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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltventileinheit zur Absperrung mehrerer Druckräume zur Ansteuerung von mehreren Schaltelementen eines Kraftfahrzeugs.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 221 035 A1 wird ein Absperrventil mit einem Ventilschieber zur Absperrung mehrerer Druckräume zur Ansteuerung mehrerer Schaltelementen eines Kraftfahrzeugs vorgestellt. Die Dichtung erfolgt über Dichtringe aus einem elastischen Dichtungswerkstoff. Das Absperrventil wird über eine Feder in geschlossener Stellung gehalten und kann mit einem Steuerdruck geöffnet werden. Mit der Anzahl der zu verschließenden Druckräume steigt auch die Länge des Ventilschiebers. Dadurch werden mit zunehmender Länge des Ventilschiebers erhöhte Anforderungen an Form- und Lagetoleranzen gestellt, wodurch sich der Herstellungsaufwand des Absperrventils erhöht.
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Es besteht daher das ständige Bedürfnis ein Herstellungsverfahren und einen Aufbau einer hydraulischen Schaltventileinheit zu vereinfachen, sowie die Lebensdauer einer hydraulischen Schalteinheit zu verlängern.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, durch welche ein Aufbau und ein Herstellen einer hydraulische Schaltventileinheit vereinfacht werden kann, sowie eine Lebensdauer der hydraulischen Schalteinheit verlängert werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine hydraulische Schaltventileinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltventileinheit für eine hydraulische Steuerungsvorrichtung zur Ansteuerung mehrerer Schaltelemente in einem Kraftfahrzeug mit einem mindestens zwei Druckräumen aufweisenden Gehäuse, wobei die Druckräume jeweils mit mindestens einem Druckanschluss zur Betätigung des jeweiligen Schaltelements verbunden sind, und einem axial in dem Gehäuse verschiebbaren Ventilschieber zum Absperren der Druckräume des Gehäuses von den dem jeweiligen Druckanschluss, wobei der Ventilschieber mehrteilig ausgebildet ist und mindestens zwei Ventilschieberelemente umfasst, wobei die Ventilschieberelemente jeweils einen Druckraum in dem Gehäuse verschließen.
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Durch eine derartige hydraulische Schaltventileinheit können mehrere Druckräume in einem Gehäuse, insbesondere in mindestens einer Bohrung des Gehäuses, angeordnet werden, wodurch eine kompakte hydraulische Schaltventileinheit hergestellt und Bauraum eingespart werden kann. Die hydraulische Schaltventileinheit kann beispielsweise ein Absperrventil für Mehrfachkupplungen, die hydraulisch betätigbar sind, oder für ein Automatikgetriebe sein, oder bei anderen Aktoren, die einen Druck über einen Zeitraum halten können, angewendet werden. Die Druckanschlüsse können hierbei beispielsweise zu Schaltelementen eines hydraulischen Aktuators führen, um ein Kraftfahrzeug zu betätigen. Durch einen Ventilschieber bestehend aus mehreren Ventilschieberelementen kann eine erhöhte Anforderung an Form- und Lagetoleranzen für einen in dem Stand der Technik üblichen einzelnen Ventilschieber mit mehreren Stufen und gegebenenfalls unterschiedlichen Durchmessern vermieden werden, insbesondere können sich die Anforderungen für Form- und Lagetoleranzen für einen einzelnen Ventilschieber gemäß dem Stand der Technik mit zunehmender Länge erhöhen. Durch einen Ventilschieber mit mehreren Ventilschieberelementen kann der Fertigungsaufwand und der Herstellungsaufwand verringert werden, so dass ein Aufbau und ein Herstellen der hydraulischen Schaltventileinheit vereinfacht werden kann. Die einzelnen Ventilschieberelemente können jeweils einzeln oder gemeinsam über einen Steuerdruck geöffnet werden. Als hydraulische Flüssigkeit kann, beispielsweise ein Motoröl, ein Getriebeöl oder ein Hydrauliköl verwendet werden. Die einzelnen Ventilschieberelemente können dabei den jeweiligen Druckraum gegenüber Leckagen oder Zufluss von anderen Druckräumen abdichten, so dass eine gute Funktionalität gewährleistet werden kann. Weiterhin kann durch die Verwendung von mehreren Ventilschieberelementen Querkräfte durch Momente reduziert werden, so dass beispielsweise ein Verkanten, wie es bei einem einzelnen Ventilschieber auftreten kann, vermieden werden kann. Auf diese Weise kann die Funktionssicherheit gewährleistet und auch eine Lebensdauer der hydraulischen Schaltventileinheit verlängert werden.
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Somit kann mit der hydraulischen Schaltventileinheit ein Aufbau und ein Herstellen der hydraulischen Schaltventileinheit vereinfacht werden, sowie eine Lebensdauer der hydraulischen Schalteinheit verlängert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ventilschieberelemente in dem Gehäuse seriell angeordnet. Durch eine serielle Anordnung kann ein Aufbau einer hydraulischen Schaltventileinheit kompakter ausgestaltetet werden, wodurch sich ein Platzbedarf für die hydraulische Schaltventileinheit verkleinern kann. Dadurch kann ein benötigter Bauraum für die hydraulische Schaltventileinheit verkleinert werden.
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Es ist bevorzugt, dass die hydraulische Schaltventileinheit als ein schaltbares Sitzventil ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als ein Sitzventil kann im Gegensatz zu einem als ein Schieberventil ausgebildete hydraulische Schaltventileinheit eine hohe Dichtigkeit ermöglicht werden, so dass der im Druckraum eingesperrte Druck nicht über die Zeit wesentlich absinken kann.
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Vorzugsweise umfasst jedes Ventilelement einen metallischen Dichtsitz, insbesondere einen konusförmigen, balligen oder zylindrischen Dichtsitz, zum Verschließen eines Druckraums. Durch einen metallischen Dichtsitz kann auf einfache Weise ein Druckraum abgesperrt oder geöffnet werden. Als Abdichtung für Absperrventile können Kugeln oder Kegel verwendet, wobei Kegel gerade nach längerer Betriebsdauer eine bessere Dichtwirkung aufweisen können. Weiterhin kann der Dichtsitz eine ballige, konusförmige oder zylindrische Form aufweisen. Durch einen metallischen Dichtsitz kann eine elastische Dichtung zum Absperren des Druckraums gegenüber dem Druckanschluss eingespart werden, so dass dadurch ein Verschleiß aufgrund von Abnutzung einer elastischen Dichtung durch kleine Partikel bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten verringert werden kann. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der hydraulischen Schaltventileinheit verlängert werden.
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Es ist bevorzugt, dass jedes Ventilschieberelement an einer zur Innenwandung des Gehäuses weisenden Außenfläche eine Nut umfasst zur Aufnahme eines Dichtelements zum Verschließen eines Druckraums. Auf diese Weise kann ein Druckraum zusätzlich durch das Ventilschieberelement gegenüber anderen Druckräumen abgedichtet werden. Beispielsweise kann durch eine derartige Ausgestaltung eine Leckage in einen anderen Druckraum oder ein Einströmen von Arbeitsfluid aus einem anderen Druckraum verhindert werden, wodurch eine gute Dichtheit ermöglicht werden kann. Insbesondere kann das Dichtelement ein elastisches Dichtelement, beispielsweise ein O-Ring oder eine Dichtschnurr, sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse ein Ventilgehäuse mit einer konzentrischen Ventilbohrung zur axialen Führung der Ventilschieberelemente. Auf diese Weise kann eine kompakte hydraulische Schaltventileinheit zur Verfügung gestellt werden, so dass ein Platzbedarf reduziert und Bauraum eingespart werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass die Ventilschieberelemente bewegungsgekoppelt angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine sequenzielle Öffnung der Druckräume nacheinander ermöglicht werden. Insbesondere können die Drückräume nacheinander durch eine ansteigende Betätigungskraft, wie Druck, nacheinander geöffnet werden. Dabei kann eine anfangs geringe Betätigungskraft lediglich nur ein Ventilschieberelement und somit nur ein Druckraum öffnen. Sobald die Betätigungskraft ansteigt, kann das durch die geringe Betätigungskraft axial verschobene Ventilschieberelement auf das benachbarte Ventilschieberelement drücken und auf diese Weise den Druckraum des benachbarten Ventilschieberelements öffnen. Somit können die Druckräume nacheinander in fester Abhängigkeit der Betätigungskraft einzeln über die Stärke der Betätigungskraft geöffnet werden.
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Vorzugsweise sind die einzelnen Ventilschieberelemente über ein elastisches Element, insbesondere über ein Federelement, an einem benachbarten Ventilschieberelement abstützbar. Das elastische Element kann als Druckfeder, Zugfeder, Tellerfeder, Schraubenfeder oder als Wellenfeder ausgebildet sein. Durch das elastische Element kann das jeweilige Ventilschieberelement in einer Grundstellung mit dem Dichtsitz gegen den Druckanschluss drücken, so dass das jeweilige Ventilschieberelement in der Grundstellung über den Dichtsitz den jeweiligen Druckraum versperren kann. Insbesondere kann eine Federkraft eines ersten elastischen Elements der Summe aus einer Kraft mit der ein erstes Ventilschieberelement in die Grundstellung gedrückt wird und einer Federkraft eines benachbarten zweiten elastischen Elements auf das erste Ventilschieberelement betragen. Eine Federkraft eines zweiten elastischen Elements kann einer Summe aus einer Kraft mit der das zweite Ventilschieberelement in die Grundstellung gedrückt wird und einer Federkraft eines benachbarten weiteren elastischen Elements auf das zweite Ventilschieberelement betragen. Die Federkräfte können somit unterschiedlich groß sein, wobei beispielsweise das erste elastische Element im Arbeitsbereich die höchste Federkraft besitzen kann. Diese unterschiedlichen Federkräfte können zu unterschiedlichen Betätigungskräften führen, welche es ermöglichen je nach Höhe der Betätigungskraft, nur einen oder einen Teil der Ventilschieberelemente zu betätigen. Dadurch kann sich eine Abhängigkeit zwischen Höhe einer Betätigungskraft und Anzahl der geöffneten Druckräume ergeben. Beispielsweise kann die hydraulische Ventilschiebereinheit durch eine Betätigungskraft auf ein letztes Ventilschieberelement des Ventilschiebers einwirken, so dass zunächst nur das letzte Ventilschieberelement betätigt werden kann, wodurch der durch das letzte Ventilschieberelement versperrte Druckraum geöffnet und mit dem Druckanschluss verbunden werden kann. Über unterschiedlich hohe Federkräfte können somit die jeweiligen Druckräume in fester Abhängigkeit nacheinander einzeln über die Höhe des Drucks auf den Ventilschieber, und somit auf die einzelnen Ventilschieberelemente, geöffnet werden.
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Insbesondere können die Abstände zwischen den einzelnen Ventilschieberelementen derart ausgelegt werden, dass durch die Abstände Fertigungstoleranzen von Sitzkanten der Dichtsitze ausgeglichen werden können. Die Abstände können dabei so groß gewählt werden, dass über einen Federweg des zunächst belasteten elastischen Elements ein Kraftanstieg entstehen kann, der zu einem Öffnungsdruckbereich für den jeweiligen Druckraum führen kann. Bei einer sequenziellen Öffnung der Druckräume, kann der Abstand zwischen den einzelnen Ventilschieberelementen und somit ein Öffnungsdruckbereich vorzugsweise derart bemessen sein, dass jeder Druckraum unter Berücksichtigung einer Genauigkeit eines Steuerdrucks und unter Berücksichtigung von störenden Faktoren, wie variierende Reibkräfte, sicher geöffnet werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse von einem ersten Ende bis zu einem dem ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende eine Innenkontur in Stufenbohrungsform aufweist, und die Ventilschieberelemente an der in dem Gehäuse angeordneten Stelle zum Versperren eines Druckraumes eine Außenkontur mit einer Gegenkontur zum entsprechenden Gehäuseabschnitt aufweisen. Insbesondere kann das Gehäuse, innerhalb dessen oder an welchem die Ventilschieberelemente des Ventilschiebers axial verschiebbar geführt werden können, eine entsprechende stufenförmige Kontur mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Die jeweiligen Ventilschieberelemente des Ventilschiebers können an der jeweiligen angeordneten Stelle eine Gegenkontur aufweisen, so dass die Außendurchmesser der Ventilschieberelemente dem Innendurchmesser des jeweiligen Gehäuseabschnitts in dem die Ventilschieberelemente angeordnet sind entsprechen können. An den Übergängen zwischen den einzelnen Durchmessern können die Druckanschlüsse angeordnet sein, so dass an den Übergängen der jeweilige Dichtsitz des jeweiligen Ventilschieberelements sich abstützen kann, um einen jeweiligen Druckraum zu versperren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Kraft zum Verschieben der Ventilschieberelemente in axialer Richtung mittig und nahezu punktförmig auf eine Stirnseite des jeweiligen Ventilschieberelements einleitbar. Auf diese Weise können Querkräfte auf die Ventilschieberelemente vermieden werden, so dass eine Kraftübertragung in axialer Richtung zwischen den einzelnen Ventilschieberelementen vorzugsweise momentenfrei erfolgen kann. Auf diese Weise kann eine Formtolerierung, insbesondere eine enge Formtolerierung, der Ventilschieberelement vermieden werden, so dass ein Herstellungsaufwand und ein Fertigungsaufwand für die einzelnen Ventilschieberelemente verringert werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Schnittansicht einer hydraulischen Schaltventileinheit
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In 1 ist eine schematische seitliche Schnittansicht einer hydraulischen Schaltventileinheit 10 zur Absperrung mehrerer Druckräume für ein Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeug dargestellt. Die hydraulische Schaltventileinheit ist als ein Absperrventil in schaltbarer Sitzbauweise ausgebildet und umfasst ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 ist ein Ventilgehäuse mit einer konzentrischen Ventilbohrung und weist eine stufenformartige Innenkontur auf. Das Gehäuse 12 weist in 1 drei Druckräume 14a, 14b, 14c auf. Die Druckräume 14a, 14b, 14c sind jeweils über Druckanschlüsse 16a, 16b, 16c mit nicht dargestellten Druckstelleinrichtungen verbunden.
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In dem Gehäuse 12 ist ein axial verschiebbarer Ventilschieber zum Absperren der Druckräume 14a, 14b, 14 des Gehäuses 12 angeordnet. Der Ventilschieber ist mehrteilig ausgebildet und umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c. Jedes der Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c verschließt jeweils einen Druckraum 14a, 14b, 14c in dem Gehäuse 12. Die Ventilschieberelemente 14a, 14b, 14c sind seriell angeordnet und versperren in einer Grundstellung jeweils einen der Druckanschlüsse 16a, 16b, 16c von dem jeweiligen Druckraum 14a, 14b, 14c. Eine Absperrung erfolgt dadurch, dass jedes Ventilschieberelement 18a, 18b, 18c einen metallischen Dichtsitz 20a, 20b, 20c an einer Stirnseite 22a, 22b, 22c aufweist. Der metallische Dichtsitz 20a, 20b, 20c ist konusförmig ausgebildet und verschließt dadurch den jeweiligen Druckraum 14a, 14b, 14c von dem jeweiligen Druckanschluss 16a, 16b, 16c. Zusätzlich umfasst jedes Ventilschieberelement 18a, 18b, 18c an einer zur Innenwandung des Gehäuses 12 weisenden Außenfläche eine Nut zur Aufnahme eines elastischen Dichtelements 24a, 24b, 24c, beispielsweise ein O-Ring, zum Abdichten des jeweiligen Druckraums 14a, 14b, 14c.
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In 1 ist erkennbar, dass das Gehäuse 12 die Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c in der Ventilbohrung des Gehäuses 12 geführt werden. Weiterhin weisen die einzelnen Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c an der in dem Gehäuse angeordneten Stelle eine Außenkontur mit einer Gegenkontur zum entsprechenden Gehäuseabschnitt auf, insbesondere entsprechen die Außendurchmesser der Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c dem Innendurchmesser des Gehäuseabschnitts in dem die Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c angeordnet sind. Die einzelnen Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c sind über ein elastisches Element 26a, 26b, 26c an einem benachbarten Ventilschieberelement 18a, 18b, 18c abgestützt und werden dadurch in einer Grundstellung gedrückt, um den jeweiligen Druckraum 14a, 14b, 14c mit dem jeweiligen Dichtsitz 20a, 20b, 20c von dem jeweiligen Druckanschluss 16a, 16b, 16c zu versperren. Das elastische Element 26a, 26b, 26c ist jeweils eine Druckfeder. Die Federkraft des ersten elastischen Elements 26c entspricht der Summe aus der Kraft mit der das erste Ventilschieberelement 18c in die Grundstellung gedrückt wird und der Federkraft des benachbarten zweiten elastischen Elements 26b auf das erste Ventilschieberelelement 18c. Die Federkraft des zweiten elastischen Elements entspricht der Summe aus der Kraft, mit der das zweite Ventilschieberelement 18b in die Grundstellung gedrückt wird und der Federkraft des benachbarten ersten elastischen Elements 26a auf das zweite Ventilschieberelement 18b. Die Federkräfte sind somit unterschiedlich groß und das erste elastische Element 18c besitzt im Arbeitsbereich die höchste Federkraft. Diese unterschiedlichen Federkräfte führen zu unterschiedlichen Betätigungskräften, die es ermöglichen nach Höhe der Betätigungskraft nur einen oder einen Teil der Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c zu betätigen. Hieraus ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen Höhe der Betätigungskraft und der Anzahl der geöffneten Druckräume 14a, 14b, 14c.
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Wird die hydraulische Schaltventileinheit 10 durch eine Betätigungskraft wie vorzugsweise einen Druck auf eine Wirkfläche, wie die Stirnseite 22a, des dritten Ventilschieberelements 18a des Ventilschiebers betätigt, so wird zunächst nur das dritte Ventilschieberelement 18a über ein Betätigungselement 28 betätigt und der dritte Druckraum 14a geöffnet. Über unterschiedlich hohe Federkräfte entsteht somit die Möglichkeit, die Druckräume 14a, 14b, 14c in fester Abhängigkeit nacheinander einzeln über die Höhe des Drucks auf die Stirnseiten 22a, 22b, 22c zu schalten.
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Die Abstände zwischen den Ventilschieberelementen 18a, 18b, 18c müssen mindestens so groß sein, dass sie die Fertigungstoleranzen der Sitzkanten in der Ventilbohrung der Druckräume 14a, 14b, 14c ausgleichen. Sie können so groß gewählt werden, dass über den Federweg des zunächst belasteten elastischen Elements 26a, 26b, 26c ein Kraftanstieg entsteht, der zu einem Öffnungsdruckbereich für den jeweiligen Druckraum 14a, 14, 14c führt. Wenn eine sequenzielle Öffnung der Druckräume 14a, 14b, 14c gewünscht ist, sollte der Ventilschieberabstand und somit der Öffnungsdruckbereich vorzugsweise so bemessen sein, dass jeder Druckraum 14a, 14b, 14c unter Berücksichtigung der Genauigkeit des Steuerdrucks und unter Berücksichtigung von störenden Faktoren, wie variierender Reibkräfte, sicher geöffnet wird.
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Zur Vermeidung von Querkräften auf die Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c ist die Kraftübertragung in axialer Richtung zwischen den einzelnen Ventilschieberelementen 18a, 18b, 18c möglichst momentenfrei zu gestalten. Eine Betätigung der hydraulischen Schaltventileinheit 10 erfolgt derart, dass eine Kraft zum Verschieben der Ventilschieberelemente 18a, 18b, 18c in axialer Richtung des Gehäuses 12 mittig und nahezu punktförmig auf die jeweilige Stirnseite 22a, 22b, 22c des jeweiligen Ventilschieberelements 18a, 18b, 18c eingeleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- hydraulische Schaltventileinheit
- 12
- Gehäuse
- 14a, 14b, 14c
- Druckräume
- 16a, 16b, 16c
- Druckanschlüsse
- 18a, 18b, 18c
- Ventilschieberelemente
- 20a, 20b, 20c
- metallischer Dichtsitz
- 22a, 22b, 22c
- Stirnseite
- 24a, 24b, 24c
- elastische Dichtelemente
- 26a, 26b, 26c
- elastisches Element
- 28
- Betätigungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221035 A1 [0002]
