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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der gattungsbildenden
US 20140116825 A1 ist ein verstellbarer Schwingungsdämpfer bekannt, der u. a. für Motorräder beworben wird. Bei einem Motorrad ist die zulässige Baulänge des Schwingungsdämpfers im Vergleich zu einem PKW nochmals schwieriger zu erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass für diese spezielle Anwendung eine verstellbare Dämpfventileinrichtung geeignet ist, die einen konventionelles Kolbenventil und dazu eine parallele Bypassöffnung aufweist, wie die
13 der
US 20140116825 A1 zeigt.
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In einem kolbenstangenseitigen Aktuatorgehäuse ist eine Spule angeordnet, die auf einen Anker eine axiale Verstellkraft ausübt. An dem Anker ist eine Schiebehülse befestigt, die mit einer im Aktuatorgehäuse fixierten Ventilhülse ein Schieberventil bildet. In dem Aktuatorgehäuse ist auch eine Rückstellfeder angeordnet, die die Schiebehülse in eine definierte Ausgangslage vorspannt.
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Die Bypassöffnung stellt eine sogenannte Voröffnung dar, die dann wirksam ist, wenn das Kolbenventil noch geschlossen ist und das gesamte Dämpfmedium durch die Bypassöffnung strömt.
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Die
DE 198 22 448 A1 offenbart eine Dämpfventileinrichtung mit einem Vorstufen- und einem Hauptstufenventil. Dem Hauptstufenventil und dem Vorstufenventil ist ein Zusatzdrosselventil hydraulisch parallel geschaltet. In einem Ventilsitzkörper
10b ist unterhalb eines Ventilsitzes
12 eine Queröffnung mit konstantem Querschnitt ausgeführt. Diese Queröffnung bildet funktional einen ersten Drosselquerschnitt, der in beiden Durchströmungsrichtungen geöffnet ist. Die Dämpfventileinrichtung verfügt über einen zweiten Drosselquerschnitt
36 als Teil eines Zusatzventils
34, der mittels einer Ventilscheibe nur in einer Richtung durchströmbar ist.
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Das durch die beiden Drosselquerschnitte fließende Dämpfmedium strömt unabhängig von der Betriebsstellung des Vorstufen- und des Hauptstufenventils.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die gattungsbildende Dämpfventileinrichtung mit einer richtungsabhängigen Dämpfventilcharakteristik auszustatten.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Rückschlagventilanordnung mit unterschiedlichen Durchströmungsquerschnitten dem verstellbaren Drosselventil hydraulisch in Reihe zugeordnet ist.
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Der große Vorteil besteht darin, dass die Dämpfventileinrichtung sehr einfach aufgebaut ist, d. h. einfache Bauteile und einfach Strömungswege. Des Weiteren liegt eine sehr kompakte Ventileinrichtung vor.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist dem verstellbaren Drosselventil ein Bypasskanal zugeordnet, der eine zweiseitig durchströmbare Verbindung zwischen einem Arbeitsraum eines Schwingungsdämpfers und dem verstellbaren Drosselventil bildet. Der Bypasskanal kann beispielsweise von einem Trägerzapfen der Kolbenstange gebildet werden.
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Ein weiterer Baurauvorteil wird dann erreicht, wenn die Rückschlagventilanordnung einen einzigen Rückschlagventilkörper mit richtungsabhängigen Durchlassquerschnitten umfasst.
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Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn das Rückschlagventil als ein Sitzventil ausgeführt ist, da dann praktisch keine nennenswerten Leckagen auftreten, die die vergleichsweise kleinen Durchlassquerschnitte der Rückschlagventilanordnung beeinflussen können.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch wird ein erster Durchlassquerschnitt der Rückschlagventilanordnung von einer Aussparung im Rückschlagventilkörper gebildet wird. Man kann für verschiedene Anwendungen einen standardisierten Grundkörper vorsehen und diesen dann anwendungsspezifisch mit einem passenden Durchlassquerschnitt versehen.
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Um eine axial besonders kompakte Bauform zu erreichen, meist der Bypasskanal einen Einsatz, der eine Ventilsitzfläche des Rückschlagventils.
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Bevorzugt wird der Einsatz von einem Befestigungsmittel für das Dämpfventil mit Konstanteinstellung gebildet wird. Folglich ist für die Ventilsitzfläche kein zusätzliches Bauteil notwendig.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Bypasskanal eine Stützfläche für eine Rückschlagventilfeder auf. Der Bypasskanal dient zur Überwindung des Strömungswegs zwischen dem verstellbaren Ventil 37 und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum. Prinzipiell ist es sinnvoll diesen Bypasskanal möglichst kurz zu dimensionieren, da ein langer Bypasskanal letztlich einen Hubverlust für den Kolben darstellt. Der Bypasskanal bildet damit einen Gehäuseabschnitt für die Rückschlagventilanordnung.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Stützfläche von einem Ventilträger des verstellbaren Drosselventils gebildet wird. Im Vergleich zu einer Dämpfventileinrichtung ohne richtungsabhängigen Drosselquerschnitt sind deshalb nur zwei weitere Bauteile erforderlich.
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Der Rückschlagventilkörper ist bevorzugt als mindestens eine Scheibe ausgeführt. Die Scheibe benötigt nur eine geringe Bauhöhe und kann mit wenig Aufwand sehr präzise gefertigt werden. Des Weiteren kann man die Scheibe elastisch ausführen, um das Öffnungsverhalten anzupassen und Anschlaggeräusche zu vermeiden.
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Die Scheibe des Rückschlagventils zentriert sich radial an einem Wandungsabschnitt des Bypasskanals. Ein weiteres Gehäuse erübrigt sich deshalb.
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Anhand der folgenden Figur soll die Erfindung näher erläutert werden.
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1 Ersatzschaubild der Dämpfventileinrichtung
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2 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer
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3 Detaildarstellung des verstellbaren Ventils
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Die 1 stellt ein Ersatzschaubild einer Dämpfventileinrichtung dar, die mit der 2 beispielhaft konstruktiv umgesetzt ist. Die 2 und zeigen einen Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer 1 beliebiger Bauart im Bereich einer Dämpfventileinrichtung 3, die an einer axial beweglichen Kolbenstange 5 fixiert ist. Grundsätzlich wäre eine derartige Dämpfventileinrichtung auch in der Ausgestaltung eines Bodenventils oder eines externen Ventils denkbar. Die Dämpfventileinrichtung 3 verfügt über ein Dämpfventil 7 in der Bauform eines Kolbenventils, wobei ein ringförmiger Ventilkörper 9 des Dämpfventils einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder 11 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15 unterteilt.
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Die Dämpfventileinrichtung 3 umfasst ein topfförmiges Gehäuse 17, in dem ein Aktuator 19 angeordnet ist. Der Aktuator 19 umfasst u. a. eine Spule 21, die auf einen Anker 23 eine axiale Verschiebekraft ausübt. Die Spule 21 erzeugt bei einer Bestromung eine Verstellbewegung in Ausfahrrichtung des Ankers 23 aus dem Gehäuse 17. Die radiale Lagerung des Ankers 23 ist in einem Rückschlusskörper 25 und in einer Polscheibe 27 jeweils über Lagerhülsen 29; 31 realisiert. Dadurch ist ein Boden 33, der das Gehäuse 17 in Richtung des Dämpfventils 7 verschließt, unabhängig von dem Aktuator 19 zu betrachten. Der Aktuator 19 ist in Richtung der Spule 21 und einem Kabelanschluss 35 abgedichtet.
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Der Boden 33 des Gehäuses 17 und ein Trägerzapfen 37 sind einteilig ausgeführt und schaffen damit die Verbindung zu dem Dämpfventil 7, bei dem es sich um eine beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Bauform handeln kann, von der hier nur eine Ausführungsform beispielhaft dargestellt ist. In dieser Schnittdarstellung sind nur Drosselkanäle 39 und die dazugehörigen Ventilscheiben 41 für eine Strömungsverbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 und dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 erkennbar. Für die entgegengesetzte Strömungsrichtung liegt eine vergleichbare Ausgestaltung vor, wobei von dem wirksamen Dämpfventil nur die Ventilscheiben 43 dargestellt sind.
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In dem Trägerzapfen 37 ist ein Bypasskanal 45 zu dem Dämpfventil 7 ausgeführt. Der Bypasskanal 45 wird von einem verstellbaren Ventil 47 angesteuert, das in dem Trägerzapfen 37 angeordnet ist, und bildet eine zweiseitig durchströmbare Verbindung zwischen dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum und dem verstellbaren Ventil 47. Bei dem verstellbaren Ventil 47 handelt es sich um ein Schieberventil mit einem Ventilkörper 49 in der Bauform einer Schiebehülse, die auf einem Ventilträger 51 geführt ist. Eine Rückstellfeder 53, die die Schiebehülse 49 in eine Ausgangsrichtung gegen den Anker 23 vorspannt, greift außerhalb einer Vorder- und einer Rückseite 55; 57 der Schiebehülse 49 an.
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Die Rückstellfeder 53 ist dabei innerhalb der Schiebehülse 49 angeordnet und übt auf einen Boden 59 der Schiebehülse 49 die Rückstellkraft aus. Dabei ist die Rückstellfeder 53 zwischen dem Boden 59 und einer Stirnfläche 61 des Ventilträgers 51 axial verspannt.
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Der Ventilträger 51 ist innerhalb des Bypasskanals 45 axial verstellbar gelagert. Dafür ist z. B. eine Gewindeverbindung 63 mit dem Trägerzapfen 37 vorgesehen.
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Der Ventilträger 51 weist einen Zentralkanal 65 auf, der von einer Sacklochöffnung gebildet wird, die in Richtung des Bypasskanals 45 ausgerichtet ist. An den Zentralkanal 65 schließt sich wiederum mindestens ein schrägverlaufender Übertragungskanal 67 an, der an einer umlaufenden Sammelnut 69 des Ventilträgers angeschlossen ist. Die Sammelnut 69 ist bevorzugt in Verlängerung des Übertragungskanals 67 schräg zur Hauptachse des Zentralkanals 65 ausgeführt, um eine ausgerundete Umlenkung der Strömung zu erreichen.
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Die Verbindung zwischen dem Ventilkörper 49 und dem Anker 23 des Aktuators 19 ist als eine einfache Steckverbindung gestaltet. Die Steckverbindung ist als ein Loslager zu verstehen, das für die Übertragung von axialen Druckkräften ausgelegt ist.
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Ein Radialspalt sorgt für einen Desachsierungsausgleich zwischen dem verstellbaren Ventil 47 und dem Anker 23.
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Das Kolbenventil bzw. das Dämpfventil 7 mit seinen Ventilscheiben 41; 43 und dem ringförmigen Ventilkörper 39 wird von einem Befestigungsmittel 71 fixiert, das in den Bypasskanal 45 eingreift. Das Befestigungsmittel 71 ist als eine Hohlschraube ausgeführt und nutzt einen Gewindeabschnitt, der auch für den Ventilträger 51 vorgesehen ist. Der Innendurchmesser der Hohlschraube 71 ist größer als der Innendurchmesser des Ventilträger 51, so dass eine nicht dargestellte Werkzeugfläche am Ventilträger 51 auch bei montiertem Kolbenventil 7 zugänglich ist.
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Des Weiteren umfasst die Dämpfventileinrichung eine Rückschlagventilanordnung 73, die dem verstellbaren Drosselventil 47 hydaulisch in Reihe zugeordnet ist, d. h. das gesamte Dämpfmedium, das das Drosselventil 47 durchströmt, fließt auch durch die Rückschlagventilanordnung 73.
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Die Rückschlagventilanordnung 73 umfasst bevorzugt nur einen einzigen Rückschlagventilkörper 75, wobei die Rückschlagventilanordnung 73 richtungsabhängige Durchlassquerschnitte 77; 79 umfasst. In der 2 ist erkennbar, dass der Rückschlagventilkörper einen ersten und einen zweiten Durchlassquerschnitt 77; 79 aufweist. Beide Durchlassquerschnitte 77; 79 werden von mindestens einer Aussparung gebildet. So verfügt der von mindestens einer Scheibe gebildete Rückschlagventilkörper 75 über eine im Mittenbereich ausgeführte erste Aussparung 77, die stets geöffnet ist und mindestens eine zweite randseitige Aussparung 79, die richtungsabhängig geschaltet wird. Die Scheibe 75 zentriert sich radial an einem Wandungsabschnitt des Bypasskanals 45.
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Das Rückschlagventil ist als ein Sitzventil ausgeführt, wobei eine Ventilsitzfläche 81 von einem Einsatz, in diesem Ausführungsbeispiel von dem Befestigungsmittel 71 für das Dämpfventil mit Konstanteinstellung, also dem Dämpfventil 7, gebildet wird.
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Der Rückschlagventilkörper 75 wird von einer Rückschlagventilfeder 83 in eine definierte Ausgangslage vorgespannt. Dafür weist der Bypasskanal 45 eine Stützfläche 85 für die Rückschlagventilfeder auf. Bevorzugt wird die Stützfläche von dem Ventilträger 51 des verstellbaren Drosselventils 47 gebildet.
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Bei der Montage wird in einem separaten Bauabschnitt ein mit der hohlen Kolbenstange 5 verbundenes Gehäuse 17 mit dem Aktuator 19 bestückt. Eine Innen- und eine Außendichtung 8; 89 an einer Isolatorscheibe 91 schützen die Spule 21 und nicht dargestellte Kabelanschlüsse gegen Feuchtigkeit.
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Bei einer Hubbewegung der Kolbenstange 5 wird Dämpfmedium aus dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 in die Drosselkanäle 39 verdrängt. Es wird aber auch Dämpfmedium in den Bypasskanal 45 gefördert. In Abhängigkeit der axialen Position der Schiebehülse 49 wird am verstellbaren Ventil 47 ein Ventilquerschnitt eingestellt. Bei einer großen Bestromung der Spule 21 übt der Aktuator 19 über den Anker 23 eine große Verstellbewegung aus und bewegt die Schiebehülse 49 gegen die Kraft der Rückstellfeder 53. Dadurch wird ein großer Ventilquerschnitt freigegeben, der tendenziell mit einer kleineren Dämpfkraft verbunden ist. Die axial wirksamen dynamischen Druckkräfte werden von dem im Bypasskanal 45 ortsfesten Ventilträger 51 abgestützt. Auf die Schiebehülse 49 wirken von innen nur radiale Kräfte, die sich aber vollständig kompensieren.
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Das Dämpfmedium, das das verstellbare Ventil 47 passiert hat, fließt auch durch den ersten Durchlassquerschnitt 77 der Rückschlagventilanordnung 73, der permanent geöffnet ist. Die Dämpfkraft wird folglich von der Summe der Drosselquerschnitte des verstellbaren Ventils 47 und des ersten Durchlassquerschnitts gebildet, da die Rückschlagventilfeder 83 den Rückschlagventilkörper 75 in die Schließposition vorspannt.
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Ohne Bestromung der Spule 21 wird der Ventilkörper 49 von der Rückstellfeder 63 in eine maximale Drosselposition bewegt. Die Drosselposition kann den völligen Verschluss oder auch einen kleinen Drosselquerschnitt bedeuten. Dann wird die vergleichsweise große Dämpfkraft im Wesentlichen von dem Dämpfventil 7 erzeugt.
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Bei einer Kompressionsbewegung der Kolbenstange 5 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 strömt das Dämpfmedium zuerst über das geöffnete Rückschlagventil 73, bei dem nun beide Durchlassquerschnitte 77; 79 freigegeben sind. Dabei hebt der Rückschlagventilkörper 75 von der Ventilsitzfläche 81 ab. Das Dämpfmedium strömt weiter über Radialkanäle 93 im Trägerzapfen 37 in einen Ringraum 95 ein, der nach radial innen von der einer Mantelfläche sowie der Vorder- und der Rückseite 55; 57 der Schiebehülse 49 begrenzt wird. Dabei werden die Vorder- und die Rückseite 55; 57 hydraulisch parallel mit Dämpfmedium beaufschlagt. Mindestens eine Anschlussöffnung 97 sorgt dafür, dass ein Druckausgleichsraum 99 der Schiebehülse ebenfalls mit Dämpfmedium versorgt wird. In diesem Druckausgleichsraum 99 ist auch die Rückstellfeder 53 angeordnet ist. Der Ringraum 95 kann radial auch deutlich schmaler ausgeführt sein, so dass sich der Durchmesser des Trägerzapfens nicht reduzieren lässt.
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Beim Eintritt des Dämpfmediums in mindestens eine Drosselöffnung 101, die mit einer Ventilkante 103 der Sammelnut 69 den Ventilquerschnitt bestimmt, wird das Dämpfmedium von Dichthülsenabschnitten 103, 105 beiderseits des Ventilquerschnitts gegen eine undefinierte Leckage geschützt. Diese Dichthülsenabschnitte 103; 105 wirken selbstverständlich auch bei einer Anströmung des Ventilquerschnitts aus dem Bypasskanal 45.
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In dieser Strömungsrichtung wird die Dämpfkraft ebenfalls von den Drosselwiderständen 77; 79 der Rückschlagventilanordnung 73 und dem eingestellten Ventilquerschnitt am Dämpfventil 47 bestimmt.
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Aufgrund der größeren Querschnitte in Strömungsrichtung vom Kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 in den Kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 13 ist bei gleicher Einstellung des verstellbaren Dämpfventils 47 eine geringere Dämpfkraft wirksam als bei entgegengesetzter Durchströmungsrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Dämpfventileinrichtung
- 5
- Kolbenstange
- 7
- Dämpfventil
- 9
- Ventilkörper
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Gehäuse
- 19
- Aktuator
- 21
- Spule
- 23
- Anker
- 25
- Rückschlusskörper
- 27
- Polscheibe
- 29
- Lagerhülse
- 31
- Lagerhülse
- 33
- Boden
- 35
- Kabelanschluss
- 37
- Trägerzapfen
- 39
- Drosselkanal
- 41
- Ventilscheibe
- 43
- Ventilscheibe
- 45
- Bypasskanal
- 47
- verstellbares Ventil
- 49
- Ventilkörper
- 51
- Ventilträger
- 53
- Rückstellfeder
- 55
- Vorderseite
- 57
- Rückseite
- 59
- Boden
- 61
- Stirnfläche
- 63
- Gewindeverbindung
- 65
- Zentralkanal
- 67
- Übertragungskanal
- 69
- Sammelnut
- 71
- Befestigungsmittel
- 73
- Rückschlagventilanordnung
- 75
- Rückschlagventilkörper
- 77
- erster Durchlassquerschnitt
- 79
- zweiter Durchlassquerschnitt
- 81
- Ventilsitzfläche
- 83
- Rückschlagventilfeder
- 85
- Stützfläche
- 87
- Innendichtung
- 89
- Außendichtung
- 91
- Isolatorscheibe
- 93
- Radialkanal
- 95
- Ringraum
- 97
- Ausschlussöffnung
- 99
- Druckausgleichsraum
- 101
- Drosselöffnung
- 103
- Ventilkante
- 105
- Dichthülsenabschnitt
- 107
- Dichthülsenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20140116825 A1 [0002, 0002]
- DE 19822448 A1 [0005]
