fließnase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050606 A1 [0003]
- DE 19623818 A1 [0004]
- US 6155221 A [0004]
- US 6006709 A [0004]
