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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse, einer Ölwanne, welche im Betrieb bis zu einem Ölniveau mit Öl gefüllt ist, einem Ölwannenoberteil mit zumindest einer Durchlassöffnung und einem zumindest einen Ölkanal aufweisenden, der Rückführung von Öl insbesondere aus der Ölabscheidung in die Ölwanne dienenden Ölrücklauf zugeordnet ist.
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Eine derartige Brennkraftmaschine wird in der Praxis bereits vielfach eingesetzt und gehört daher bereits aufgrund offenkundiger Vorbenutzung zum Stand der Technik.
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Beispielsweise beschreibt auch die
DE 100 26 113 B4 eine Brennkraftmaschine mit einem zwischen einem Kurbelraum und einer Ölwanne angeordneten Ölwannenoberteil, welches zwischen einem Zylinderkurbelgehäuse und einem daran anschließenden Teil einer Ölwanne gehalten ist. Ein Ölkanal verläuft derart, dass das vom Zylinderkopf rückgeführte Öl bis unterhalb des Ölniveaus in die Ölwanne geleitet wird.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine Feinölnebel enthaltende, sogenannte Blowby-Strömung durch eine Gasrückführeinrichtung aus einem Kurbelgehäuse abgeführt und beispielsweise der Ladeluft zugeführt. Unter Blowby versteht man bei einer Brennkraftmaschine das bei der Kompression an den Kolbenringen vorbeiströmende Gas.
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Mit einem Ölabscheider wird erreicht, dass sich eventuell noch in dem Gas, das durch den Gasauslass aus dem Zyklon strömt, befindliche Öltröpfchen im Bereich des im Querschnitt vergrößerten Gasleitungsabschnittes an dessen Oberflächen niederschlagen und von dort unter Schwerkraftwirkung zum Ölableitkanal fließen, durch den das Öl entweder unmittelbar zum Ölsumpf der Brennkraftmaschine oder zuerst zum Ölauslass und von dort zusammen mit dem schon im Zyklon abgeschiedenen Öl zum Ölsumpf der Brennkraftmaschine geleitet wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Ölabscheidegrad besonders hoch wird und dass weder Ölnebel noch gelegentlich größere Öltropfen in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine gelangen. Im Betrieb des Ölabscheiders gelangt durch den Gaseinlass Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine in den Innenraum des Zyklons und wird in diesem in eine schraubenlinienförmige Drehströmung versetzt, in welcher die mitgeführten Öltröpfchen infolge von Zentrifugalkräften nach außen getragen werden und sich an der Innenwand des Zyklons niederschlagen. Der Ölauslass am unteren Ende des Zyklons führt aus dem Ölsammeltrichter zum Ölsumpf der Brennkraftmaschine.
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Aus der
WO 00/68548 A1 ist ein solcher Ölabscheider zur Entölung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Ölabscheider umfasst mindestens einen Zyklon, der einen mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbundenen Gaseinlass, einen mit dem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbundenen Gasauslass und einen mit dem Ölsumpf der Brennkraftmaschine verbundenen Ölauslass aufweist, wobei der Gasauslass als Tauchrohr durch einen den Zyklon oben abschließenden Deckel in den Zyklon-Innenraum hineinragt.
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Um den Ölrücklauf aus dem Ölabscheider in der Ölwanne in allen Einbaulagen und allen dynamischen Zuständen sicherzustellen, ist es notwendig, eine komplexe Auslegung bzw. Leitungsführung des Ölrücklaufes unter das Ölniveau in der Ölwanne zu realisieren.
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Durch den im Betrieb der Brennkraftmaschine in dem Ölkanal auftretenden Gasdruck kann es vorkommen, dass das Öl nicht zu der auf dem tiefst liegenden Niveau des Ölsystems angeordneten Ölwanne fließt, sondern sich an anderen Stellen im Ölsystem sammelt. Die Ursache hierfür können beispielsweise schnelle Kurvenfahrten sein, wodurch das Öl nach außen gedrückt wird und dadurch zusätzlich auch ein Gasdruck in dem Ölkanal aufgebaut wird, welcher dem ungehinderten Abströmen des Öls entgegenwirkt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass insbesondere fahrdynamisch bedingte Druckschwankungen im Ölleitungssystem nicht zu einer Beeinträchtigung des Ölflusses im Ölkanal führen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei welcher der Ölkanal eine Sammelstelle aufweist, die im Betrieb ein den freien Durchlass des Ölkanals verschließendes Ölvolumen aufnimmt, wobei die Sammelstelle derart angeordnet ist, dass ein Ölniveau der Ölwanne in Richtung der Schwerkraft unterhalb des Sammelniveaus, also geodätisch tiefer als das Sammelniveau des Ölvolumens in der Sammelstelle liegt. Indem also der Ölkanal abschnittsweise als eine Sammelstelle ausgeführt ist oder mit einer solchen Sammelstelle verbunden ist, in der sich ein Ölvolumen sammelt, das selbst bei starken fahrdynamischen Einwirkungen nicht in die Ölwanne abfließt und welches den freien Durchlass des Ölkanals verschließt, wird zugleich auch der Gasaustausch zwischen den Abschnitten in Strömungsrichtung vor und hinter der Sammelstelle unterbunden. In der Folge werden Druckschwankungen, beispielsweise verursacht durch ein in der Ölwanne hin und her schwappendes Ölvolumen oder auch bedingt durch Gasdruckdifferenzen in dem Kurbeltrieb, nicht mehr auf das Ölleitungssystem übertragen, sondern durch das Ölvolumen in der Sammelstelle lokal begrenzt. Somit wird auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen stets ein zuverlässiger Ölrücklauf gewährleistet. Wesentlich für die Erfindung ist ein geodätisch oberhalb des Ölzulaufes, insbesondere oberhalb eines Bodenniveaus der Sammelstelle angeordneter Ölablauf, wobei die Sammelstelle ein die Leitung des Ölkanals verschließendes Ölvolumen aufnimmt, dessen Sammelniveau oberhalb des Ölniveaus der Ölwanne liegt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Sammelstelle einen gebogenen Rohrabschnitt mit einem Ölzulauf und einem Ölablauf aufweist, die zwischen sich einen Rohrbogenabschnitt in einer geodätisch tiefer liegenden Position einschließen. Indem der Ölzulauf und der Ölablauf nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren verbunden und stets mit Öl gefüllt bleiben, verschließt das in der Sammelstelle vorhandene Ölvolumen den Ölkanal gasdicht. In der Praxis wird daher unter dem Einfluss von Luftdruckschwankungen lediglich das relative Ölniveau des Ölzulaufes gegenüber dem Ölablauf verändert, ohne dass es jedoch zu einem unerwünschten Durchlass von Gasen kommen kann.
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Der Ölkanal könnte erfindungsgemäß zwischen zwei horizontal verlaufenden Bereichen einen Rohrbogen aufweisen, welcher einen tiefer liegenden Bereich erreicht. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn bei einem vertikalen oder zumindest im Wesentlichen von oben nach unten verlaufenden Bereich des Ölkanals die Sammelstelle einen s-förmig gebogenen Rohrabschnitt aufweist, welcher einteilig mit dem Ölzulauf und dem Ölablauf verbunden ist, sodass der Verlauf des Ölkanals nach dem Prinzip eines Siphons problemlos in eine vertikale Anordnung integriert werden kann.
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Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Sammelstelle einen mit einem das Sammelniveau festlegenden Ölablauf ausgestatteten Ölsammelbehälter aufweist, und dass der Ölkanal einen als Tauchrohr ausgeführten Abschnitt aufweist, welches mit seiner Öffnung unterhalb des Sammelniveaus liegt, also in das Ölvolumen eintaucht. Hierdurch wird in einfacher Weise ein nach dem Prinzip eines Flaschenverschlusses in jeder Betriebssituation zuverlässig gasdicht abschließender Sammelstellenbereich geschaffen, wobei die von dem Öl im Betrieb zu überwindende Höhendifferenz bedarfsweise durch die Eintauchtiefe des Tauchrohres in dem Ölsammelbehälter eingestellt und so an unterschiedliche Brennkraftmaschinen problemlos angepasst werden kann. Der Ölsammelbehälter kann dabei in einer offenen Bauform mit einem Überlauf, oder aber bei einer geschlossenen Bauform mit zumindest einer Auslassöffnung als Ölablauf ausgestattet sein, die gegebenenfalls auch verschließbar sein kann.
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Zudem können so gemäß einer besonders praxisgerechten Variante der Erfindung mehrere Ölkanäle mit jeweils zumindest einem Tauchrohr in einen gemeinsamen Ölsammelbehälter führen und in das Sammelvolumen eintauchen. Hierdurch werden der Platzbedarf und der konstruktive Aufwand zu Realisierung der Erfindung vermindert. Zudem wird so zugleich auch das Ölvolumen, welches in der Sammelstelle erforderlich ist und beispielsweise auch bei einem Ölwechsel nicht ohne Weiteres vollständig entfernt werden kann, im Vergleich zu mehreren separaten Sammelstellen auf ein Minimum reduziert.
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Vorzugsweise ist der Ölkanal konzentrisch zu einem Ölsammelbehälter der Sammelstelle angeordnet. Dabei kann gemäß einer besonders praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung die Effizienz dadurch weiter gesteigert werden, dass mehrere Sammelstellen kaskadenförmig derart angeordnet sind, dass der Ölablauf einer ersten Sammelstelle in einen Ölzulauf einer zweiten Sammelstelle führt, wobei die Sammelstellen in einer Reihenanordnung durchströmbar sind. Der Ölzulauf einer zweiten Sammelstelle liegt dabei in Richtung der Schwerkraft unterhalb eines Ölablaufes einer ersten Sammelstelle.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisgerechten Variante der Erfindung sind mehrere Ölsammelbehälter konzentrisch zueinander angeordnet. Durch diese Bauform kann besonders platzsparend eine mehrfache Überwindung einer Höhendifferenz für einen weiter verbesserten gasdichten Verschluss realisiert werden. Der hierzu erforderliche Bauraum ist daher vergleichsweise gering.
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Die Sammelstelle könnte außerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet und mit dieser durch geeignete Leitungen verbunden sein. Besonders einfach ist hingegen eine Ausgestaltungsform realisierbar, bei der die Sammelstelle innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses, insbesondere innerhalb des von der Ölwanne begrenzten Raumes, angeordnet ist.
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Besonders sinnvoll ist es darüber hinaus, wenn die wirksame Ölsäule als geodätische Höhendifferenz zwischen dem Ölzulauf und dem Ölablauf zumindest 100 mm beträgt.
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Darüber hinaus kann nach dem Prinzip der hydraulischen Presse durch unterschiedliche Querschnittsflächen des Ölzulaufes gegenüber dem Ölablauf bei einer vergleichsweise geringen Krafteinleitung auf der einen Seite eine große Kraftwirkung auf der anderen Seite erreicht werden. Das Querschnittsverhältnis kann hierzu an die tatsächlich auftretenden Bedingungen durch eine entsprechende Auslegung der Leitungsquerschnitte problemlos angepasst werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
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1 einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse und einem Ölrücklauf, dem ein eine Sammelstelle aufweisender Ölkanal zugeordnet ist;
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2 eine Variante einer Sammelstelle mit einem s-förmig gebogenen Rohrabschnitt;
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3 eine weitere Variante einer Sammelstelle mit einem zu dem Ölzulauf koaxialen Ölablauf;
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4 eine Variante einer Sammelstelle mit zwei in demselben Ölsammelbehälter mündenden Tauchrohren;
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5 eine Variante einer Sammelstelle mit zwei konzentrischen Ölsammelbehältern.
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1 zeigt in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zylinderkurbelgehäuse 2 und einer unterhalb eines Kurbeltriebes 3 angeordneten Ölwanne 4. Die Ölwanne 4 umfasst ein an den Drehkreis des Kurbeltriebes 3 angepasstes Ölwannenoberteil 5 und ein Ölwannenunterteil 6, welches im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bis zu einem Ölniveau 7 mit Öl 8 gefüllt ist. Das Ölwannenoberteil 5 ist mit mehreren Durchlassöffnungen 9 ausgestattet, denen jeweils ein Ölkanal 10 zur Rückführung des Öls 8 in die Ölwanne 4 zugeordnet ist, wobei zur besseren Übersichtlichkeit lediglich beispielhaft eine mögliche Anordnung dargestellt ist. In dem Ölkanal 10 ist unterhalb des Ölwannenoberteiles 5 eine als Ölrückhaltebecher ausgestattete Sammelstelle 11 vorgesehen, in die ein als Tauchrohr 12 ausgeführter Abschnitt des Ölkanals 10 bis unterhalb eines Sammelniveaus 13 des Ölvolumens in der Sammelstelle 11 eintaucht. Dadurch verschließt das Ölvolumen in dieser Sammelstelle 11 im Betrieb den freien Durchlass des Ölkanals 10 und verhindert insbesondere einen unerwünschten Ausgleich möglicher Druckdifferenzen zwischen dem Gasvolumen innerhalb der Ölwanne 4 und dem Gasvolumen innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses 2, welcher anderenfalls durch eine dem Ölfluss entgegengerichtete Gasströmung die zuverlässige Rückführung des Öls 8 erschweren könnte. Dabei ist die Sammelstelle 11 derart ausgeführt, dass das Ölniveau 7 in der Ölwanne 4 in Richtung der Schwerkraft stets tiefer liegt, als das Sammelniveau 13 des Ölvolumens in der Sammelstelle 11. Bei Erreichen eines oberen Randes 14 der als Ölsammelbecher 25 ausgeführten Sammelstelle 11 kann das Öl 8 frei überströmen. Lediglich gestrichelt dargestellt ist dabei eine Ausgestaltungsform, bei welcher der Ölsammelbehälter 25 umfangsseitig von einem weiteren Ölsammelbehälter 25‘ eingeschlossen ist, um so die Effizienz des Ölkanalverschlusses weiter zu verbessern. Dadurch strömt das Öl 8 aus dem ersten Ölsammelbehälter 25 zunächst in den weiteren Ölsammelbehälter 25‘ und erst danach in die Ölwanne 4.
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In 2 ist eine Variante einer Sammelstelle 15 mit einem s-förmig gebogenen Verlauf des Ölkanals 10 dargestellt, wobei das Ölvolumen in einem in geodätisch tiefer liegender Position angeordneten Rohrbogenabschnitt 16 gesammelt wird, der von einem Ölzulauf 17 und einem zu dem Ölzulauf 17 parallel verlaufenden Ölablauf 18 eingeschlossen ist und so nach dem Prinzip der kommunizierenden Rohre stets mit Öl gefüllt bleibt und damit den Durchlass von Gasen zumindest erschwert. Der Rohrbogenabschnitt 16 ist einteilig mit dem Ölzulauf 17 und dem Ölablauf 18 verbunden, kann jedoch auch trennbar bzw. austauschbar ausgeführt sein.
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Demgegenüber ist in 3 eine weitere Variante einer Sammelstelle 19 dargestellt, bei welcher der Ölzulauf 17 zu dem Ölablauf 18 nicht nur parallel, sondern auch entlang einer gemeinsamen Achse 20 koaxial verläuft. Im Bereich einer Querschnittserweiterung 21 des Ölkanals 10 sind zwei Strömungsleitelemente 22, 23 derart angeordnet, dass es ähnlich wie bei dem in 2 gezeigten s-förmigen Rohrbogenabschnitt 16 zu einer Strömungsumlenkung des Öls kommt, wobei das zweite Strömungsleitelement 23 zugleich ein Überströmen des Öls bei Erreichen eines maximalen Sammelniveaus ermöglicht. Das erste Strömungsleitelement 22 taucht dabei in das Sammelvolumen ein. Durch die koaxiale Anordnung kann diese Variante problemlos auch bei im Wesentlichen unveränderten konstruktiven Bedingungen der Brennkraftmaschine 1 realisiert oder auch bei vorhandenen Brennkraftmaschinen 1 nachgerüstet werden.
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In 4 ist eine Variante der in 1 gezeigten Sammelstelle 24 mit zwei Tauchrohren 12 dargestellt, die in den selben Ölsammelbehälter 25 münden, wobei eine jeweilige, als Ölzulauf 17 ausgeführten Öffnung in einem Tauchrohrabschnitt unterhalb eines Sammelniveaus 13 in der Sammelstelle 24 liegt. Selbstverständlich kann auch bei dieser Variante ähnlich wie in 1 gestrichelt dargestellt, der Ölsammelbehälter 25 umfangsseitig von einem weiteren Ölsammelbehälter 25‘ eingeschlossen sein.
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In 5 ist schließlich noch eine Variante gezeigt, bei der zwei konzentrische Ölsammelbehälter 25, 25‘ jeweils eine Sammelstelle 26 bilden und die derart konzentrisch zueinander angeordnet sind, dass der Ölablauf 18 des ersten Ölsammelbehälters 25 kaskadenförmig in einen Ölzulauf des zweiten Ölsammelbehälters 25‘ führt. Hierzu liegt der obere Rand 14 des inneren Ölsammelbehälters 25 höher als der Rand 14‘ eines den inneren Ölsammelbehälter 25 einschließenden äußeren Ölsammelbehälters 25‘. Der Ölzulauf 17 ist hier beispielhaft als Rohrbogenabschnitt 16 ausgeführt, sodass das zugeführte Öl zunächst in dem Rohrbogenabschnitt 16 gesammelt wird. Das Öl strömt dabei im Betrieb über den oberen Rand 14 des inneren Ölsammelbehälters 25 und gelangt durch einen Ringspalt 27 zwischen dem inneren Ölsammelbehälter 25 und dem äußeren Ölsammelbehälter 25‘ zu einer in einem bodennahen Bereich des äußeren Ölsammelbehälters 25‘ angeordneten Einlassöffnung 28. Durch diese lediglich durch einen Pfeil andeutungsweise dargestellte Einlassöffnung 28 strömt das Öl in den äußeren Ölsammelbehälter 25‘ ein, und kann bei Erreichen des Randes 14‘ des äußeren Ölsammelbehälters 25‘ frei überströmen, wodurch das Öl in die in 1 gezeigte Ölwanne 4 gelangt. Durch die kaskadenartige Reihenanordnung der Ölsammelbehälter 25, 25‘ in der konzentrischen Bauform wird durch die zusätzliche Überwindung der geodätischen Höhendifferenz zwischen dem Rand 14 des inneren Ölsammelbehälters 25 und der Einlassöffnung 28 des äußeren Ölsammelbehälters 25‘ eine wesentliche Effizienzsteigerung und ein wirksamer Schutz auch großer im Fahrbetrieb auftretender Druckdifferenzen erreicht, wobei zudem lediglich ein geringer Bauraum erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinderkurbelgehäuse
- 3
- Kurbeltrieb
- 4
- Ölwanne
- 5
- Ölwannenoberteil
- 6
- Ölwannenunterteil
- 7
- Ölniveau
- 8
- Öl
- 9
- Durchlassöffnung
- 10
- Ölkanal
- 11
- Sammelstelle
- 12
- Tauchrohr
- 13
- Sammelniveau
- 14
- Rand
- 15
- Sammelstelle
- 16
- Rohrbogenabschnitt
- 17
- Ölzulauf
- 18
- Ölablauf
- 19
- Sammelstelle
- 20
- Achse
- 21
- Querschnittserweiterung
- 22
- Strömungsleitelement
- 23
- Strömungsleitelement
- 24
- Sammelstelle
- 25
- Ölsammelbehälter
- 26
- Sammelstelle
- 27
- Ringspalt
- 28
- Einlassöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10026113 B4 [0003]
- WO 00/68548 A1 [0006]
