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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein Schwingungsdämpfer verfügt über eine Dämpfventileinrichtung, die vielfach zwei Drosselstellen aufweist. Eine erste Drosselstelle wird von einer konstanten Öffnung gebildet, über die das Dämpfmedium bei einer Kolbenstangenbewegung von einem Arbeitsraum in einen zweiten Arbeitsraum überströmen kann. Diese Drosselstelle dient vor allem der Dämpfung bei niedrigen Kolbenstangengeschwindigkeiten und wird in der Fachwelt auch Voröffnungsquerschnitt genannt.
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Wird eine bestimmte Kolbenstangengeschwindigkeit überschritten, dann steigt der Druck in dem komprimierten Arbeitsraum, so dass eine zweite Drosselstelle, die von mindestens einer Ventilscheibe in Kombination mit einer Ventilsitzfläche gebildet wird, eine Dämpfkraft erzeugt.
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Der Übergang der Dämpfkraftkennlinien zwischen der Dämpfung des Voröffnungsquerschnitts und dem Scheibenventil zeigt dabei einen Knickverlauf. Eine Unstetigkeit in einer Dämpfkraftkennlinie ist häufig mit einem Geräusch verbunden, das für Fahrzeuginsassen vernehmbar ist. Beispielhaft wird auf die
DE 40 25 115 A1 verwiesen, in der der besagte Dämpfkraftkennlinienverlauf in der
1 dargestellt ist.
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Ein Zweirohrschwingungsdämpfer verfügt vielfach über ein Dämpfventil am Kolben und in einem Bodenventil. Aus der
DE 10 2008 042 634 A1 ist ein Zweirohrschwingungsdämpfer bekannt, der ein Dämpfventil in einer Kolbenstangenführung aufweist, wobei dieses Dämpfventil einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum mit einem Ausgleichsraum verbindet. Dieses Dämpfventil ist als Sitzventil ausgeführt und in der Ausgangsstellung geschlossen. Mit der Anordnung des Sitzventils innerhalb der Kolbenstangenführung wird Bauraum für ein zusätzliches amplitudenabhängiges Dämpfventil am Kolben geschaffen.
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Aus der
DE 27 21 933 A1 ist ein Dämpfventil bekannt, das ausgehend von einer geschlossenen Position eine Durchlass-Stellung einnimmt und dann für einen Notbetrieb wieder eine zweite Schließ-Position einnimmt, damit der Schwingungsdämpfer eine möglichst hohe Dämpfkraft erzeugt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dämpfventilanordnung in einem Schwingungsdämpfer derart weiterzubilden, so dass ein harmonischer Übergang zwischen Dämpfkraft- Kennlinienbereichen mit unterschiedlicher Steigung vorliegt.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Dämpfventileinrichtung ein Zwischenstufenventil aufweist, das ausgehend von einer geschlossenen Betriebsstellung bei höherer Druckbelastung eine Durchlass-Stellung und bei einer noch höheren Druckbelastung eine Schließstellung einnimmt, wobei das Zwischenstufenventil dem Voröffnungsquerschnitt und dem Scheibenventil hydraulisch parallelgeschaltet ist.
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Versuche haben gezeigt, dass das Zwischenstufenventil zu einem deutlich harmonischeren Dämpfkraftkennlinienverlauf führt. Das abrupte Öffnen des Scheibenventils wird über das Zwischenstufenventil kompensiert.
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Bevorzugt verbindet das Zwischenstufenventil einen der Arbeitsräume mit einem mit Dämpfmedium gefüllten Ausgleichsraum. Der Vorteil dieser Bauform führt dazu, dass man an einem üblicherweise verwendeten Dämpfventil am Kolben nicht noch ein weiteres Ventil vorsehen muss.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch bildet eine Kolbenstangenführung zumindest teilweise ein Gehäuse für das Zwischenstufenventil. Die Anordnung des Zwischenstufenventils an oder in der Kolbenstangenführung lässt sich bei den üblichen Bauraumbedingungen vielfach besser umsetzen als am oder im Kolben.
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Um den Fertigungsaufwand für das Zwischenstufenventil zu minimieren, ist das Zwischenstufenventil abflussseitig mit einem Entlüftungskanal der Kolbenstangenführung verbunden ist, d. h. man nutzt für den Strömungsweg zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum einen ohnehin vorhandenen Kanal in der Kolbenstangenführung.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Zwischenstufenventil als ein Scheibenventil ausgeführt ist. Das Scheibenventil lässt sich einfach einstellen und Ventilkörper und Federelement können ganz einfach von einer Tellerfeder gebildet werden.
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Alternativ ist das Zwischenstufenventil als ein Kugelsitzventil ausgeführt, das einen besonders schmalen Bauraum benötigt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Zwischenstufenventil zwei Durchströmungsrichtungen auf. Der Vorteil besteht darin, dass dann Dämpfmedium aus dem Ausgleichsraum auch nachströmen kann und somit ein Unterdruck im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum ausgeschlossen ist. Folglich kann die durch ein Bodenventil erzeugte Dämpfkraft deutlich abgesenkt werden, da das Öffnungsverhalten eines Ventils am Kolben zum Nachfüllen des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums aus dem Volumen des kolbenstangenfernen Arbeitsraums irrelevant ist.
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Beispielhaft kann das Zwischenstufenventil zwei Rückschlagventile mit gegensinnigem Durchlassverhalten umfassen. Diese Bauform ist ebenfalls sehr bauraumsparend realisierbar.
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Alternativ kann eine Ventilscheibe des Zwischenstufenventils wechselseitig am Innen- und am Außendurchmesser gegen eine Ventilsitzfläche verspannt sein. Diese Bauform benötigt nur einen geringen axialen Bauraum.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung von einem Schwingungsdämpfer mit einem Zwischenstufenventil
- 2 Ausschnittsvergrößerung zur 1
- 3 Dämpfkraftkennlinie zu 1 und 2
- 4 Zwischenstufenventil als Scheibenventil
- 5 und 6 Zwischenstufenventil mit zwei Durchströmungsrichtungen
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Die 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 mit einem Zylinder, der von einem Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 in zwei Arbeitsräume 9; 11 unterteilt wird. Der gesamte Zylinder 3 ist vollständig mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt. Der Schwingungsdämpfer verfügt über eine Dämpfventileinrichtung 13, die in Abhängigkeit der Kolbenstangenbewegung einen Dämpfmediumstrom einerseits durch einen Voröffnungsquerschnitt 15 und andererseits über ein Scheibenventil 17 eine Verbindung ausgehend von einem der Arbeitsräume 9; 11 ermöglicht. Der Voröffnungsquerschnitt 15 kann z. B. über eine randseitige Aussparung in einer Ventilscheibe gebildet werden, die wiederum von einer zweiten Ventilscheibe axial abgedeckt wird. Alternativ kann man in eine Ventilsitzfläche 10 für die Ventilscheibe 21 eine Kerbe prägen, die den Voröffnungsquerschnitt 15 bildet. In diesem Fall verbindet der Voröffnungsquerschnitt 15 die beiden Arbeitsräume innerhalb des Zylinders.
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Der Voröffnungsquerschnitt 15 und das Scheibenventil 17 sind funktional parallelgeschaltet sind, d. h., dass auch bei geschlossenem Scheibenventil 17 der permanent geöffnete Voröffnungsquerschnitt 15 für eine Verbindung zwischen den Arbeitsräumen 9; 11 zur Verfügung steht.
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Der innere Zylinder 3 wird in Ausfahrrichtung der Kolbenstange von einer Kolbenstangenführung 23 verschlossen. Konzentrisch wird der innere Zylinder 3 von einem äußeren Behälterrohr 25 eingehüllt, das sich ebenfalls radial an der Kolbenstangenführung 23 abstützt. Ein Ringraum zwischen dem Behälterrohr 25 und dem inneren Zylinder 3 bildet einen Ausgleichsraum 27 für das von der Kolbenstange 7 verdrängte Dämpfmediumvolumen.
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Zusätzlich zu dem Scheibenventil 17 und dem Voröffnungsquerschnitt 15 weist die Dämpfventileinrichtung 13 ein Zwischenstufenventil 29 auf, das ausgehend von einer geschlossenen Betriebsstellung bei höherer Druckbelastung eine Durchlass-Stellung und bei einer noch höheren Druckbelastung eine Schließstellung einnimmt, wobei das Zwischenstufenventil 29 dem Voröffnungsquerschnitt 15 und dem Scheibenventil 17 hydraulisch parallelgeschaltet ist.
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In der Ausschnittvergrößerung der 2 ist dargestellt, dass das Zwischenstufenventil 29 der 1 einen der Arbeitsräume, in diesem Fall den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11, mit dem mit Dämpfmedium gefüllten Ausgleichsraum 27 verbindet. Dabei bildet die Kolbenstangenführung 23 zumindest teilweise ein Gehäuse für das Zwischenstufenventil 29.
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In dieser konkreten Ausführungsform ist das Zwischenstufenventil 29 abflussseitig mit einem Entlüftungskanal 31 der Kolbenstangenführung 29 in Richtung des Ausgleichsraums 27 verbunden, wobei das Zwischenstufenventil 29 als ein Kugelsitzventil ausgeführt ist.
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Das Zwischenstufenventil 29 umfasst einen Stufenkanal 33 im Gehäuse, gebildet von der Kolbenstangenführung 23, in dem eine Schließfeder 35 eine Kugel als Ventilkörper 37 auf eine erste Ventilsitzfläche 39 vorspannt. Die erste Ventilsitzfläche 39 wird von einer Hülse 41 gebildet, die beispielsweise in die Kolbenstangenführung 23 eingeschraubt oder eingepresst wird, um eine definierte Vorspannung der Schließfeder 35 zu vereinfachen. Eine zweite Ventilsitzfläche 43 liegt an einem Absatz der Kolbenstangenführung 23 vor.
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Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 7 wird das Dämpfmedium durch den Voröffnungsquerschnitt 15 in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 verdrängt. Sowohl das Scheibenventil 17am Kolben 5 wie auch das Zwischenstufenventil 29 in der Kolbenstangenführung 23 nehmen eine Schließposition ein.
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Bei einem Anstieg der Kolbenstangengeschwindigkeit öffnet das Zwischenstufenventil 29 und Dämpfmedium kann zusätzlich aus dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 über den Entlüftungskanal 31 in den Ausgleichsraum 27 abfließen. Steigt die Kolbenstangengeschwindigkeit noch weiter an, dann erhöht sich auch der Druck im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9, wodurch das Zwischenstufenventil 29 in die Schließposition übergeht, bei der die Kugel 37 an der zweiten Ventilsitzfläche 43 zur Anlage kommt. Dafür hebt die Ventilscheibe 21 des Scheibenventils 17 ab und gibt eine Strömungsverbindung zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 und dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 frei (1). Das Wechselspiel der sich öffnenden und schließenden Ventile der Dämpfventileinrichtung 13 vollzieht sich geräuschlos und ohne Dämpfkraftspitzen, wie die 3 zeigt.
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Mit der 4 soll gezeigt werden, dass das Zwischenstufenventil 29 auch als ein Scheibenventil ausgeführt sein kann. Ausschlaggebend für die Wahl zwischen den beiden Ventilbauformen ist häufig der zur Verfügung stehende Bauraum. Das Zwischenstufenventil 29 ist in einem Ringraum 45 angeordnet, der von einem ringförmigen Unterteil 47 und der Kolbenstangenführung 23 gebildet wird. Die Kolbenstangenführung 23 entspricht funktional einem Deckel. Das Unterteil 47 verfügt über die erste Ventilsitzfläche 39 und am Innendurchmesser über eine Spannfläche 49 für die mindestens eine Ventilscheibe 21. Durch Zwischenscheiben 51 kann die Vorspannung der Ventilscheibe 21 variiert werden. Die mechanische Verbindung zwischen dem Unterteil 47 der Kolbenstangenführung 23 besteht aus einer Presspassung. Das Unterteil 47 verfügt über einen abgewinkelten oberen Rand 53, der im Fertigmontagezustand des Schwingungsdämpfers 1 zwischen der Kolbenstangenführung 23 und einer Stirnfläche 55 des inneren Zylinders 3 verspannt ist.
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Die zweite Ventilsitzfläche 43 wird beispielhaft von einem schneidenförmigen Rand an der Unterseite der Kolbenstangenführung 23 gebildet. Des Weiteren verfügt die Kolbenstangenführung 23 über einen Anschlusskanal 57, der das Zwischenstufenventil 29 direkt mit dem Ausgleichsraum 27 verbindet. Bei einer Öffnungsbewegung entsprechend dem Bewegungsprofil gemäß der Beschreibung zur 2 hebt die Ventilscheibe 21 ausgehend von einer Schließposition, bei der die Ventilscheibe 21 auf der ersten Ventilsitzfläche 39 aufliegt, ab, nimmt eine Durchlass-Stellung ein, um dann bei einer weiteren Abhubbewegung an der zweiten Ventilsitzfläche 43 anzuliegen, bei der das Zwischenstufenventil geschlossen ist. Die Ventilscheibe 21 bleibt mit ihrem Innendurchmesser stets zwischen dem Unterteil 47 und der Kolbenstangenführung 23 verspannt.
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Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Ventilscheibe am Außendurchmesser zu verspannen und die beiden Ventilsitzflächen radial innerhalb der Spannfläche auszuführen.
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Mit der 5 soll gezeigt werden, dass das Zwischenstufenventil 29 basierend auf der Variante nach 4 zwei Durchströmungsrichtungen aufweisen kann. Die Ventilscheibe 21 des Zwischenstufenventils 29 ist zwischen der ersten und einer dritten Ventilsitzfläche 39; 59 am Innen- und am Außendurchmesser wechselseitig verspannt und nimmt eine Schließposition ein sowohl bei einer Anströmung aus dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 wie auch bei einer Anströmung ausgehend von einem Überdruck im Ausgleichsraum 27 im Verhältnis zum Druck im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange.
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Fährt die Kolbenstangenbewegung mit einer definierten Geschwindigkeit aus dem Zylinder
3 aus, dann hebt die Ventilscheibe
21 des Zwischenstufenventils
29 am Innendurchmesser von der ersten Ventilsitzfläche
39 ab und gibt die Verbindung zwischen dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum
11 und dem Ausgleichsraum
27 über den Anschlusskanal
57 frei. Bei einer weiteren Geschwindigkeitssteigerung der Kolbenstange legt sich die Ventilscheibe an der zweiten Ventilsitzfläche
43 an, so dass das Zwischenstufenventil
29 eine Schließposition einnimmt. Bei einer Bewegungsrichtungsumkehr der Kolbenstange
7, also einer Einfahrbewegung in den Zylinder
3, hebt die Ventilscheibe
21 wieder von der zweiten Ventilsitzfläche
43 ab und legt sich aufgrund der inneren Vorspannung wieder auf die erste Ventilsitzfläche
39 auf. Wenn dann die Kolbenstange
7 mit hoher Geschwindigkeit weiter in den Zylinder
3 einfährt und aufgrund der Charakteristik der Dämpfventileinrichtung
13 am Kolben
5 für die Einfahrrichtung eine Unterversorgung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums mit Dämpfmedium und infolge ein Unterdruck auftreten könnte, dann hebt die Ventilscheibe
21 von der dritten Ventilsitzfläche
57 ab und ermöglicht das Nachströmen von Dämpfmedium aus dem Ausgleichsraum
27 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum
9. Bei dieser Variante des Zwischenstufenventils
29 ist der Ausgleichsraum
27 entsprechend zu gestalten, dass kein Gas als Druckmittel über das Zwischenstufenventil
29 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum
9 eindringen kann, z. B. durch die Verwendung eines Gasbags, s.
DE 198 35 222 A1 , oder durch eine Saugleitung im Ausgleichsraum, s.
DE 1 284 693 A .
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Die 6 zeigt basierend auf die 2 eine Variante, bei der das Zwischenstufenventil 29 zwei Rückschlagventile mit gegensinnigem Durchlassverhalten umfasst. Zur Vereinfachung ist nur ein Ausschnitt aus der Kolbenstangenführung 23 dargestellt, entsprechend der 2. Abweichend ist die erste Ventilsitzfläche 39 des Zwischenstufenventils 29 an einem beweglichen Ventilsitzring 61 ausgeführt, der wiederum von einer zweiten Schließfeder 63 gegen eine dritte Ventilsitzfläche 59 vorgespannt wird. Die dritte Ventilsitzfläche wird von einem axial eingespannten Ventilring 65 gebildet. Die Hülse 41 entsprechend der 2 verfügt über eine nach radial innen weisende Schulter, die eine Abstützfläche für die zweite Schließfeder bildet. Der Ventilsitzring 61, die zweite Schließfeder 63 und die dritte Ventilsitzfläche bilden ein zweites Rückschlagventil. Das Zugstufenventil 27 mit der Kugel bzw. dem Ventilkörper 37, der ersten Ventilsitzfläche 39 sowie der ersten Schließfeder 35 bilden das erste Rückschlagventil.
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Bei einer Anströmung ausgehend von dem kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 kann der kugelförmige Ventilkörper 37 ausgehend von einer Schließposition auf der ersten Ventilsitzfläche 39 des Ventilsitzrings 61 abheben, eine Durchlassposition einnehmen und dann bei höherer Kolbenstangengeschwindigkeit wieder eine Schließposition an der zweiten Ventilsitzfläche 43 einnehmen. Bei einer Anströmung ausgehend vom Ausgleichsraum 27 bewegt sich die Kugel 37 wieder in Richtung der ersten Ventilsitzfläche 39 und nimmt dort wieder eine Schließposition ein. Im weiteren Bewegungsablauf bewegen sich der Ventilsitzring 61 und die Kugel 37 synchron gegen die Kraft der zweiten Schließfeder 63, so dass der Ventilsitzring 61 von der dritten Ventilsitzfläche 59 abhebt und den Strömungsweg radial entlang des Ventilsitzrings 61 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 freigibt. Bei Stillstand oder Bewegungsrichtungsumkehr der Kolbenstange 7 wird das Zwischenstufenventil 29 wieder verschlossen und nimmt die dargestellte Position ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Zylinder
- 5
- Kolben
- 7
- Kolbenstange
- 9
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 11
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 13
- Dämpfventileinrichtung
- 15
- Voröffnungsquerschnitt
- 17
- Scheibenventil
- 19
- Ventilsitzfläche
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Kolbenstangenführung
- 25
- Behälterrohr
- 27
- Ausgleichsraum
- 29
- Zwischenstufenventil
- 31
- Entlüftungskanal
- 33
- Stufenkanal
- 35
- Schließfeder
- 37
- Ventilkörper
- 39
- erste Ventilsitzfläche
- 41
- Hülse
- 43
- zweite Ventilsitzfläche
- 45
- Ringraum
- 47
- Unterteil
- 49
- Spannfläche
- 51
- Zwischenscheibe
- 53
- Rand
- 55
- Stirnfläche
- 57
- Anschlusskanal
- 59
- dritte Ventilsitzfläche
- 61
- Ventilsitzring
- 63
- zweite Schließfeder
- 65
- Ventilring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4025115 A1 [0004]
- DE 102008042634 A1 [0005]
- DE 2721933 A1 [0006]
- DE 19835222 A1 [0033]
- DE 1284693 A [0033]
