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Die Erfindung betrifft eine Gassackeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Insbesondere bei sogenannten Beifahrer-Frontgassackeinrichtungen, deren äußere Gassackhülle ein relativ großes Volumen umschließt, besteht das Problem, dass unterschiedliche Lastfälle auftreten können, wobei sich die Gassackeinrichtung idealerweise in jedem Lastfall anders verhalten sollte. Dies sei beispielhaft an den folgenden drei typischen Lastfällen erläutert:
Sitzt ein relativ großer und relativ schwerer Mann (repräsentiert durch den sogenannten 50%-Mann-Dummy) in seiner Standard-Sitzposition auf dem Beifahrersitz, so trifft er in der Regel erst auf die äußere Gassackhülle, wenn diese von Ihrer Aufblaseinrichtung (in der Regel einem Gasgenerator) vollständig aufgeblasen ist. Die äußere Gassackhülle sollte in diesem Fall zumindest anfangs eine relativ starke Rückhaltewirkung entfalten, also relativ hart sein.
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Im Falle, dass eine deutlich kleinere und leichtere Frau (repräsentiert durch den sogenannten 5%-Frau-Dummy) in ihrer Standard-Sitzposition auf dem Beifahrersitz sitzt, so trifft diese in der Regel schon dann auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle auf, wenn diese noch nicht vollständig expandiert ist. Dies rührt daher, dass der Sitz in diesem Fall näher zur Fahrzeugfront positioniert ist als beim 50%-Mann. Die hier benötigte Rückhaltekraft ist geringer als im vorgenannten Fall und somit sollte die äußere Gassackhülle idealerweise weicher sein als im Fall des 50%-Mann-Dummys, um die auf den Insassen wirkenden Kräfte so gering wie möglich zu halten.
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Ein dritter typischer Lastfall ist der sogenannte OoP-Fall (Out of Position), bei dem die freie Entfaltung der äußeren Gassackhülle schon zu Beginn behindert wird. Dies kann beispielsweise durch einen vornüber gebeugten Insassen oder durch eine Kinderschale bewirkt werden. In diesem Fall ist es erwünscht, dass sich die äußere Gassackhülle nicht oder nur mit geringer Kraft ausdehnt, um das Verletzungsrisiko für den betroffenen Insassen gering zu halten.
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Im Stand der Technik sind schon zahlreiche Vorschläge gemacht worden, wie eine Gassackeinrichtung ausgestaltet werden kann, damit sich ihre äußere Gassackhülle in verschiedenen Lastfällen möglichst ideal, also dem Lastfall angepasst, verhält. Insbesondere werden hierzu häufig mehrstufige Gasgeneratoren zur Befüllung der äußeren Gassackhülle, oder adaptive Ventilationseinrichtungen eingesetzt. Viele dieser Gassackeinrichtungen sind sehr aufwendig gestaltet, was ihre Herstellung natürlich entsprechend aufwendig macht.
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Aus der gattungsbildenden
DE 101 06 238 A1 ist eine Gassackeinrichtung bekannt, bei der außer der äußeren Gassackhülle ein außerhalb der Gassackhülle angeordnetes, elastisch deformierbares Aufnahmeelement in Form eines elastischen Ballons vorgesehen ist, in welches bei Auftreffen des zu schützenden Insassen auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle Gas aus dem Inneren der äußeren Gassackhülle einströmen kann.
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Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Gassackeinrichtung zur Verfügung zu stellen, deren äußere Gassackhülle in vielen Lastfällen ein gutes, dem jeweiligen Lastfall angepasstes Verhalten zeigt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gassackeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die Gassackeinrichtung mit einem Gassystem auszustatten, welches von der äußeren Gassackhülle und der mit ihr zusammenwirkenden ersten Aufblaseinrichtung getrennt ist, wobei dieses Gassystem einen innerhalb der äußeren Gassackhülle angeordneten elastischen Ballon (innerer Ballon) und ein außerhalb der äußeren Gassackhülle angeordnetes, zumindest abschnittsweise elastisch deformierbares Gasaufnahmeelement aufweist. Dieses außerhalb der ersten Gassackhülle angeordnete deformierbare Gasaufnahmeelement kann insbesondere ebenfalls ein Ballon (äußerer Ballon) sein. Der erste Ballon und das elastisch deformierbare Gasaufnahmeelement sind mittels wenigstens eines Schlauches miteinander verbunden und das so gebildete Gassystem ist mittels einer zweiten Aufblaseinrichtung befüllbar. Diese zweite Aufblaseinrichtung kann von der ersten Aufblaseinrichtung örtlich getrennt sein oder in diese integriert sein.
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Erfindungsgemäß wird das typische Druckverhalten von gummielastischen Ballons ausgenutzt: Bläst man einen solchen Ballon auf, so steigt der Druck zunächst stark an, um nach Erreichen eines Maximums wieder abzusinken. Durch das Anordnen eines inneren Ballons im Inneren der äußeren Hülle und eines mit diesem verbundenen elastisch deformierbaren Aufnahmeelements (vorzugsweise eines äußeren Ballons) außerhalb der äußeren Hülle kann erreicht werden, dass die äußere Hülle bei vollständiger Expansion des inneren Ballons eine höhere Rückhaltekraft entwickelt als bei nicht vollständiger Expansion des inneren Ballons. Wie dies nachfolgend im Detail genauer erläutert wird, kann dieser Effekt dazu genutzt werden, dass die vollständig expandierte äußere Hülle eine maximale anfängliche Rückhaltekraft bereitstellt, während die nicht vollständig expandierte äußere Hülle eine geringere Rückhaltekraft bereitstellt. Dieser Effekt kann insbesondere dann erreicht werden, wenn der innere Ballo bevorzugt aufgeblasen wird. Dieses vorzugsweise Aufblasen des inneren Ballons wird weiter vorzugsweise mit rein passiven Mitteln erreicht.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 einen stark schematisierten Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gassackeinrichtung, wobei der Zustand gezeigt ist, in welchem die äußere Gassackhülle vollständig expandiert ist und noch kein Insasse auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle aufgetroffen ist,
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2 ein Radius-Druck-Diagramm eines gummielastischen Ballons,
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3 das in 1 Gezeigte im Ruhezustand der Gassackeinrichtung,
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4 das in 3 Gezeigte in einem frühen Entfaltungszustand der äußeren Gassackhülle,
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5 einen der 4 nachfolgenden Entfaltungszustand,
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6 einen weiter nachfolgenden Entfaltungszustand, wobei bereits die zweite Aufblaseinrichtung betätigt wurde und der innere Ballon teilweise gefüllt ist,
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7 den der 1 entsprechend vollständigen Entfaltungszustand sowie einen 50%-Mann-Dummy vor dessen Auftreffen auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle,
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8 das in 7 Gezeigte zu einem späteren Zeitpunkt,
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9 im Wesentlichen das in 6 Gezeigte bei Vorhandensein eines 5%-Frau-Dummys und
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10 im Wesentlichen das in 4 Gezeigte bei Vorhandensein eines OoP-Dummys.
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Die 1 zeigt in einem sehr stark schematisierten Querschnitt sämtliche relevanten Elemente eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gassackeinrichtung. Bei der Gassackeinrichtung handelt es sich um eine Beifahrer-Front-Gassackeinrichtung, deren Gehäuse 10 in der Instrumententafel I angeordnet ist. Dies ist auch der bevorzugte Anwendungsfall der Erfindung, die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Gassackeinrichtungen angewendet werden, insbesondere bei Fahrer-Frontgassackeinrichtungen, deren Gehäuse Teil des Lenkrades sind. Weiterhin kann die Erfindung insbesondere auch für Gassackeinrichtungen angewendet werden, die dem Schutz der Fond-Insassen dienen.
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Die Gassackeinrichtung weist, wie dies bereits erwähnt wurde, ein Gehäuse 10 auf, in welches im Ruhezustand eine äußere Gassackhülle 12 eingefaltet ist. Diese äußere Gassackhülle 12 ist in 1 in ihrem vollständig expandierten Zustand dargestellt. In der Regel besteht die äußere Gassackhülle 12 aus einem Kunststoffgewebe, sie kann jedoch auch einem anderen flexiblen, jedoch nicht elastischen Material, wie beispielsweise Folie, bestehen. Es ist eine erste Aufblaseinrichtung 16 – hier in Form eines ersten Gasgenerators – vorgesehen, welcher in Strömungsverbindung mit dem Inneren der äußeren Gassackhülle 12 steht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen sogenannten „U-Boot-Gasgenerator”. Es kann jedoch natürlich jede Art von Aufblaseinrichtung bzw. Inflator eingesetzt werden. Die erste Aufblaseinrichtung 16 kann insbesondere als einstufige Aufblaseinrichtung ausgebildet sein, da die Anpassung auf unterschiedliche Lasffälle hier mittels eines zweiten Gassystems, welches nachfolgend beschrieben wird, erreicht wird.
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Die äußere Gassackhülle 12 weist in der Regel eine Ventilationseinrichtung auf, welche hier durch eine oder mehrere Ventilationsöffnungen 14 gebildet wird, also nicht adaptiv ist. Es wäre jedoch ebenso möglich, eine adaptive Ventilationseinrichtung vorzusehen oder adaptive und nicht-adaptive Ventilationseinrichtungen vorzusehen.
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Erfindungsgemäß ist ein Gassystem vorgesehen, welches einen im Inneren der äußeren Gassackhülle 12 angeordneten inneren Ballon 20 und einen außerhalb der äußeren Gassackhülle 12 angeordneten äußeren Ballon 22 aufweist. Hierbei bildet der äußere Ballon 22 ein elastisch deformierbares Gasaufnahmeelement. Die beiden Ballons 20, 22 sind vorzugsweise gummielastisch, also grundsätzlich aufgebaut wie ein gewöhnlicher Luftballon. Es kann vorteilhaft sein, eine Umhüllung für zumindest einen der beiden Ballons vorzusehen, welche die maximale Ausdehnung des Ballons begrenzt. Diese Umhüllung sollte flexibel, aber nicht elastisch und nicht gasdicht sein. Eine solche Umhüllung (in den Figuren nicht dargestellt) kann insbesondere als Netz ausgebildet sein.
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Die beiden Ballons 20, 22 sind gasdicht miteinander verbunden, wozu hier ein aus drei Abschnitten bestehendes Gasleitsystem dient. Dieses Gasleitsystem weist einen mittels Verbindungselementen, nämlich Haltebändern 25, mit der äußeren Gassackhülle verbundenen inneren Schlauch 24, einen äußeren Schlauch 26 und ein diese beiden Schläuche verbindendes Rohr 28 auf. Dieses Rohr 28 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel U-förmig mit zwei Schenkeln ausgebildet. Zur Befüllung des eben beschriebenen Gassystems dient eine zweite Aufblaseinrichtung 29, welche insbesondere in Form eines üblichen pyrotechnischen Gasgenerators, als Kaltgasgenerator oder auch als Druckgaspatrone ausgebildet sein kann. Grundsätzlich wäre es möglich, erste Aufblaseinrichtung 16 und zweite Aufblaseinrichtung 29 in einer gemeinsamen Baugruppe aufzunehmen.
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Erfindungswesentlich ist, dass die äußere Gassackhülle 12 flexibel, jedoch im Wesentlichen nicht elastisch ist (wie dies bei Gassackhüllen praktisch immer der Fall ist), während die beiden Ballons 20, 22 elastisch, insbesondere gummielastisch sind. Ein gummielastischer Ballon zeigt ein Verhalten, wie es in 2 dargestellt ist. Das heißt, dass der Druck mit zunehmendem Durchmesser (das heiß mit zunehmender Gasbefüllung) zunächst steil bis zu einem Maximum M ansteigt, nach Überschreiten eines Maximums jedoch wieder abfällt. Dieser Effekt zeigt sich beim Aufblasen eines gewöhnlichen Luftballons: Bis zu einem gewissen Punkt (Maximum) fällt das Aufblasen relativ schwer, nach Überschreiten dieses Punktes wird der Widerstand, welcher der Luftballon dem Aufblasen entgegensetzt, wieder geringer. Wie dieser Effekt erfindungsgemäß ausgenutzt wird, wird nachfolgend beschrieben:
Im Ausgangszustand, wie er in 3 beschrieben ist, sind äußere Gassackhülle 12 und äußerer Ballon 22 in das Gehäuse 10 eingefaltet und von einem Abdeckelement 11 (in 1 im geöffneten Zustand nicht dargestellt) abgedeckt.
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Wir ein relevanter Unfall, insbesondere ein Frontal-Crash oder ein seitlich versetzter Frontal-Crash detektiert, so wird zunächst in gewohnter Art und Weise die erste Aufblaseinrichtung 10 betätigt und die äußere Gassackhülle 12 expandiert aus dem Gehäuse 10 heraus. Zunächst bleibt hierbei die zweite Aufblaseinrichtung 29 inaktiv (4).
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Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, welche vorzugsweise zwischen 5 und 30 Millisekunden beträgt, wird die zweite Aufblaseinrichtung 29 betätigt (5). Die Betätigung erfolgt hierbei vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, zu dem die äußere Gassackhülle 12 noch nicht vollständig expandiert ist. Der Zeitpunkt, zu welchem eine äußere Gassackhülle 12 vollständig expandiert ist, hängt von deren Größe, deren Ventilation und der Stärke der eingesetzten Aufblaseinrichtung ab, ist jedoch natürlich grundsätzlich bekannt.
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Das Gassystem ist so ausgebildet, dass bei äußerer Störungsfreiheit nur der innere Ballon 20 mittels der zweiten Aufblaseinrichtung 29 aufgeblasen wird. Dies kann grundsätzlich durch aktive Elemente wie Ventile erreicht werden, es ist jedoch bevorzugt, dies durch rein passive Mittel zu erreichen, wie dies in den Figuren auch dargestellt ist. Zwischen der zweiten Aufblaseinrichtung 29 und dem U-förmigen Rohr 28 ist ein Zufuhrrohr 27 vorgesehen, welches in den Schenkel des U-förmigen Rohrs 28 endet, welcher mit dem inneren Schlauch 24 verbunden ist. Hierbei ist der aus dem Zufuhrrohr 27 austretende Gasstrom in Richtung des Endes dieses Schenkels gerichtet. Dies führt natürlich dazu, dass Gas bevorzugt oder ausschließlich in den inneren Schlauch 24 und nicht in den äußeren Schlauch 26 eintritt. Dieses Prinzip lässt sich natürlich auch anwenden, wenn kein U-förmiges Rohr verwendet wird. Das Gassystem muss lediglich so ausgestaltet sein, dass von der zweiten Aufblaseinrichtung kommendes Gas bevorzugt in Richtung des inneren Ballons strömt, was vorzugsweise durch eine in Bezug auf die beiden Ballons asymmetrische Einströmrichtung des Gases erreicht wird.
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Sofern die äußere Gassackhülle 12 auf kein Hindernis auftrifft, so entfaltet diese sich weiter und zeitgleich wird der innere Ballon 22 im Inneren der äußeren Gassackhülle 12 durch die zweite Aufblaseinrichtung 29 aufgeblasen, wie dies in 6 dargestellt ist.
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Sofern genug Zeit bis zum Auftreffen eines Insassen zur Verfügung steht, so entfalten sich äußere Gassackhülle 12 und innerer Ballon 20 vollständig, das heißt, sie sind jeweils vollständig mit dem zur Verfügung stehenden Gas gefüllt, wobei natürlich in der Regel schon etwas Gas aus der Ventilationsöffnung 14 aus dem Inneren der äußeren Gassackhülle 12 austritt. Der innere Ballon hat sein maximales Volumen erreicht (Endzustand E in 2), der äußere Ballon 22 ist in diesem Zustand nicht aufgeblasen. Dieser Zustand liegt in der Regel vor, bevor ein 50% Mann Dummy auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle 12 auftrifft (7).
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Trifft nun der Insasse (bzw. Dummy) auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle 12, so steigt der Druck im Inneren der äußeren Gassackhülle 12 stark an, was zum einen zu einer verstärkten Ventilation durch die wenigstens eine Ventilationsöffnung 14 sowie zu einem Auspressen von Gas aus dem inneren Ballon 20 führt. Da der innere Ballon 20 Teil eines geschlossenen Gassystems ist, kann das ausgepresste Gas nur in den äußeren Ballon 22 strömen. Dieser setzt dem Aufblasen in einer Anfangsphase (siehe hierzu 2) jedoch einen relativ großen Widerstand entgegen, was dazu führt, dass der Insasse zunächst mit relativ großer Rückhaltekraft zurückgehalten wird. Überschreitet der äußere Ballon 22 den Punkt seines maximalen Innendrucks M (2), so lässt die Gesamtrückhaltekraft etwas nach. Dies ist ein häufig erwünschtes Verhalten. Man sieht also, dass die Gassackeinrichtung ohne Zuhilfenahme von aktiven Steuerungsmitteln eine gute Charakteristik für das Rückhalten eines großen und schweren Insassen (50% Mann-Dummy) zeigt.
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Trifft hingegen ein Insasse, beispielsweise der bereits erwähnte 5%-Frau-Dummy, zu einem früheren Zeitpunkt auf die Prallfläche der äußeren Gassackhülle, so ist in diesem Zustand sowohl die äußere Gassackhülle 12 als auch der innere Ballon 20 noch nicht vollständig expandiert, der innere Ballon 20 liegt also in einem Zwischenzustand vor. Ein möglicher Zwischenzustand Z ist in 2 eingezeichnet. Dies bedeutet, wie man dies wiederum der 2 entnimmt, dass der Druck im Inneren des inneren Ballons 20 größer ist als im Fall des vollständig expandierten inneren Ballons 20 (7). Dies wiederum bedeutet, dass die zur Verfügung gestellte Rückhaltekraft kleiner ist als im oben genannten Fall, da der Druckunterschied, welcher überwunden werden muss, um Gas aus dem inneren Ballon 20 in den äußeren Ballon 22 auszupressen, von Anfang an geringer ist. Das heißt, man benötigt weniger äußeren Druck (und damit äußere Kraft), um den äußeren Ballon 22 aufzublasen. Somit wird das Ziel erreicht, dass die anfängliche Rückhaltekraft geringer ist als im Falle des 50%-Mann-Dummys.
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Im OoP-Fall (10) kann sich die äußere Gassackhülle 12 nur wenig entfalten, was dazu führt, dass der innere Schlauch 20 durch seine Faltung praktisch gasundurchlässig ist. Dies wiederum führt dazu, dass das aus der zweiten Aufblaseinrichtung 29 ausgestoßene Gas überhaupt nicht in den inneren Ballon 22 gelangen kann, das heißt, dass die zweite Aufblaseinrichtung 29 unmittelbar den äußeren Ballon 22 aufbläst. Somit steht das Gas der zweiten Aufblaseinrichtung 29 zur mittelbaren Befüllung der äußeren Gassackhülle 12 überhaupt nicht zur Verfügung, was zu einer Ausdehnung der äußeren Gassackhülle 12 mit geringerer Kraft führt, wobei je nach Ausgestaltung des Systems auch gar keine vollständige Expansion der äußeren Gassackhülle 12 erreicht wird. Beides ist OoP-Fall natürlich wünschenswert.
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Man sieht also, dass eine Gassackeinrichtung zur Verfügung gestellt wird, welche sich in vielen Lastfällen günstig verhält, ohne dass hierfür zwingend aktive Steuerungsmittel notwendig wären.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11
- Abdeckelement
- 12
- äußere Gassackhülle
- 14
- Ventilationsöffnung
- 16
- erste Aufblaseinrichtung (erster Gasgenerator)
- 20
- innerer Ballon
- 22
- äußerer Ballon
- 24
- innerer Schlauch
- 25
- Haltebänder
- 26
- äußerer Schlauch
- 27
- Zufuhrrohr
- 28
- Rohr
- 29
- zweite Aufblaseinrichtung
- 30
- 50%-Mann-Dummy
- 32
- 5%-Frau-Dummy
- 34
- OoP-Dummy
- I
- Instrumententafel
- W
- Windschutzscheibe
- M
- Maximum
- E
- Endzustand
- Z
- Zwischenzustand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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