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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal mit einem Einlass und einem Auslass, einem Abgasrückführkanal, der in den Ansaugkanal mündet, einem Regelkörper, einer Mündung des Abgasrückführkanals, welche als feststehender Ventilsitz für den Regelkörper im den Abgasrückführkanal verschließenden Zustand dient, einer als Drehachse des Regelkörpers dienenden Welle, an der der Regelkörper exzentrisch befestigt ist, wobei der Regelkörper durch Drehung der Welle zwischen einer ersten Endstellung, in der der Regelkörper den Ansaugkanal zumindest drosselt, und einer zweiten Endstellung, in der der Regelkörper auf dem Ventilsitz an der Mündung des Abgasrückführkanals aufliegt, bewegbar ist, einem Schutzkörper, der gegenüberliegend zu einer Vorderseite des Regelkörpers angeordnet ist, welche in der zweiten Endstellung des Regelkörpers zum Abgasrückführkanal gewandt ist.
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Derartige Regelvorrichtungen stellen beispielsweise eine Kombination aus einer Drosselklappe und einem Abgasrückführventil dar, und werden in Verbrennungskraftmaschinen verwendet um das Verhältnis von rückgeführter Abgasmenge zu angesaugter Luftmenge im Ansaugkanal eines Verdichters der Verbrennungsmaschine zu regeln. Hierfür ist ein Regelkörper vorgesehen, welcher zwischen einer ersten Endstellung, in der der Regelkörper einen Ansaugkanal zumindest drosselt, und einer zweiten Endstellung, in der der Regelkörper einen Abgasrückführkanal verschließt, bewegbar ist. Durch die angesaugte Luft wird der Regelkörper gekühlt, wodurch es zu einer Kondensation von Wasser aus dem Abgas an dem Regelkörper kommen kann. Das Kondenswasser kann über den Ansaugkanal in den Verdichter eingesaugt werden, wodurch der Verdichter beschädigt werden kann.
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Aus der
WO 2017/190893 A1 ist eine Regelvorrichtung bekannt, welche einen an dem Regelkörper angeordneten Schutzkörper aufweist. Der Schutzkörper ist auf einer Vorderseite des Regelkörpers angeordnet, welche in der zweiten Endstellung des Regelkörpers zum Abgasrückführkanal gewandt ist. Der Schutzkörper ist aus einem wasserspeichernden Material gebildet und speichert an dem Regelkörper kondensierendes Wasser, sodass kein Kondenswasser in den Ansaugkanal eingesaugt wird. Bei geöffnetem Abgasrückführkanal wird das gespeicherte Wasser durch heiße Abgase verdunstet, wodurch der wasserspeichernde Schutzkörper aufnahmefähig bleibt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das wasserspeichernde Material durch Partikel im Abgas, beispielsweise Rußpartikel, zugesetzt wird. Hierdurch wird die Aufnahmefähigkeit des wasserspeichernden Materials deutlich vermindert, sodass ein Einsaugen von Kondenswasser in den Ansaugkanal nicht zuverlässig vermieden werden kann.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit der über die gesamte Standzeit eine Kondenswasserbildung am Regelkörper zuverlässig verhindert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass zwischen einer dem Regelkörper zugewandten Rückseite des Schutzkörpers und der Vorderseite des Regelkörpers ein thermisch isolierender Spalt ausgebildet ist, wird ein Wärmeaustausch zwischen dem kalten Regelkörper und dem auf der vom Einlass abgewandten Regelkörperrückseite angeordneten Schutzkörper verhindert. Hierdurch wird ein Abkühlen des nicht unmittelbar von der kalten Luft angeströmten Schutzkörpers durch einen Wärmeaustausch mit dem von der kalten Luft angeströmten Regelkörper verhindert. Der vom Abgas angeströmte Schutzkörper weist somit stets eine ausreichend hohe Temperatur auf, um eine Kondenswasserbildung am Schutzkörper zuverlässig zu verhindern. Ferner verhindert der Schutzkörper auch ein direktes Anströmen des kalten Regelkörpers mit warmem Abgas, sodass nur der warme Schutzkörper vom Abgas angeströmt wird. Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung verhindert somit über die gesamte Standzeit zuverlässig eine Kondenswasserbildung am Regelkörper.
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Vorzugweise bedeckt der Schutzkörper die Vorderseite des Regelkörpers nahezu vollständig. Hierdurch wird die Bildung von Kondenswasser an der gesamten Regelkörpervorderseite verhindert.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Spalt zwischen dem Regelkörper und dem Schutzköper ein geschlossener Raum. Hierdurch wird ein Einströmen von Abgas in den Spalt und somit die Bildung von Kondenswasser im Spalt verhindert. Ferner wird auch ein Einströmen von kalter Luft in den Spalt und somit ein Abkühlen der Regelkörperrückseite durch die kalte Luft verhindert.
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Besonders bevorzugt ist der Schutzkörper an dem Regelkörper angebracht und weist auf der dem Regelkörper zugewandten Rückseite eine Vertiefung auf, welche den thermisch isolierenden Spalt bildet. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung des thermisch isolierenden Spalts in Form eines geschlossenen Raums. Die Anordnung des Schutzkörpers am Regelkörper ermöglicht eine einfache und zuverlässige Befestigung des Schutzkörpers.
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Vorteilhafterweise besteht der Schutzkörper aus einem Kunststoff, welcher eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist. Hierdurch wird ein Abkühlen des Schutzkörpers und somit die Bildung von Kondenswasser am Schutzkörper besonders zuverlässig vermieden. Insbesondere verhindert die geringe thermische Leitfähigkeit des Kunststoffs ein Abkühlen des Schutzkörpers bei Kontakt mit dem kalten Regelkörper. Dies erlaubt große Kontaktflächen zwischen Regelkörper und Schutzkörper und ermöglicht somit eine einfache und zuverlässige Befestigung des Schutzkörpers am Regelkörper.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Regelkörper eine einzige Regelklappe auf, an welcher der Schutzkörper angeordnet ist, wobei der Schutzkörper in einem Kontaktbereich der Regelklappe mit dem Ventilsitz eine Aussparung aufweist. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Ausführung des Regelkörpers. Ferner sind keine zusätzlichen Elemente vorhanden, an denen sich potentiell Kondenswasser bilden kann, und welche nicht durch den Schutzkörper bedeckt sind.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der Regelkörper einen Klappenkörper auf, über welchen der Ansaugkanal zumindest drosselbar ist und weist einen Ventilkörper auf, welcher auf den Ventilsitz an der Mündung des Abgasrückführkanals absenkbar ist. Dies ermöglicht es, die Verschlusskörper entsprechend den Durchströmungsquerschnitten und den Ventilsitzgeometrien des Ansaugkanals und des Abgasrückführkanals anzupassen. Insbesondere kann der Ventilkörper verkippbar angeordnet werden, wodurch ein besonders zuverlässiges Abdichten des Abgasrückführkanals ermöglicht wird.
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Vorzugsweise ist der Schutzkörper an dem Klappenkörper angeordnet und weist eine Aussparung für ein Befestigungselement auf, über welches der Ventilkörper an dem Klappenkörper befestigt ist. Hierdurch wird die Bildung von Kondenswasser an dem von der Luft angeströmten und somit gekühlten Klappenkörper trotz der Verwendung eines Regelkörpers mit einem Klappenkörper und einem Ventilkörper zuverlässig verhindert.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Regelkörper mindestens eine Bohrung auf und der Schutzkörper mindestens einen korrespondierenden Stift auf, welcher durch die Bohrung des Regelkörpers ragt, wobei der Schutzkörper durch Umformen, beispielsweise mittels Heißverstemmen, des Stifts an dem Regelkörper befestigt ist. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Befestigung des Schutzkörpers an dem Regelkörper.
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Vorteilhafterweise ist die Welle im Ansaugkanal stromaufwärts der Mündung des Abgasrückführkanals gelagert, sodass ein direktes Anströmen des Schutzkörpers mit kalter Luft vermieden wird.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Welle außerhalb des Durchströmungsquerschnitts eines ersten stromaufwärtigen Kanalabschnitts des Ansaugkanals angeordnet. Dies minimiert den Druckverlust im Ansaugkanal bei geschlossenem Abgasrückführkanal.
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Vorzugsweise ist der erste stromaufwärtige Kanalabschnitt durch einen Klappensitz begrenzt, gegen den der Klappenkörper des Regelkörpers in der ersten Endstellung in einer den Ansaugkanal vollständig verschließenden Stellung umlaufend anliegt. Dies ermöglicht einen vollständigen Verschluss des Ansaugkanals.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben, wobei
- 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in geschnittener Darstellung zeigt, und
- 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in geschnittener Darstellung zeigt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung 10 mit einem Gehäuse 12, welches einen Ansaugkanal 14 mit einem Einlass 16 und einem Auslass 18 aufweist und in welches ein Abgasrückführkanal 20 mündet. Durch den Einlass 16 strömt Luft in den Ansaugkanal 14 ein, und durch eine Mündung 22 des Abgasrückführkanals 20 strömt Abgas in den Ansaugkanal 14 ein. Durch den Auslass 18 strömt Luft oder ein Abgas-Luft-Gemisch aus dem Ansaugkanal 14 zu einem nicht dargestellten Verdichter. Der Ansaugkanal 14 verläuft im Wesentlichen gerade entlang einer Ansaugkanalmittelachse 24. Der Abgasrückführkanal 20 mündet im Wesentlichen senkrecht zum Ansaugkanal 14 in diesen, sodass die Abgasrückführkanalmittelachse 25 des Abgasrückführkanals 20 im Wesentlichen senkrecht zu der Ansaugkanalmittelachse 24 steht.
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Das Gehäuse 12 ist mehrteilig ausgeführt und umfasst ein im Wesentlichen rohrförmig ausgebildetes erstes Gehäuseteil 26, welches einen stromaufwärtigen Luftzufuhrabschnitt 28 des Ansaugkanals 14 bildet und dessen stromabwärtiges Luftzufuhrabschnittende 29 schräg bezüglich der Ansaugkanalmittelachse 24 ausgebildet ist. Das erste Gehäuseteil 26 ist mit dem stromabwärtigen Luftzufuhrabschnittende 29 bis zur Anlage eines Flansches 30 in ein zweites Gehäuseteil 32 eingeschoben und mittels Schrauben an diesem befestigt. Das zweite Gehäuseteil 32 bildet einen Mischabschnitt 34 des Ansaugkanals 14 und weist eine Öffnung 36 auf, welche kurz hinter dem stromabwärtigen Luftzufuhrabschnittende 29 angeordnet ist. In der Öffnung 36 ist außerhalb des Durchströmungsquerschnitts des Luftzufuhrabschnitts 28 ein drittes Gehäuseteil 38 angeordnet, welches die Mündung 22 des Abgasrückführkanals 20 bildet.
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Im Gehäuse 12 ist eine Welle 40 drehbar angeordnet, welche über einen nicht sichtbaren Aktor betätigt werden kann. Die Welle 40 ist mit ihrer Drehachse 42 senkrecht zu den Mittelachsen 24,25 angeordnet. Die Welle 40 ist axial zwischen dem stromabwärtigen Luftzufuhrabschnittende 29 und der Mündung 22 des Abgasrückführkanals 20 und radial außerhalb des Durchströmungsquerschnitts des Luftzufuhrabschnitts 28 positioniert.
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An der Welle 40 ist exzentrisch zu der Drehachse 42 ein Regelkörper 44 befestigt. Der Regelkörper 44 umfasst einen Klappenkörper 46 und einen Ventilkörper 48, welcher über ein Befestigungselement 50 an dem Klappenkörper 46 befestigt ist. In dem Klappenkörper 46 ist zentral eine Klappenkörperbohrung 47 ausgebildet in welcher das Befestigungselement 50 befestigt ist. Das Befestigungselement 50 ist axial in mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern unterteilt. Ein erster axialer Befestigungselementabschnitt 49 weist im Wesentlichen den Durchmesser der Klappenkörperbohrung 47 auf und ragt durch diese hindurch. Auf einer vom Ventilkörper 48 abgewandten Klappenkörperrückseite 52 ist der aus der Klappenkörperbohrung 47 herausragende Teil des ersten axialen Befestigungsmittelabschnitts 49 umgeformt um eine Nietverbindung zu bilden. Ein zweiter axialer Befestigungselementabschnitt 51 weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser der Klappenkörperbohrung 47, und liegt flächig gegen die dem Ventilkörper 48 zugewandte Klappenkörpervorderseite 54 an. Ein dritter axialer Befestigungselementabschnitt 53 weist einen sich axial in Richtung des Ventilkörpers 48 verjüngenden Durchmesser auf. In dem Ventilkörper 48 ist zentral eine Ventilkörperbohrung 55 ausgebildet, welche von einem vierten axialen Befestigungselementabschnitt 57 durchdrungen wird, der einen geringeren Durchmesser als die Ventilkörperbohrung 55 aufweist. Der Ventilkörper 48 liegt auf der dem Klappenkörper 46 zugewandten Ventilkörperrückseite 59 gegen den sich verjüngenden Befestigungselementabschnitt 53 an. An einem fünften axialen Befestigungselementabschnitt 61, welcher einen geringeren Durchmesser aufweist als der vierte axiale Befestigungselementabschnitt 57, ist eine Scheibe 63 befestigt. Axial zwischen dem Ventilkörper 48 und der Scheibe 63 ist eine Feder 65 angeordnet, welche das Befestigungselement 50 radial umgibt und axial an der vom Klappenkörper 46 abgewandten Ventilkörpervorderseite 67 und der Scheibe 63 anliegt. Die beschriebene Befestigung erlaubt eine geringfügige Verkippung des Ventilkörpers 48.
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Durch Betätigung der Welle 40 kann der Regelkörper 44 zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegt werden. In der ersten Endstellung liegt der Klappenkörper 46 mit der Klappenkörperrückseite 52 vollumfänglich an dem stromabwärtigen Luftzufuhrabschnittende 29 an und verschließt somit den Ansaugkanal 14 vollständig, sodass keine Luft in den Mischabschnitt 34 gelangt. In der zweiten Endstellung liegt der Ventilkörper 48 mit der Ventilkörpervorderseite 67 vollumfänglich an einem als Ventilsitz 69 dienenden axialen Ende der Mündung 22 des Abgasrückführkanals 20 an und verschließt diesen vollständig, sodass kein Abgas in den Mischabschnitt 34 gelangt. In der zweiten Endstellung befindet sich der Regelkörper 44 vollständig außerhalb des Durchströmungsquerschnitts des Luftzufuhrabschnitts 28, wodurch ein Druckverlust im Ansaugkanal 14 bei geschlossenem Abgasrückführkanal 20 minimiert wird. Zur Regelung des Luft-Abgas-Verhältnisses im Mischabschnitt 34 ist der Regelkörper 44 durch die Welle 40 beliebig zwischen den beiden Endstellungen bewegbar.
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Erfindungsgemäß ist an der Klappenkörpervorderseite 54 ein Schutzkörper 56 angeordnet, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoff mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit besteht. Der Schutzkörper 56 bedeckt die Klappenkörpervorderseite 54 mit Ausnahme einer Aussparung 58 für das Befestigungselement 50 vollständig, und verhindert somit ein Anströmen des Klappenkörpers 46 durch das Abgas. Der Schutzkörper 56 weist mehrere Stifte 60 auf, welche entsprechende Bohrungen 62 in dem Klappenkörper 46 durchdringen. Die Stifte 60 sind auf der Klappenkörperrückseite 52 durch Heißverpressen verformt, um den Schutzkörper 56 an dem Klappenkörper 46 zu befestigten. Der Schutzkörper 56 weist auf der dem Klappenkörper 46 zugewandten Schutzkörperrückseite 64 eine Vertiefung 66 auf, welche einen mit Luft gefüllten geschlossenen Spalt 68 zwischen dem Klappenkörper 46 und dem Schutzkörper 56 bildet und diese thermisch voneinander isoliert.
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2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung. Die Regelvorrichtung 10' unterscheidet sich dabei von der Regelvorrichtung 10 aus 1 dadurch, dass der Regelköper 44' nur einen einzigen Klappenkörper 46' aufweist, welcher sowohl den Ansaugkanal 14 als auch den Abgasrückführkanal 20 vollständig verschließen kann. Bei dieser Ausführung weist der Schutzkörper 56', welcher auf der dem Abgasrückführkanal 20 zugewandten Klappenkörpervorderseite 54 angeordnet ist, eine Aussparung 58' für den Ventilsitz 69 auf.
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Im Regelbetrieb wird die dem Einlass 16 zugewandte Klappenkörperrückseite 52 von angesaugter Luft angeströmt und eine dem Abgasrückführkanal 20 zugewandte Schutzkörpervorderseite 70 von Abgas angeströmt. Durch das Anströmen der Klappenkörperrückseite 52 mit kalter Luft wird der Klappenkörper 46,46' abgekühlt. Der auf der Klappenkörpervorderseite 54 angeordnete Schutzkörper 56,56' bedeckt die Klappenkörpervorderseite 54 nahezu vollständig und verhindert somit ein direktes Anströmen der kalten Klappenkörpervorderseite 54 durch das warme Abgas aus dem Abgasrückführkanal 20 und dadurch eine Kondenswasserbildung an der Klappenkörpervorderseite 54. Der thermisch isolierende Spalt 68 zwischen dem Klappenkörper 46,46' und dem Schutzkörper 56,56' verhindert einen Wärmeaustausch zwischen dem kalten Klappenkörper 46,46' und dem warmen Schutzkörper 56,56' und somit ein Auskühlen des Schutzkörpers 56,56'. Der Schutzkörper 56,56' weist somit stets eine ausreichend hohe Temperatur auf, um eine Kondenswasserbildung an der vom Abgas angeströmten Schutzkörpervorderseite 70 zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine verhindert auf diese Weise zuverlässig die Bildung von Kondenswasser am Regelkörper und somit ein Einsaugen von Kondenswasser in den Ansaugkanal.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere sind alternative Ausführungen des Regelkörpers und des Schutzkörpers denkbar, beispielsweise kann der Schutzkörper aus einem anderen Material bestehen. Ferner ist auch eine alternative Befestigung des Schutzkörpers am Regelkörper vorstellbar, beispielsweise kann der Schutzkörper in geringem Abstand zu der Klappenkörpervorderseite angeordnet sein. Es ist auch denkbar, dass der thermisch isolierende Spalt mit einem anderen Gas gefüllt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10,10'
- Regelvorrichtung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Ansaugkanal
- 16
- Einlass
- 18
- Auslass
- 20
- Abgasrückführkanal
- 22
- Mündung
- 24
- Ansaugkanalmittelachse
- 25
- Abgasrückführkanalmittelachse
- 26
- erstes Gehäuseteil
- 28
- Luftzufuhrabschnitt
- 29
- stromabwärtiges Luftzufuhrabschnittende
- 30
- Flansch
- 32
- zweites Gehäuseteil
- 34
- Mischabschnitt
- 36
- Öffnung
- 38
- drittes Gehäuseteil
- 40
- Welle
- 42
- Drehachse
- 44,44'
- Regelkörper
- 46,46'
- Klappenkörper
- 47
- zentrale Klappenkörperbohrung
- 48
- Ventilkörper
- 49
- erster axialer Befestigungselementabschnitt
- 50
- Befestigungselement
- 51
- zweiter axialer Befestigungselementabschnitt
- 52
- Klappenkörperrückseite
- 53
- dritter axialer Befestigungselementabschnitt
- 54
- Klappenkörpervorderseite
- 55
- zentrale Ventilkörperbohrung
- 56,56'
- Schutzkörper
- 57
- vierter axialer Befestigungselementabschnitt
- 58,58'
- Aussparung
- 59
- Ventilkörperrückseite
- 60
- Stifte
- 61
- fünfter axialer Befestigungselementabschnitt
- 62
- Bohrungen
- 63
- Scheibe
- 64
- Schutzkörperrückseite
- 65
- Feder
- 66
- Vertiefung
- 67
- Ventilkörpervorderseite
- 68
- Spalt
- 69
- Ventilsitz
- 70
- Schutzkörpervorderseite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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