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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Einlassventil.
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Stand der Technik
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Ein elektromagnetisch betätigbares Einlassventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, ist durch die
DE 10 2014 220 757 A1 bekannt. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf mit einem in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum ist über das Einlassventil mit einem Zulauf für den Kraftstoff verbindbar. Das Einlassventil umfasst ein Ventilglied, das mit einem Ventilsitz zur Steuerung zusammenwirkt und das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar ist. In seiner Schließstellung kommt das Ventilglied am Ventilsitz zur Anlage. Ferner umfasst das Einlassventil einen elektromagnetischen Aktor, durch den das Ventilglied bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor weist einen zumindest mittelbar auf das Ventilglied wirkenden Magnetanker auf. Der Magnetanker ist in einer Aufnahme in einem Trägerelement verschiebbar geführt. Bei Bestromung des Elektromagneten ist der Magnetanker gegen die Kraft einer Rückstellfeder bewegbar. Die Bewegung des Magnetankers ist in einer Verstellrichtung zum Einlassventil hin durch ein Anschlagelement begrenzt, das sich an einer Ringschulter im Trägerelement abstützt. Beim Anschlagen des Magnetankers am Anschlagelement kann es zu hohen Belastungen des Trägerelements und des Magnetankers kommen, was über eine längere Betriebsdauer zu Beschädigungen führen kann. Das Anschlagelement ist als eine flache Scheibe ausgebildet, so dass sich eine große Anlagefläche des Magnetankers ergibt. Hierdurch werden zwar einerseits die Belastungen des Magnetankers gering gehalten, jedoch tritt andererseits sogenanntes hydraulisches Kleben des Magnetankers am Anschlagelement auf. Außerdem kann auch sogenanntes magnetisches Kleben des Magnetankers am Anschlagelement auftreten. Durch hydraulisches und/oder magnetisches Kleben des Magnetankers wird die Hubbewegung des Magnetankers vom Anschlagelement weg behindert, wodurch unkontrollierte Streuungen des Zeitpunkts der Bewegung des Magnetankers vom Anschlagelement weg verursacht werden können. Dies führt wiederum zu Streuungen in der von der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffmenge.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Einlassventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Anschlag des Magnetankers durch das Anschlagelement gedämpft wird, so dass hierbei geringere Belastungen des Magnetankers und der Trägerelements auftreten und Beschädigungen vermieden werden können.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlassventils angegeben. Die Ausbildung des Anschlagelements gemäß Anspruch 2 und Anspruch 3 hat den Vorteil, dass ein hydraulisches und/oder magnetisches Kleben des Magnetankers am Anschlagelement vermieden oder zumindest verringert werden kann wodurch die Bewegung des Magnetankers besser kontrolliert werden kann. Die gleichen Vorteile ergeben sich bei der Ausbildung des Anschlagelements gemäß Anspruch 4 und Anspruch 5. Die Hochdruckpumpe gemäß Anspruch 7 hat den Vorteil, dass die durch diese geförderte Fluidmenge mit hoher Genauigkeit kontrolliert werden kann.
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Zeichnung
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe, 2 in vergrößerter Darstellung einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt mit dem Einlassventil der Hochdruckpumpe, 3a einen Ausschnitt des Einlassventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel bei an einem Anschlagelement zur Anlage kommendem Magnetanker, 3b den Magnetanker in Anlage am Anschlagelement, 4a den Ausschnitt des Einlassventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel bei am Anschlagelement zur Anlage kommendem Magnetanker und 4b den Magnetanker in Anlage am Anschlagelement.
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Figurenliste
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- In 1 ist ausschnittsweise eine Hochdruckpumpe dargestellt, die zur Kraftstoffförderung in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Hochdruckpumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der durch einen Antrieb in einer Hubbewegung angetrieben wird, in einer Zylinderbohrung 14 eines Gehäuseteils 16 der Hochdruckpumpe geführt ist und in der Zylinderbohrung 14 einen Pumpenarbeitsraum 18 begrenzt. Als Antrieb für den Pumpenkolben 12 kann eine Antriebswelle 20 mit einem Nocken 22 oder Exzenter vorgesehen sein, an dem sich der Pumpenkolben 12 direkt oder über einen Stößel, beispielsweise einen Rollenstößel, abstützt. Der Pumpenarbeitsraum 18 ist über ein Einlassventil 24 mit einem Kraftstoffzulauf 26 verbindbar und über ein Auslassventil 28 mit einem Speicher 30. Beim Saughub des Pumpenkolbens 12 kann der Pumpenarbeitsraum 18 bei geöffnetem Einlassventil 24 mit Kraftstoff befüllt werden. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 wird durch diesen bei geschlossenem Einlassventil 24 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 verdrängt und in den Speicher 30 gefördert.
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Im Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe schließt sich wie in 2 dargestellt an die Zylinderbohrung 14 auf deren dem Pumpenkolben 12 abgewandter Seite eine Durchgangsbohrung 32 mit kleinerem Durchmesser als die Zylinderbohrung 14 an, die auf der Außenseite der Gehäuseteils 16 mündet. Das Einlassventil 24 weist ein kolbenförmiges Ventilglied 34 auf, das einen in der Durchgangsbohrung 32 verschiebbar geführten Schaft 36 und einen im Durchmesser gegenüber dem Schaft 36 größeren Kopf 38 aufweist, der im Pumpenarbeitsraum 18 angeordnet ist. Am Übergang von der Zylinderbohrung 14 zur Durchgangsbohrung 32 ist am Gehäuseteil 16 ein Ventilsitz 40 gebildet, mit dem das Ventilglied 34 mit einer an seinem Kopf 38 ausgebildeten Dichtfläche 42 zusammenwirkt.
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In einem an den Ventilsitz 40 anschließenden Abschnitt weist die Durchgangsbohrung 32 einen größeren Durchmesser auf als in deren den Schaft 36 des Ventilglieds 34 führendem Abschnitt, so dass ein den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebender Ringraum 44 gebildet ist. In den Ringraum 44 münden eine oder mehrere Zulaufbohrungen 46, die andererseits auf der Außenseite des Gehäuseteils 16 münden.
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Der Schaft 36 des Ventilglieds 34 ragt auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Gehäuseteils 16 aus der Durchgangsbohrung 32 heraus und auf diesem ist ein Stützelement 48 befestigt. Am Stützelement 48 stützt sich eine Ventilfeder 50 ab, die sich andererseits an einem den Schaft 36 des Ventilglieds 34 umgebenden Bereich des Gehäuseteils 16 abstützt. Durch die Ventilfeder 50 wird das Ventilglied 34 in einer Stellrichtung A in dessen Schließrichtung beaufschlagt, wobei das Ventilglied 34 in seiner Schließstellung mit seiner Dichtfläche 42 am Ventilsitz 40 anliegt. Die Ventilfeder 50 ist beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet.
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Das Einlassventil 24 ist durch einen elektromagnetischen Aktor 60 betätigbar, der insbesondere in 2 dargestellt ist. Der Aktor 60 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 62 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine angesteuert. Der elektromagnetische Aktor 60 weist eine Magnetspule 64, einen Magnetkern 66 und einen Magnetanker 68 auf. Der elektromagnetische Aktor 60 ist auf der dem Pumpenarbeitsraum 18 abgewandten Seite des Einlassventils 24 angeordnet. Der Magnetkern 66 und die Magnetspule 64 sind in einem Aktorgehäuse 70 angeordnet, das am Gehäuseteil 16 der Hochdruckpumpe befestigbar ist. Das Aktorgehäuse 70 ist beispielsweise mittels eines dieses übergreifenden Schraubrings 72 am Gehäuseteil 16 befestigbar, der auf einem mit einem Außengewinde versehenen Kragen 74 des Gehäuseteils 16 aufgeschraubt ist.
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Der Magnetanker 68 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und über seinen Außenmantel in einer Aufnahme in Form einer Bohrung 76 in einem Trägerelement 78 in Richtung seiner Längsachse 69 hubbeweglich geführt. Die Bohrung 76 im Trägerelement 78 verläuft zumindest annähernd koaxial zur Durchgangsbohrung 32 im Gehäuseteil 16 und somit zum Ventilglied 34. An die Bohrung 76 schließt sich im Trägerelement 78 zum Einlassventil 24 hin eine weitere Bohrung 77 mit kleinerem Durchmesser als die Bohrung 76 an.
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Der Magnetanker 68 weist eine zumindest annähernd koaxial zur Längsachse 69 des Magnetankers 68 angeordnete zentrale Bohrung 81 auf, in die eine auf der dem Ventilglied 34 abgewandten Seite des Magnetankers 68 angeordnete Rückstellfeder 82 hineinragt, die sich am Magnetanker 68 abstützt. Die Rückstellfeder 82 ist an ihrem anderen Ende zumindest mittelbar am Magnetkern 66 abgestützt, der eine zentrale Bohrung 84 aufweist, in die die Rückstellfeder 82 hineinragt. In der Bohrung 84 des Magnetankers 66 kann ein Abstützelement 85 für die Rückstellfeder 82 eingefügt, beispielsweise eingepresst sein. Der Magnetanker 68 weist eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 67 auf um einen Durchtritt von Kraftstoff bei der Bewegung des Magnetankers 68 zu ermöglichen.
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In der Bohrung 76 ist durch die Durchmesserverringerung zur weiteren Bohrung 77 hin eine Ringschulter 88 gebildet. Zwischen der Ringschulter 88 und dem Magnetanker 68 ist ein Anschlagelement 90 angeordnet, durch das die Bewegung des Magnetankers 68 zum Einlassventil 24 hin begrenzt ist. Das Anschlagelement 90 ist scheibenförmig oder hülsenförmig ausgebildet und durch dieses ragt der Magnetanker 68 zum Einlassventil 24 hindurch und kommt zumindest mittelbar am Ventilglied 34 zur Anlage.
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In den 3a und 3b ist das Einlassventil 24 ausschnittsweise gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei ist das Anschlagelement 90 als Tellerfeder ausgebildet, die scheibenförmig ist, jedoch in entspanntem Zustand, wie in 3a dargestellt, in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 zumindest annähernd konisch aufgestellt ist. Das Anschlagelement 90 liegt mit seinem äußeren Randbereich 90a an der Ringschulter 88 des Trägerelements 78 an, wobei sich eine Linienberührung des Anschlagelements 90 an der Ringschulter 88 ergibt. Am der Ringschulter 88 abgewandten inneren Randbereich 90b des Anschlagelements 90 kommt bei dessen Bewegung zum Ventilglied 34 hin der Magnetanker 68 mit seiner Stirnseite zur Anlage, wie dies in 3a dargestellt ist. Hierbei ist zunächst ebenfalls eine Linienberührung zwischen dem Magnetanker 68 und dem Anschlagelement 90 vorhanden. Das Anschlagelement 90 ist in Richtung der Längsachse 69 des Magnetankers 68 unter elastischer Verformung zusammendrückbar. Das Anschlagelement 90 ist lose in der Aufnahme 76 angeordnet, so dass dieses sich frei verformen kann, wobei in 3a die Verformungsrichtung mit einem Doppelpfeil verdeutlicht ist.
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Nach dem Auftreffen des Magnetankers 68 auf das Anschlagelement 90 bewegt sich der Magnetanker 68 weiter in Richtung zum Ventilglied 34 hin wobei das Anschlagelement 90 unter elastischer Verformung zusammengedrückt wird in einen in 3b dargestellten gespannten Zustand. Hierbei wird die Hubbewegung des Magnetankers 68 gebremst. Je nach Auslegung des Anschlagelements 90 kann das Anschlagelement 90 dabei bis in einen nahezu ebenen Zustand zusammengedrückt werden. Der Magnetanker 68 und das Anschlagelement 90 sind von Kraftstoff umgeben. Bei der Verformung des Anschlagelements 90 wird aus dem zwischen diesem und dem Magnetanker 68 sowie der Ringschulter 88 vorhandenen Spalt Kraftstoff verdrängt, wodurch zusätzlich eine hydraulische Dämpfung der Hubbewegung des Magnetankers 68 erreicht wird.
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Nach dem Auftreffen des Magnetankers 68 auf das Anschlagelement 90 verformt sich dieses aufgrund seiner Vorspannung wieder zumindest nahezu in seinen entspannten Zustand, so dass zwischen dem Magnetanker 68 und dem Anschlagelement 90 eine Linienberührung am inneren Randbereich 90b des Anschlagelements 90 vorhanden ist. Wenn nachfolgend die Magnetspule 64 bestromt wird, so wird der Magnetanker 68 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 vom Anschlagelement 90 wegbewegt. Dadurch, dass zwischen dem Magnetanker 68 und dem Anschlagelement 90 eine Linienberührung vorhanden ist und keine Flächenberührung tritt kein hydraulisches und/oder magnetisches Kleben auf wenn sich der Magnetanker 68 vom Anschlagelement 90 wegbewegt. Die Federsteifigkeit des Anschlagelements 90 ist vorzugsweise größer als die Federsteifigkeit der Rückstellfeder 82 um sicherzustellen, dass nach dem Auftreffen des Magnetankers 68 sich das Anschlagelement 90 wieder zumindest annähernd in seinen entspannten Zustand zurück verformt.
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In den 4a und 4b ist das Einlassventil 24 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Anschlagelement 190 gegenüber dem ersten Ausführungsbespiel geändert ist. Das Anschlagelement 190 weist einen in die weitere Bohrung 77 des Trägerelements 78 ragenden Befestigungsbereich 192 auf, der in der Bohrung 77 befestigt, vorzugsweise in diese eingepresst ist. Es ist auch eine andere Befestigung des Anschlagelements 190 in der Bohrung 77 möglich, beispielsweise kann dessen Befestigungsbereich 192 in die Bohrung 77 eingeschraubt sein. Das Anschlagelement 190 weist außerdem einen in der Aufnahme 76 angeordneten Flanschbereich 193 auf, der tellerfederförmig in Richtung der Längsachse 69 aufgestellt ist. Der Flanschbereich 192 ist derart ausgebildet, dass dieser sich zum Magnetanker 68 hin etwa konisch erweitert und ist biegeelastisch verformbar in Richtung der Längsachse 69 wie dies in 4a durch einen Doppelpfeil verdeutlicht ist. Der Flanschbereich 193 liegt mit seinem äußeren Randbereich 193a am Magnetanker 68 an.
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In entspanntem Zustand liegt der Magnetanker 68 mit einer Linienberührung am äußeren Rand des Flanschbereichs 193 an wie dies in 4a dargestellt ist. Beim Auftreffen des Magnetankers 68 bei dessen Hubbewegung zum Ventilglied 34 hin wird der Flanschbereich 193 verformt, gegebenenfalls bis dieser etwa flach auf der Ringschulter 88 aufliegt, wie dies in 4b dargestellt ist. Hierbei wird die Hubbewegung des Magnetankers 68 gebremst. Außerdem ergibt sich wie beim ersten Ausführungsbeispiel eine hydraulische Dämpfung der Hubbewegung des Magnetankers 68 bei der Verformung des Flanschbereichs 193 des Anschlagelements 190. Durch die Vorspannung des Flanschbereichs 193 verformt sich dieser nach dem Auftreffen des Magnetankers 68 wieder zumindest nahezu in seinen entspannten Zustand gemäß 4a. Die Federsteifigkeit des Flanschbereichs 193 des Anschlagelements 190 ist vorzugsweise größer als die Federsteifigkeit der Rückstellfeder 82 um sicherzustellen, dass nach dem Auftreffen des Magnetankers 68 sich der Flanschbereich 193 wieder zumindest annähernd in seinen entspannten Zustand verformt. Wenn nachfolgend die Magnetspule 64 bestromt wird, so wird der Magnetanker 68 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 vom Anschlagelement 190 wegbewegt. Dadurch, dass zwischen dem Magnetanker 68 und dem Flanschbereich 193 des Anschlagelements 190 eine Linienberührung vorhanden ist und keine Flächenberührung tritt kein hydraulisches und/oder magnetisches Kleben auf wenn sich der Magnetanker 68 vom Anschlagelement 190 wegbewegt.
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Nachfolgend wird die Funktion des elektromagnetisch betätigten Einlassventils 24 erläutert. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 24 geöffnet, indem sich dessen Ventilglied 34 in seiner Öffnungsstellung befindet, in der dieses mit seiner Dichtfläche 42 vom Ventilsitz 40 entfernt angeordnet ist. Die Bewegung des Ventilglieds 34 in seine Öffnungsstellung wird durch die zwischen dem Kraftstoffzulauf 26 und dem Pumpenarbeitsraum 18 herrschende Druckdifferenz gegen die Kraft der Ventilfeder 50 bewirkt. Die Magnetspule 64 des Aktors 60 kann dabei bestromt oder unbestromt sein. Wenn die Magnetspule 64 bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch das entstehende Magnetfeld gegen die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Magnetkern 66 hin gezogen. Wenn die Magnetspule 64 nicht bestromt ist so wird der Magnetanker 68 durch die Kraft der Rückstellfeder 82 zum Einlassventil 24 hin gedrückt. Der Magnetanker 68 liegt zumindest mittelbar an der Stirnseite des Schafts 36 des Ventilglieds 34 an.
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Während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 wird durch den Aktor 60 bestimmt ob sich das Ventilglied 34 des Einlassventils 24 in seiner Öffnungsstellung oder Schließstellung befindet. Bei unbestromter Magnetspule 64 wird der Magnetanker 68 durch die Rückstellfeder 82 in der Stellrichtung gemäß Pfeil B in 2 gedrückt, wobei das Ventilglied 34 durch den Magnetanker 68 gegen die Ventilfeder 50 in der Stellrichtung B in seine Öffnungsstellung gedrückt wird. Die Kraft der auf den Magnetanker 68 wirkenden Rückstellfeder 82 ist größer als die Kraft der auf das Ventilglied 34 wirkenden Ventilfeder 50. In die Stellrichtung B wirkt der Magnetanker 68 auf das Ventilglied 34 und der Magnetanker 68 und das Ventilglied 34 werden gemeinsam in die Stellrichtung B bewegt. Solange die Magnetspule 64 nicht bestromt ist kann somit durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden sondern vom Pumpenkolben 12 verdrängter Kraftstoff wird in den Kraftstoffzulauf 26 zurückgefördert. Wenn während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff in den Speicher 30 gefördert werden soll so wird die Magnetspule 64 bestromt, so dass der Magnetanker 68 zum Magnetkern 66 hin in einer zur Stellrichtung B entgegengesetzten Stellrichtung gemäß Pfeil A in 2 gezogen wird. Durch den Magnetanker 68 wird somit keine Kraft mehr auf das Ventilglied 34 ausgeübt, wobei der Magnetanker 68 durch das Magnetfeld in die Stellrichtung A bewegt wird und das Ventilglied 34 unabhängig vom Magnetanker 68 bedingt durch die Ventilfeder 50 und die zwischen dem Pumpenarbeitsraum 18 und dem Kraftstoffzulauf 26 herrschende Druckdifferenz in der Stellrichtung A in seine Schließstellung bewegt wird.
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Durch das Öffnen des Einlassventils 24 beim Förderhub des Pumpenkolbens 12 mittels des elektromagnetischen Aktors 60 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe in den Speicher 30 variabel eingestellt werden. Wenn eine geringe Kraftstofffördermenge erforderlich ist so wird das Einlassventil 24 durch den Aktor 60 während eines großen Teils des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten und wenn eine große Kraftstofffördermenge erforderlich ist, so wird das Einlassventil 24 nur während eines kleinen Teils oder gar nicht während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 offen gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014220757 A1 [0002]
