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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelregler zum Einsatz in einem Fluidkreislauf einer Wärmekraftmaschine, mit einer einen Drehschieber antreibenden Drehschieberwelle, die gegenüber einem Gehäuse, das sich aus einem Aktuatorgetriebegehäuse und einem Kühlmittelreglergehäuse zusammensetzt, mittels einer Gleitlagerbuchse / Lagerbuchse einseitig, nämlich an der drehschieberabgewandten Seite gelagert ist.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 222 825 A1 bekannt. Diese offenbart einen Kühlmittelregler / ein Wärme-Management-Modul, das einseitig gelagert ist und Fluidströme zumindest eines Fluidkreislaufs von einem Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine steuert.
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die Drehschieberwellen derart lagern, dass diese eine Steuerung der Fluidströme einer Wärmekraftmaschine vornehmen können.
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Die Nachteile des Standes der Technik liegen darin, dass eine einseitige Belastung der Drehschieberwelle auch aufgrund ihrer verhältnismäßig kurzen Ausgestaltung eine Verkippung der Drehschieberwelle zur Folge hat.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und insbesondere eine Vorrichtung zu offenbaren, die eine robuste Lagerung der Drehschieberwelle auf engem Bauraum ohne Verkippung ermöglicht und die weiterhin eine Leckage zwischen dem Aktuatorgetriebegehäuse und dem Kühlmittelreglergehäuse vollständig unterbindet.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen einer nach radial innen zeigenden Stirnfläche des Aktuatorgetriebegehäuses und der Gleitlagerbuchse eine erste Zwischenhülse angeordnet ist. Diese erste Zwischenhülse verringert einen Radialspalt zwischen der Drehschieberwelle und dem Kühlmittelreglergehäuse, wodurch eine Lagerung angeordnet werden kann, die einer Verkippung der Drehschieberwelle robust entgegen wirkt. Weiterhin zieht eine solche erste Zwischenhülse den Vorteil der variablen Gestaltung nach sich, womit neben der Senkung des Radialspaltes durch sie weiterhin mehrere axiale Anlageflächen realisiert werden können, die sich zum einen als Anschlagbund für die Gleitlagerbuchse, zum anderen auch als Anschlagbund für Dichtringe und andere Komponenten anbieten.
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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 zwischen einer Anlagefläche des Kühlmittelreglergehäuses und der Drehschieberwelle eine zweite Zwischenhülse angeordnet ist. Auch diese senkt den Radialspalt und erhöht die gestalterische Freiheit der Anordnung.
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Sobald die Gleitlagerbuchse zweiteilig ausgestaltet ist und somit die Drehschieberwelle an zwei Stellen gelagert ist, ist eine robustere Führung der Drehschieberwelle möglich. Durch die beiden Lagerbuchsen wird auch bei höchsten einseitigen Anforderungen einer Verkippung der Drehschieberwelle vorgebeugt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbart demnach ein Kühlmittelregler, der ohne Unwucht rotiert, was die Lebensdauer der gesamte Wärmekraftmaschine erhöht.
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Ebenfalls Teil der Erfindung ist eine Wärmekraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Kühlmittelregler. Diese weist dadurch, dass mittels der ersten und zweiten Zwischenhülsen Dichtungen effizient integrierbar sind, eine kaum merkliche Leckage auf, was die Wartungskosten der Wärmekraftmaschine senkt. Weiterhin zieht die ruhig laufende Rotation des Drehschiebers durch die erfindungsgemäße Lagerung auch Vorteile hinsichtlich sinkender Betriebsgeräusche nach sich.
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Wenn die Gleitlagerbuchse aus Metall ist, zieht dies ebenfalls Vorteile nach sich. So weist Metall höhere Festigkeitswerte als bisher eingesetzte Kunststoffe auf, was die Weichheit der Lagerung senkt und somit ihre Stabilität erhöht. Dies erschwert eine Verkippung der Drehschieberwelle.
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Es ist auch von Vorteil, wenn sowohl die erste, als auch die zweite Aufnahmehülse dazu vorbereitet sind, eine Dichtung, wie bspw. einen radialen Wellendichtring, aufzunehmen. Dadurch, dass die Aufnahmehülsen eine deutlich höhere gestalterische Freiheit aufweisen als die beiden Gehäuseteile Aktuatorgehäuse und Kühlmittelreglergehäuse, wird somit neben dem Lagersitz auch den Dichtsitzen eine optimale Form geboten. Dies erhöht zum einen deren Dichtwirkung, zum anderen ist die zeitliche Effizienz in der Montage durch entsprechende Anlageflächen optimiert.
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Wenn es sich bei der Drehschieberwelle um eine Stummelwelle handelt, ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerung ebenfalls vorteilhaft. Besonders Stummelwellen sind auf eine robuste Lagerung angewiesen, was mittels der erfindungsgemäßen Zwischenhülsen möglich ist.
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Dadurch, dass die Zwischenhülsen auch einen axialen Anschlag für die Lagerung bieten, ist auch die Lagerung deutlich schneller und passgenauer montiert als in bisher bekannten Systemen.
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Dadurch, dass eine erste und eine zweite Zwischenhülse in der Anordnung anbringbar sind und beide jeweils einen Lagersitz realisieren können, ist ein deutlich höherer axialer Lagerabstand realisierbar als zuvor. Dies steigert die Laufruhe des Kühlmittelreglers.
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Es ist von Vorteil, wenn die Zwischenhülsen aus Stahl tiefgezogen werden und die Gehäuseteile spritzgussgefertigte Teile sind. Hierbei handelt es sich um wohlerprobte Verfahren, die sich vor allem in der Serienfertigung positiv auswirken.
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Es sei erwähnt, dass in dem Fluidkreislauf der Wärmekraftmaschine zum einen Kühlzum anderen Schmiermittel transportiert werden können.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kühlmittelregler / ein Wärme-Management-Modul mit Drehschiebertechnologie betrifft. Einsatzgebiete für die Erfindung sind zum einen ein Kühlsystem einer Wärmekraftmaschine, zum anderen ein Schmiersystem mit dem Arbeitsfluid Motoröl.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hebt sich vom Stand der Technik dadurch ab, dass die Drehschieberwellenlagerung mit beispielsweise metallischen Gleitlagern sinnvoll mit Merkmalen wie Wellendichtringen zur äußeren Abdichtung des Kühlmittelreglers kombiniert werden kann. Hierbei können die Drehschieberwellen sowohl Stummelwellen, als auch Nicht-Stummelwellen sein.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Zwischenhülsen eine Fertigung ermöglichen, die nicht auf kostenintensive, enge Bohrtoleranzen angewiesen ist, da die Zwischenhülsen mit ihren elastischen Eigenschaften selbst die Variationen in den Bohrtoleranzen ausgleichen können. Die engen Toleranzen, die es für Metallgleitlager bedarf, werden somit von den Zwischenhülsen bereitgestellt. Vorzugsweise sind eine oder beide Zwischenhülsen in ihrem Längsschnitt mehrstufig ausgestaltet. Die Zwischenhülsen stehen in Verbindung mit dem kunststoffumspritzten Gehäuse und bilden mit diesem eine Einheit.
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Um das Vorhandensein der Stahlhülse noch weiter vorteilhaft nutzen zu können, werden sowohl ein trockener Wellendichtring, der an der fluidraumabgewandten Seite angeordnet ist, als auch ein nasser Wellendichtring, der an der fluidraumzugewandten Seite angeordnet ist, in der Hülse aufgenommen. Mit dieser Anordnung gelingt es, durch eine Koaxialität der Komponenten das Ziel der Null-Leckage zu realisieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch schematisch dargestellte Komponenten des Kühlmittelreglers in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einer im Längsschnitt L-förmigen zweiten Zwischenhülse;
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3 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einer einteiligen Lagerbuchse;
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4 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einem alternativ ausgestalteten Kühlmittelreglergehäuse;
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5 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einer dritten Zwischenhülse;
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6 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einem axialen Anschlag für einen Dichtring, der einem Fluidraum zugewandt ist;
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7 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einer Anschlaghülse; und
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8 eine weitere Ausführungsform des Kühlmittelreglers mit einem axialen Anschlag für die Anschlaghülse.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt einen Kühlmittelregler 1, der die Fluidströme eines Fluidkreislaufs einer Wärmekraftmaschine steuert. Zentral und rotationssymmetrisch angeordnet ist eine Drehschieberwelle 2, die gegenüber einem Gehäuse 3, das sich aus einem Aktuatorgetriebegehäuse 4 und einem Kühlmittelreglergehäuse 5 zusammensetzt, gelagert ist. Die Lagerung wird von einer Lagerbuchse 6, vorzugsweise einer metallischen Gleitlagerbuchse, realisiert. Zwischen einer nach radial innen zeigenden Stirnfläche 7 und der Lagerbuchse 6 ist eine erste Zwischenhülse 8 angeordnet. Die erste Zwischenhülse 8 bietet demnach sowohl der Lagerbuchse 6, als auch einem Trockendichtring 9 eine Anlagefläche.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die erste Zwischenhülse 8 im Längsschnitt eine Stufenform auf. So setzt sie sich aus zwei axial verlaufenden und zwei radial verlaufenden Flächen zusammen. Die radial innerste Fläche der ersten Zwischenhülse 8, die axial verläuft, bietet der zweigeteilten Lagerbuchse 6 zwei Anlageflächen. Dies zieht eine robuste Lagerung nach sich. Eine Anschlagfläche 10, die eine der beiden radial verlaufenden Flächen der ersten Zwischenhülse 8 darstellt, bietet sich an, um als axialer Anschlag der ersten Zwischenhülse 8 zu gelten. So wird die Montage der ersten Zwischenhülse 8 und somit der beiden Lagerbuchsen 6 erheblich vereinfacht.
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Neben der ersten Zwischenhülse 8 ist auch eine zweite Zwischenhülse 11 Teil der Erfindung. Diese ist an ihrem radial äußeren Ende mit einer Anlagefläche 12 in Kontakt. Die Anlagefläche 12 ist Teil des Kühlmittelreglergehäuses 5. Sie zeigt nach radial innen. An der radial inneren Fläche der zweiten Zwischenhülse 11 ist ein Nassdichtring 13 angeordnet. Dieser ist von einer größeren Dimension als der Trockendichtring 9, da er näher zum Fluidraum 14 hin ausgerichtet ist. Im Fluidraum 14 ist ein nicht dargestellter Drehschieber angeordnet, der über die Rotation der Drehschieberwelle 2 Fluidmittel, wie Kühlmittel oder Schmiermittel, entsprechend steuert.
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Die beiden Gehäuseteile des Gehäuses 3, nämlich das Aktuatorgetriebegehäuse 4 und das Kühlmittelreglergehäuse 5 sind mittels einer Verschraubung 15 starr miteinander verbunden. Ein formschlüssiges Profil 16 der Drehschieberwelle 2 sorgt für eine zuverlässige Drehmomentübertragung von Seiten der Drehschieberwelle 2 auf den nicht dargestellten Drehschieber. Bei der Aktuator-Montage wird das Kühlmittelreglergehäuse 5 mittels eines O-Ringes 17 abgedichtet.
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Am drehschieberabgewandten Ende der Drehschieberwelle 2 sind ein Drehschieberzahnrad 18 sowie ein Trigger 19 angeordnet.
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Der stufenförmigen Ausgestaltung der ersten Zwischenhülse 8 steht eine U-förmige Ausgestaltung der zweiten Zwischenhülse 11 entgegen. Jenes U ist um 90° gekippt, wobei die eine Flanke, nämlich die radial innere, länger ist als die andere. Diese Ausgestaltung ist jedoch variabel an die eingesetzten Komponenten, wie z.B. den Dichtringen, und die von Seiten der Gehäuseteile vorgegebene Geometrie anpassbar.
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In 2 ist die schematische Anordnung eines weiteren Kühlmittelreglers 1 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist keine Anlagefläche 12 in radialer Richtung für die zweite Zwischenhülse 11 vorhanden. Andere Komponenten, wie die erste Zwischenhülse 8, die zweite Zwischenhülse 11, der Trockendichtring 9, der Nassdichtring 13, der O-Ring 17, die beiden Gehäuseteile Aktuatorgetriebe- 4 und Kühlmittelreglergehäuse 5 sind in ähnlicher Form zu dem Ausführungsbeispiel in 1 ausgestaltet.
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Eine weitere Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Hier ist ein Aktuatorgetriebegehäuse-Vorsprung 20 ebenso ausgeführt wie ein Kühlmittelreglergehäuse-Vorsprung 21. Die beiden Vorsprünge erleichtern die Montage der beiden Gehäuseteile. So nehmen sie eine Zentrierung für die Verschraubung 15 vor.
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In 3 weist die zweite Zwischenhülse 11 keine U-Form, sondern eine L-Form auf. Zwischen der zweiten Zwischenhülse 11 und der Anlagefläche 12 ist somit kein Kontakt. Die Lagerbuchse 6 ist im vorliegenden Beispiel einteilig ausgebildet. Dies ist ebenso möglich wie die zuvor gezeigte zweiteilige Ausgestaltung der Lagerbuchse 6. Eine Axialanschlaghülse 22, die an der dem Fluidraum 14 zugewandten Seite des Nassdichtrings 13 angeordnet ist, die demnach in einem nassen Volumen angeordnet ist, bietet dem Kühlmittelreglergehäuse 5 einen axialen Anschlag.
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Auch die Ausführungsform in 4 zeigt jene Axialanschlaghülse 22. Die Anlagefläche 12 ist hier ebenso wenig angeordnet wie der Aktuatorgetriebegehäuse-Vorsprung 20 und der Kühlmittelreglergehäuse-Vorsprung 21. Ein axialer Anschlag der einteilig ausgestalteten Lagerhülse 6 an einer Wellenschulter 23 der Drehschieberwelle 2 ist in 4 deutlich sichtbar. Die weiteren Komponenten der Drehschieberwelle 2, des Kühlmittelreglergehäuses 5, des Aktuatorgetriebegehäuses 4, des Drehschieberzahnrades 18 und des Triggers 19 sind aus den vorherigen Ausführungsbeispielen ebenso bekannt wie der O-Ring 17.
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5 zeigt eine Ausführungsform, in der das Verkippungsverhalten des Kühlmittelreglers 1 aufgrund eines vergrößerten Lagerabstandes weiter verbessert ist. So ist eine erste Lagerhülse 24, die eine längliche Form aufweist und einen axialen Anschlag aufweist, in Kontakt mit der ersten Zwischenhülse 8, während eine zweite Lagerhülse 25 ebenfalls über einen axialen Anschlag verfügt, jedoch ist die zweite Lagerhülse 25 mit der zweiten Zwischenhülse 11 und einer dritten Zwischenhülse 26 in Kontakt. Die dritte Zwischenhülse 26 ist hierbei auf die Drehschieberwelle 2 gepresst. Durch diese Anordnung ist die zweite Lagerhülse 25 im nassen Bereich, also den Bereich zum Fluidraum 14 hin zugewandt, angeordnet. Die dritte Zwischenhülse 26 weist auch einen axialen Anschlag für die zweite Lagerhülse 25 auf. Dieser ist jedoch nicht zwingend in Kontakt mit der zweiten Lagerhülse 25.
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In der Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, ist jener Kontakt zwischen der dritten Zwischenhülse 26 und der zweiten Lagerhülse 25 hergestellt. Die erste Lagerhülse 24 ist auch hier im weiten axialen Abstand von der zweiten Lagerhülse 25 beabstandet. In dieser Ausführungsform besitzt auch der Nassdichtring 13 einen axialen Anschlag an der nassraumabgewandten Seite.
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Eine weitere Ausführungsform ist in 7 dargestellt. Auch hier sind eine erste Lagerhülse 24 und eine zweite Lagerhülse 25 angeordnet. Anders als zuvor ist die zweite Lagerhülse 25 nun in trockenen, also auf der Fluidraum 14 abgewandten Seite des Nassdichtrings 13 angeordnet. Neben einer bereits bekannten Axialanschlaghülse 22 ist im vorliegenden Beispiel eine Anschlaghülse 27 vorhanden. Diese liefert sowohl dem Nassdichtring 13, als auch der zweiten Lagerhülse 25 einen axialen Anschlag. Dadurch, dass die zweite Lagerhülse im vorliegenden Beispiel auf der trockenen Seite angeordnet ist, ergibt sich ein kleinerer Lagerabstand als in den Ausführungsbeispielen in 5 und 6. Im vorliegenden Beispiel sind wieder nur zwei Lagerhülsen, nämlich die erste Zwischenhülse 8 und die zweite Zwischenhülse 11 angeordnet. Die erste Zwischenhülse 8 ist stufig ausgebildet, während die zweite Zwischenhülse 11 eine gedrehte U-Form mit einem längeren Schenkel aufweist.
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Eine weitere Ausführungsform ist in 8 dargestellt. Die zweite Lagerhülse 25 weist hier keinen axialen Anschlag an der Anschlaghülse 27 auf. Dafür weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Zwischenhülse 11 einen axialen Anschlag für die Anschlaghülse 27 auf. Der sonstige Aufbau aus dem Ausführungsbeispiel in 8 ist dem aus 7 sehr ähnlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelregler
- 2
- Drehschieberwelle
- 3
- Gehäuse
- 4
- Aktuatorgetriebegehäuse
- 5
- Kühlmittelreglergehäuse
- 6
- Lagerbuchse
- 7
- Stirnfläche
- 8
- erste Zwischenhülse
- 9
- Trockendichtung
- 10
- Anschlagfläche
- 11
- zweite Zwischenhülse
- 12
- Anlagefläche
- 13
- Nassdichtring
- 14
- Fluidraum
- 15
- Verschraubung
- 16
- formschlüssiges Profil
- 17
- O-Ring
- 18
- Drehschieberzahnrad
- 19
- Trigger
- 20
- Aktuatorgetriebegehäuse-Vorsprung
- 21
- Kühlmittelreglergehäuse-Vorsprung
- 22
- Axialanschlaghülse
- 23
- Wellenschulter
- 24
- erste Lagerhülse
- 25
- zweite Lagerhülse
- 26
- dritte Zwischenhülse
- 27
- Anschlaghülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013222825 A1 [0002]
