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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe.
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Stand der Technik
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Im Niederdruckbereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe kann es systembedingt zu unerwünschten Druckpulsationen kommen, die im Niederdruckbereich angeordnete oder mit dem Niederdruckbereich verbundene Komponenten, wie beispielsweise Sensoren, Filter, Kraftstoffleitungen und/oder Verbindungen, stark belasten. Entsprechend steigen die Anforderungen an die Festigkeit derartiger Komponenten. Werden Kraftstoffleitungen zudem durch Druckpulsationen zum Schwingen angeregt, geht dies häufig mit einer unerwünschten Geräuschentwicklung einher. Darüber hinaus können Druckpulsationen einen negativen Einfluss auf die Befüllung der Kraftstoffhochdruckpumpe haben.
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Druckpulsationen der vorstehend genannten Art sind vorrangig auf die Hubbewegungen eines Pumpenkolbens der Kraftstoffhochdruckpumpe zurückzuführen. Besonders starke Druckpulsationen treten auf, wenn die Hochdruckpumpe als Einstempelpumpe, beispielsweise als Steckpumpe, ausgebildet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind daher bereits Kraftstoffhochdruckpumpen bekannt, die mit einer Vorrichtung zur Dämpfung von Druckpulsationen ausgestattet sind.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 047 601 A1 geht beispielhaft eine KraftstoffHochdruckpumpe mit einem Druckdämpfer hervor, der als Membrandämpfer ausgeführt ist. Der Druckdämpfer umfasst mindestens zwei Membranen die ein gasgefülltes Volumen umschließen und über einen Klemmringabschnitt in einem Gehäusedeckel gehalten sind. Der Gehäusedeckel begrenzt gemeinsam mit einem Gehäusekörper der Hochdruckpumpe einen Druckraum, in dem der Druckdämpfer aufgenommen ist. Der Zulauf von Kraftstoff in Richtung eines Förderraums der Hochdruckpumpe führt über diesen Druckraum, so dass im Zulaufbereich auftretende Druckpulsationen durch den Druckdämpfer gedämpft werden.
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Ein Membrandämpfer der vorstehend genannten Art weist in der Regel zwei gewellte Metallmembranen auf, die außenumfangseitig miteinander verschweißt sind, um das Dämpfungsvolumen nach außen dicht abzuschließen. Bei einer Druckbeaufschlagung des Membrandämpfers verformen sich die Metallmembranen, was zu einer hohen Belastung der Schweißnaht führt. Zur Entlastung wird daher üblicherweise der Membrandämpfer im Bereich der Schweißnaht zwischen einer Feder und einem Haltering eingespannt, wobei der Haltering zugleich eine Zentrierung des Membrandämpfers bewirkt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Membrandämpfer anzugeben, der eine erhöhte Robustheit besitzt und zudem einfach zu montieren ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kraftstoffhochdruckpumpe vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen Membrandämpfer zur Dämpfung von Druckpulsationen in einem Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe auf. Der Membrandämpfer umfasst dabei mindestens zwei Membranen, die ein gasgefülltes Dämpfungsvolumen umschließen. Erfindungsgemäß ist der Membrandämpfer unter Ausbildung eines Druckraums in eine Ausnehmung eines Gehäuseteils der Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzt und mittels einer in der Ausnehmung aufgenommenen Feder gegen einen die Ausnehmung verschließenden Gehäusedeckel vorgespannt.
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Durch die Vorspannung wird eine Lagefixierung des Membrandämpfers innerhalb der Ausnehmung des Gehäuseteils bzw. innerhalb des Druckraums erreicht, der den Membrandämpfer umgibt. Die Lage ist vorzugsweise derart festgelegt, dass der Membrandämpfer beidseitig, und zwar synchron mit Druck beaufschlagt wird. Auf diese Weise ist eine optimale Dämpfungswirkung erzielbar.
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Über die zur Vorspannung eingesetzte Feder kann zugleich eine Zentrierung des Membrandämpfers bewirkt werden, so dass die Feder einen Haltering ersetzt. Der Wegfall des Halterings verringert die Anzahl der erforderlichen Bauteile und vereinfacht die Montage. Die Feder zentriert sich beim Einsetzen in die Ausnehmung bevorzugt selbst.
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Eine weitere Vereinfachung der Montage wird dadurch erzielt, dass der Membrandämpfer in die Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. in das Gehäuseteil der Kraftstoffhochdruckpumpe integriert ist. Feder und Membrandämpfer werden nacheinander in die Ausnehmung des Gehäuseteils eingesetzt, anschließend wird die Ausnehmung mit dem Gehäusedeckel verschlossen, wobei die Feder gespannt wird, so dass diese den Membrandämpfer gegen den Gehäusedeckel drückt. Der Membrandämpfer ist demnach zwischen der Feder und dem Gehäusedeckel eingespannt, und zwar bevorzugt im Bereich eines umlaufenden Klemmabschnitts, in dem die Membranen aufeinanderliegen und mittels einer Schweißnaht verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Entlastung der Schweißnaht bewirkt, so dass die Robustheit des Membrandämpfers steigt.
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Durch die vorgeschlagene Integration des Membrandämpfers in die Kraftstoffhochdruckpumpe entfällt die übliche Überkopfmontage, bei welcher der Gehäusedeckel einschließlich Feder, Membrandämpfer und Haltering „kopfüber“ außen an das Gehäuseteil der Kraftstoffhochdruckpumpe angesetzt wird. Bei diesem Vorgang können die in den Gehäusedeckel eingesetzten Bauteile leicht verrutschen und/oder verkippen, so dass die Funktion des Membrandämpfers beeinträchtigt ist. Bei der vorgeschlagenen Kraftstoffhochdruckpumpe mit integriertem Membrandämpfer besteht diese Gefahr nicht oder ist zumindest deutlich reduziert.
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Mit der vorgeschlagenen Integration des Membrandämpfers in die Kraftstoffhochdruckpumpe wird zudem eine Kraftstoffhochdruckpumpe geschaffen, die besonders kompaktbauend ist und einen geringen Bauraumbedarf besitzt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Gehäusedeckel einen in die Ausnehmung des Gehäuseteils eingreifenden Abschnitt auf. Dies besitzt den Vorteil, dass mit Einsetzen in die Ausnehmung des Gehäuseteils zugleich eine Zentrierung des Gehäusedeckels bewirkt werden kann. Vorzugsweise ist der in die Ausnehmung eingreifende Abschnitt hohlzylinderförmig ausgebildet, so dass sich der Druckraum, in dem der Membrandämpfer aufgenommen ist, bis in den Gehäusedeckel hinein erstreckt. Auf diese Weise wird zusätzlicher Bauraum gewonnen. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der in die Ausnehmung eingreifende Abschnitt des Gehäusedeckels stirnseitig eine Anlagefläche zur Anlage am Membrandämpfer besitzt. Der Gehäusedeckel kommt somit radial außen am Membrandämpfer zu liegen, vorzugsweise im Bereich des die Schweißnaht aufweisenden Klemmabschnitts, so dass eine Entlastung der Schweißnaht bewirkt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die zur Anlage am Membrandämpfer vorgesehene Anlagefläche des Gehäusedeckels im Wesentlichen radial verlaufende Nuten zur Ausbildung von Strömungskanälen aufweist. Die Nuten bzw. Strömungskanäle stellen die hydraulische Anbindung des gesamten Druckraums an den Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe sicher. Die radial verlaufenden Nuten werden vorzugsweise von Ringsegmenten begrenzt, die stirnseitig die verbleibende Anlagefläche ausbilden. Um ein gleichmäßiges Umströmen des im Druckraum aufgenommenen Membrandämpfers zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Nuten in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Entsprechend sind auch die Ringsegmente in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet, so dass der zwischen dem Gehäuseteil und der Feder eingespannte Membrandämpfer über seinen Umfang gleichmäßig belastet wird.
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Vorteilhafterweise weist der in die Ausnehmung des Gehäuseteils eingreifende Abschnitt des Gehäusedeckels eine außenumfangseitig angeordnete Ringnut zur Aufnahme eines Dichtrings auf. Über den in die Ringnut eingelegten Dichtring kann die den Membrandämpfer aufnehmende Ausnehmung des Gehäuseteils bzw. der Druckraum nach außen abgedichtet werden. Die Ringnut verhindert ein Verrutschen des Dichtrings während der Montage des Gehäusedeckels.
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Des Weiteren bevorzugt weist der Gehäusedeckel einen Flanschabschnitt zur Abstützung am Gehäuseteil und/oder zur Verbindung, vorzugsweise zur Verschraubung, mit dem Gehäuseteil auf. Der Flanschabschnitt trägt auf diese Weise ebenfalls zur Vereinfachung der Montage bei.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung des Gehäuseteils einen Abschnitt aufweist, der in der Draufsicht eine wellenförmige Innenkontur besitzt. Über die Wellenform werden Bereiche geschaffen, die zur Anlage an einem in der Ausnehmung aufgenommenen Bauteil gelangen bzw. zu diesem beabstandet sind, so dass die hydraulische Anbindung des Druckraums an den Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe weiter verbessert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil um die in der Ausnehmung aufgenommene Feder, so dass über die an der Feder anliegenden Bereiche eine Selbstzentrierung der Feder beim Einsetzen in die Ausnehmung bewirkt wird. Der die gewellte Innenkontur aufweisende Abschnitt ist daher bevorzugt in einem unteren Bereich der Ausnehmung des Gehäuseteils angeordnet.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Gehäuseteil die Ausnehmung erweiternde Taschen aufweist. Die Taschen verbessern ebenfalls die hydraulische Anbindung des Druckraums an den Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe. Vorzugsweise sind die Taschen auf Höhe des Membrandämpfers, weiterhin vorzugsweise auf Höhe des Klemmabschnitts des Membrandämpfers angeordnet sind. Die Taschen erleichtern somit ein Umströmen des Membrandämpfers, der den Druckraum in einen oberen und einen unteren Druckraum unterteilt. Weiterhin vorzugsweise sind die Taschen in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet, so dass der Membrandämpfer gleichmäßig umströmt wird.
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Bevorzugt weist das Gehäuseteil eine die Ausnehmung erweiternde umlaufende Stufe auf, die vorzugsweise auf Höhe des Membrandämpfers, weiterhin vorzugsweise auf Höhe der Taschen angeordnet ist. Der Abschnitt, in dem die Ausnehmung durch die umlaufende Stufe eine Aufweitung erfährt, kann insbesondere zur Aufnahme des Gehäusedeckels genutzt werden, so dass die Umströmung des Membrandämpfers weiter vereinfacht wird. Entsprechend wird die hydraulische Anbindung des Druckraums an den Niederdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe verbessert.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt die Feder in die Ausnehmung des Gehäuseteils eingesetzt. Hiernach wird der Membrandämpfer in die Ausnehmung eingesetzt, so dass dieser auf der Feder aufliegt. Anschließend wird die Ausnehmung mittels des Gehäusedeckels verschlossen, wobei die Feder gespannt wird. Da sich die Feder beim Einsetzen in die Ausnehmung selbst zentriert und zugleich eine Zentrierung des Membrandämpfers bewirkt, wenn dieser eingesetzt wird, kann die Montage deutlich vereinfacht werden. Ferner kann ein separater Haltering zur Zentrierung des Membrandämpfers entfallen, so dass ein Bauteil weniger zu montieren ist. Dadurch, dass mit Montage des Gehäusedeckels die Feder gespannt wird, wird der Membrandämpfer beidseits von einer Druckkraft beaufschlagt, die gezielt zur Entlastung einer in einem Klemmabschnitt angeordneten Schweißnaht zur Verbindung der Membranen des Membrandämpfers eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann zusätzlich die Robustheit des Membrandämpfers gesteigert werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich des Membrandämpfers gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
- 2 den Längsschnitt der 1 mit Pfeilen zur Verdeutlichung der hydraulischen Anbindung des Membrandämpfers,
- 3 den Längsschnitt der 1 gedreht und mit Pfeilen zur Verdeutlichung der Einspannung des Membrandämpfers,
- 4 eine perspektivische Darstellung des Gehäusedeckels,
- 5 einen vergrößerten Ausschnitt der 4,
- 6 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseteils,
- 7 eine Draufsicht auf die im Gehäuseteil ausgebildete Ausnehmung zur Aufnahme des Membrandämpfers,
- 8 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich des Membrandämpfers gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
- 9 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseteils der Kraftstoffhochdruckpumpe der 8,
- 10 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe im Bereich des Membrandämpfers gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform und
- 11 eine perspektivische Darstellung des Gehäuseteils der Kraftstoffhochdruckpumpe der 10.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 mit integriertem Membrandämpfer 2 ist in den 1 bis 7 dargestellt. Der Membrandämpfer 2 dient der Dämpfung von Druckpulsationen, die systembedingt insbesondere in einem Niederdruckbereich 3 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 auftreten können. Der Membrandämpfer 2 ist hierzu unter Ausbildung eines Druckraums 7 in eine Ausnehmung 8 eines Gehäuseteils 9 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 eingesetzt.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 weist der Membrandämpfer 2 zwei aus gewelltem Metallblech gefertigte Membranen 4, 5 auf, die ein gasgefülltes Dämpfungsvolumen 6 umschließen. Die Membranen 4, 5 sind demnach in der Lage, sich bei Druckbeaufschlagung elastisch zu verformen. Über die Verformung der Membranen 4, 5 wird die gewünschte Dämpfungswirkung erzielt. Randseitig weisen die Membranen 4, 5 jeweils einen ringförmigen Abschnitt auf, im Bereich dessen sie über eine Schweißnaht 21 verbunden sind. Gemeinsam bilden diese Abschnitte einen Klemmabschnitt 22 aus, über den der Membrandämpfer 2 im Gehäuseteil 9 gehalten und zentriert ist.
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Die Zentrierung des Membrandämpfers 2 wird durch eine Feder 10 bewirkt, die vor dem Membrandämpfer 2 in die Ausnehmung 8 des Gehäuseteils 9 eingesetzt worden ist und sich beim Einsetzen selbst zentriert. Die Selbstzentrierung der Feder 10 wird über einen Abschnitt 18 der Ausnehmung 8 mit gewellter Innkontur bewirkt (siehe 2 linke Seite, sowie 6 und 7). Während die Wellenberge an der Feder 10 anliegen, werden über die Welltäler Freiräume geschaffen, die ein Umströmen der Feder 10 sowie des Membrandämpfers 2 ermöglichen (siehe 2 rechte Seite).
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Die Ausnehmung 8 des Gehäuseteils 9 bzw. der Druckraum 7 wird durch einen Gehäusedeckel 11 verschlossen, der einen in die Ausnehmung 8 eingreifenden hohlzylinderförmigen Abschnitt 12 sowie einen außen am Gehäuseteil 9 anliegenden Flanschabschnitt 17 aufweist. Die Abdichtung der Ausnehmung 8 bzw. des Druckraums 7 nach außen wird durch einen Dichtring 16 erreicht, der in eine außenumfangseitige Ringnut 15 des hohlzylinderförmigen Abschnitts 12 des Gehäusedeckels 11 eingesetzt ist (siehe 1 bis 3). Stirnseitig weist der hohlzylinderförmige Abschnitt 12 des Gehäusedeckels 11 eine Anlagefläche 13 zur Abstützung am Membrandämpfer 2 auf, die durch radial verlaufende Nuten 14 segmentartig unterteilt wird (siehe 4 und 5). Wird der Gehäusedeckel 11 mit dem Gehäuseteil 9 verbunden, gelangt der hohlzylinderförmige Abschnitt 12 über die unterteilte Anlagefläche 13 zur Anlage am Membrandämpfer 2, so dass dieser über den Gehäusedeckel 11 gegen die Feder 10 gedrückt wird, wobei die Feder 10 gespannt wird (siehe 3). Die Nuten 14 bilden dann Strömungskanäle aus, welche die hydraulische Anbindung des gesamten Druckraums 7 an den Niederdruckbereich 3 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gewährleisten (siehe 2 rechte Seite).
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Eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist den 8 und 9 zu entnehmen. Die im Gehäuseteil 9 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ausgebildete Ausnehmung 8 zur Aufnahme des Membrandämpfers 2 weist hier anstelle des Abschnitts 18 mit gewellter Innenkontur Taschen 19 auf, die ein Umströmen der Feder 10 und des Membrandämpfers 2 ermöglichen. Im Übrigen kann die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gleich der ausgestaltet sein, die in den 1 bis 7 dargestellt ist.
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Eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist den 10 und 11 zu entnehmen, wobei sich die Unterschiede wieder nur auf die Ausführung der im Gehäuseteil 9 ausgebildeten Ausnehmung 8 beziehen. Die aus dem Ausführungsbeispiel der 8 und 9 bekannten Taschen 19 wurden hier mit einer umlaufenden Stufe 20 kombiniert, welche die Herstellung der Taschen 19 vereinfacht.
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Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung der hydraulischen Anbindung des Druckraums 7 an den Niederdruckbereich 3 bei integriertem Membrandämpfer 2 auf. Da in allen Ausführungsbeispielen jeweils der gesamte Druckraum 7 an den Niederdruckbereich 3 hydraulisch angebunden ist, wird der Membrandämpfer 2 beidseitig synchron mit Druck beaufschlagt. Auf diese Weise ist eine optimale Dämpfungswirkung erzielbar.
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Die Ausbildung der Ausnehmung 8 erfordert eine Bearbeitung des Gehäuseteils 9, beispielsweise durch Fräsen, Drehen oder dergleichen. Da in der Regel das Gehäuseteil 9, insbesondere zur Ausbildung des Niederdruckbereichs 3, aufgrund hoher Schnittkräfte bereits jetzt zirkular bearbeitet wird, ist der Zusatzaufwand zur Herstellung der Ausnehmung 8 minimal.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004047601 A1 [0005]
