DE102018222568A1 - Heat exchanger with integrated bypass - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen mehrflutigen Wärmetauscher (1) umfassend zumindest einen ersten Bereich (14) zur Kühlung eines Betriebsmittels eines Getriebes und einen zweiten Bereich (15) zur Kühlung eines Betriebsmittels eines hydrodynamischen Retarders (23) sowie einen Einsatz (16) zur Verteilung der Betriebsmittel auf die unterschiedlichen Bereiche (14, 15) des Wärmetauschers (1). Es ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher (1) zumindest einen Bypass (18, 20) aufweist, über den der erste Bereich (14) des Wärmetauschers (1) und der zweite Bereich (15) des Wärmetauschers (1) miteinander verbunden sind.The invention relates to a multi-flow heat exchanger (1) comprising at least a first region (14) for cooling an operating medium of a transmission and a second region (15) for cooling an operating medium of a hydrodynamic retarder (23) and an insert (16) for Distribution of the equipment to the different areas (14, 15) of the heat exchanger (1). It is provided that the heat exchanger (1) has at least one bypass (18, 20), via which the first region (14) of the heat exchanger (1) and the second region (15) of the heat exchanger (1) are connected to one another.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrflutigen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kühlsystem mit zumindest zwei Betriebsmittelkreisläufen sowie ein Getriebe umfassend den erfindungsgemäßen Wärmetauscher bzw. das erfindungsgemäße Kühlsystem.The present invention relates to a multi-flow heat exchanger according to the preamble of
In flüssigen Betriebsmitteln in Fahrzeugen werden beispielsweise durch eine Energieumwandlung in Wärme entstandene Aufheizungen in einem Wärmetauscher an ein Kühlmittel abgegeben, damit die Einsatzfähigkeit des Betriebsmittels erhalten bleibt und das Betriebsmittel für weitere Energieaufnahmen verfügbar ist.In liquid equipment in vehicles, for example, heating generated in a heat exchanger by energy conversion into heat is given off to a coolant so that the operational capability of the equipment is preserved and the equipment is available for further energy consumption.
Betriebsmittel dieser Art können Schmiermittel in Motoren oder Getrieben sein, die durch die Bewegungen der vorhandenen Bauteile erwärmt werden, oder es kann auch ein Öl oder Wasser einer hydrodynamischen Bremseinrichtung betroffen sein, die die Bewegungsenergie des Fahrzeugs mit Hilfe einer Beschaufelung in Wärme überführt, die an das Betriebsmittel übertragen wird.Equipment of this type can be lubricants in engines or transmissions that are heated by the movements of the existing components, or it can also affect an oil or water of a hydrodynamic braking device that converts the kinetic energy of the vehicle into heat by means of blading the equipment is transferred.
Wärmetauscher werden häufig in Platten- oder Schalenbauweise ausgeführt, wobei mehrere gleichartige Platten oder Schalen übereinander und aneinander befestigt werden, beispielsweise verlötetet werden, welche dann Passagen bilden, die jeweils Kühlmittel und zu kühlendes Betriebsmittel aneinander vorbeiführen.Heat exchangers are often designed in plate or shell design, with several plates or shells of the same type being fastened, for example soldered, one above the other and to one another, which then form passages which each lead coolant and operating medium to be cooled past one another.
Sind in einem Fahrzeug mehrere Betriebsmittel zu kühlen, so lassen sich hierzu mehrere Wärmetauscher vorsehen, von denen jeweils ein Wärmetauscher ein Betriebsmittel durch ein Kühlmittel kühlt. Werden mehrere Wärmetauscher zur Kühlung von mehreren Betriebsmitteln benutzt, dann können diese entsprechend dem zu kühlenden Betriebsmittelkreislauf optimal angepasst werden und beispielsweise unterschiedliche geometrische Abmessungen aufweisen. Jedoch ist die Nutzung von mehreren Wärmetauschern verhältnismäßig teuer und es wird ein entsprechend großer Ein- oder Anbauraum zur Anordnung der Wärmetauscher benötigt.If several items of equipment are to be cooled in a vehicle, several heat exchangers can be provided for this purpose, of which one heat exchanger in each case cools an item of equipment by means of a coolant. If several heat exchangers are used to cool several devices, then these can be optimally adapted according to the device circuit to be cooled and, for example, have different geometrical dimensions. However, the use of several heat exchangers is relatively expensive and a correspondingly large installation or attachment space is required to arrange the heat exchangers.
Es ist bereits bekannt, dass mehrere Betriebsmittel in einem Fahrzeug auch in einem gemeinsamen Wärmetauscher gekühlt werden können, wobei dieser Wärmetauscher dann mehrere Bereiche aufweist, die jeweils mit einem Kühlmittel zur Wärmeabgabe in Kontakt treten können. Derartige Wärmetauscher werden auch als mehrflutige Wärmetauscher bezeichnet. Beispielsweise ist es möglich, an einen 3-flutigen Wärmetauscher einen Kühlmittelkreislauf und zwei Betriebsmittelkreisläufe anzuschließen. Die Betriebsmittelkreisläufe können beispielsweise als Betriebsmittelkreislauf eines Getriebes und als Betriebsmittelkreislauf eines Retarders ausgebildet sein.It is already known that a plurality of operating resources in a vehicle can also be cooled in a common heat exchanger, this heat exchanger then having a plurality of regions, which can each come into contact with a coolant for heat dissipation. Such heat exchangers are also referred to as multi-flow heat exchangers. For example, it is possible to connect a coolant circuit and two operating medium circuits to a 3-pipe heat exchanger. The equipment circuits can be designed, for example, as an equipment circuit of a transmission and as an equipment circuit of a retarder.
Ein solcher mehrflutiger Wärmetauscher ist beispielsweise aus der
Derartige mehrflutige Wärmetauscher sind in ihrer Konstruktion an einen geometrischen Aufbau gebunden und können daher nur bedingt an die zu kühlenden Betriebsmittelkreisläufe ausgelegt werden. Abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung eines derartigen mehrflutigen Wärmetauschers können bei einer Durchströmung der Passagen des Wärmetauschers im Betriebsmittelkreislauf Druckverluste entstehen, welche zu einer negativen Beeinflussung des Betriebsmittelkreislaufs führen können.Such multi-flow heat exchangers are tied to a geometric structure in their construction and can therefore only be designed to a limited extent to the equipment circuits to be cooled. Depending on the design of such a multi-flow heat exchanger, pressure losses can occur when the passages of the heat exchanger flow through the equipment circuit, which can lead to a negative influence on the equipment circuit.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Wärmetauscher sowie ein verbessertes Kühlsystem mit einem mehrflutigen Wärmetauscher zu schaffen.Against this background, the invention has for its object to provide a new type of heat exchanger and an improved cooling system with a multi-flow heat exchanger.
Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Kühlsystem gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen.This object is achieved by a heat exchanger according to
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein mehrflutiger Wärmetauscher umfassend zumindest einen ersten Bereich, der zur Kühlung eines Betriebsmittels eines Getriebes dient, und einen zweiten Bereich, der zur Kühlung eines Betriebsmittels eines hydrodynamischen Retarders dient, vorgeschlagen. Der Wärmetauscher umfasst einen Einsatz zur Verteilung der Betriebsmittel auf die unterschiedlichen Bereiche des Wärmetauschers. Abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des Wärmetauschers weist der Wärmetauscher in den Betriebsmittel führenden Bereichen einen entsprechenden Durchflusswiderstand auf. Der Durchflusswiderstand des Wärmetauschers kann in bestimmten Betriebsbereichen zu einem Druckanstieg im Betriebsmittelkreislauf führen.According to the present invention, a multi-flow heat exchanger comprising at least a first region, which is used to cool an operating medium of a transmission, and a second region, which is used to cool an operating medium of a hydrodynamic retarder, is proposed. The heat exchanger comprises an insert for distributing the operating media to the different areas of the heat exchanger. Depending on the design of the heat exchanger, the heat exchanger has a corresponding flow resistance in the areas carrying the equipment. The flow resistance of the heat exchanger can lead to an increase in pressure in the equipment circuit in certain operating areas.
Daher sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, dass der Wärmetauscher zumindest einen Bypass aufweist, über den der erste Bereich des Wärmetauschers und der zweite Bereich des Wärmetauschers miteinander verbunden sind. Dadurch, dass die beiden betriebsmittelführenden Bereiche des mehrflutigen Wärmetauschers über einen Bypass miteinander verbunden sind, kann ein Durchflusswiderstand des Wärmetauschers in bestimmten Betriebsbereichen reduziert werden.To achieve the object, the invention therefore provides that the heat exchanger has at least one bypass via which the first region of the heat exchanger and the second region of the heat exchanger are connected to one another. The fact that the two resource-carrying areas of the multi-flow heat exchanger are connected to one another via a bypass can be a Flow resistance of the heat exchanger can be reduced in certain operating areas.
In einer Ausgestaltung des mehrflutigen Wärmetauschers ist der Bypass in einer Anschlussplatte des Wärmetauschers integriert. Die Anschlussplatte weist sowohl Anschlüsse zum Anschluss der Betriebsmittelkreisläufe als auch Anschlüsse zum Anschluss des Kühlmittelkreislaufs an den Wärmetauscher auf. Die Anschlussplatte kann mit einer Endplatte des Wärmtauschers verbunden, beispielsweise verlötet sein.In one embodiment of the multi-flow heat exchanger, the bypass is integrated in a connection plate of the heat exchanger. The connection plate has connections for connecting the equipment circuits as well as connections for connecting the coolant circuit to the heat exchanger. The connection plate can be connected to an end plate of the heat exchanger, for example soldered.
In einer weiteren Ausgestaltung des Wärmetauschers ist der Bypass durch einen in einer Anschlussplatte des Wärmetauschers ausgebildeten Kanal ausgeführt, der dann, wenn der Wärmetauscher an einem Getriebegehäuse oder einem Retardergehäuse montiert wird, durch ein hierfür vorgesehenes Anschlusselement oder durch das Getriebegehäuse oder das Retardergehäuse selbst verschlossen und abgedichtet wird.In a further embodiment of the heat exchanger, the bypass is carried out through a channel formed in a connection plate of the heat exchanger, which, when the heat exchanger is mounted on a transmission housing or a retarder housing, is closed by a connection element provided for this purpose or by the transmission housing or the retarder housing itself is sealed.
Weist der Wärmetauscher ein Anschlusselement auf, über welches dieser an einem Getriebegehäuse oder einem Retardergehäuse befestigt werden kann, dann kann in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Bypass in diesem Anschlusselement des Wärmetauschers integriert ist.If the heat exchanger has a connection element by means of which it can be attached to a transmission housing or a retarder housing, then it can be provided in a further embodiment that the bypass is integrated in this connection element of the heat exchanger.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Durchfluss durch den Bypass steuer- oder regelbar ist. Hierzu kann in dem Bypass ein Ventil vorgesehen sein. Das Ventil kann beispielsweise als Druckventil, Stromventil, Sitzventil, Wegeventil oder als Drossel- bzw. Blendenventil ausgebildet sein. Das Sitzventil kann beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet sein, welches eine Strömung des durchströmenden Betriebsmittels in lediglich einer Richtung zulässt.In an advantageous further development it can be provided that the flow through the bypass can be controlled or regulated. For this purpose, a valve can be provided in the bypass. The valve can be designed, for example, as a pressure valve, flow valve, seat valve, directional control valve or as a throttle or orifice valve. The seat valve can be designed, for example, as a check valve, which allows the flowing through of the operating medium to flow in only one direction.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem umfasst einen Kühlmittelkreislauf, einen Betriebsmittelkreislauf eines Getriebes, einen Betriebsmittelkreislauf eines hydrodynamischen Retarders sowie einen mehrflutigen Wärmetauscher. Ein erster Bereich des Wärmetauschers ist zur Kühlung eines Betriebsmittels des Getriebes und ein zweiter Bereich des Wärmetauschers ist zur Kühlung eines Betriebsmittels des hydrodynamischen Retarders ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass eine Zuführleitung zu dem ersten Bereich des Wärmetauschers über einen Bypass mit einer Zuführleitung zu dem zweiten Bereich des Wärmetauschers verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann eine Rückführleitung von dem ersten Bereich des Wärmetauschers über einen Bypass mit einer Rückführleitung von dem zweiten Bereich des Wärmetauschers verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform ist der Bypass nicht in dem Wärmetauscher direkt integriert, wodurch ein herkömmlicher mehrflutiger Wärmetauscher in dem Kühlsystem zum Einsatz kommen kann. Dadurch, dass die beiden Zuführleitungen oder die beiden Rückführleitungen über einen Bypass miteinander verbunden sind, kann ein Durchflusswiderstand des Wärmetauschers in bestimmten Betriebsbereichen reduziert werden, wodurch ein Druckanstieg in dem Betriebsmittelkreislauf in welchem ein mehrflutiger Wärmetauscher angewendet wird, vermieden werden kann.The cooling system according to the invention comprises a coolant circuit, an operating medium circuit of a transmission, an operating medium circuit of a hydrodynamic retarder and a multi-flow heat exchanger. A first area of the heat exchanger is designed to cool an operating medium of the transmission and a second area of the heat exchanger is designed to cool an operating medium of the hydrodynamic retarder. It is provided that a supply line to the first area of the heat exchanger is connected via a bypass to a supply line to the second area of the heat exchanger. Alternatively or additionally, a return line from the first area of the heat exchanger can be connected via a bypass to a return line from the second area of the heat exchanger. In this embodiment, the bypass is not directly integrated in the heat exchanger, as a result of which a conventional multi-flow heat exchanger can be used in the cooling system. Because the two supply lines or the two return lines are connected to one another via a bypass, a flow resistance of the heat exchanger can be reduced in certain operating ranges, as a result of which an increase in pressure in the operating medium circuit in which a multi-flow heat exchanger is used can be avoided.
Auch bei dieser Ausgestaltung des Bypasses kann vorgesehen sein, dass ein Durchfluss durch den Bypass steuer- oder regelbar ist. Der Durchfluss des Bypasses kann zweckmäßigerweise in Abhängigkeit eines in dem Betriebsmittelkreislauf vorherrschenden Drucks und/oder einer Temperatur des Betriebsmittels gesteuert oder geregelt werden. Zur Steuerung oder Regelung des Durchflusses durch den Bypass kann in dem Bypass ein Ventil angeordnet sein. Das Ventil kann beispielsweise als Druckventil, Stromventil, Sitzventil, Wegeventil oder als Drossel- bzw. Blendenventil ausgebildet sein. Das Sitzventil kann beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet sein, welches eine Strömung des durchströmenden Betriebsmittels in lediglich einer Richtung zulässt.In this embodiment of the bypass, too, it can be provided that a flow through the bypass can be controlled or regulated. The flow of the bypass can expediently be controlled or regulated as a function of a pressure prevailing in the equipment circuit and / or a temperature of the equipment. A valve can be arranged in the bypass to control or regulate the flow through the bypass. The valve can be designed, for example, as a pressure valve, flow valve, seat valve, directional control valve or as a throttle or orifice valve. The seat valve can be designed, for example, as a check valve, which allows the flowing through of the operating medium to flow in only one direction.
Der mehrflutige Wärmetauscher ist derart an einen Betriebsmittelkreislauf eines Getriebes und einen Betriebsmittelkreislauf eines hydrodynamischen Retarders angebunden, dass in einem Betriebszustand, in welchem der hydrodynamische Retarder nicht aktiviert ist, das Betriebsmittel des Getriebes auch durch den zur Kühlung des Betriebsmittels des Retarders vorgesehenen Bereich des Wärmetauschers geleitet und gekühlt wird. Dann sind der zur Kühlung des Betriebsmittels des Retarders vorgesehenen Bereich und der zur Kühlung des Betriebsmittels des Getriebes vorgesehenen Bereich in Reihe geschaltet und das Betriebsmittel des Getriebes wird durch beide Bereiche des Wärmetauschers geleitet und gekühlt.The multi-flow heat exchanger is connected to an operating medium circuit of a transmission and an operating medium circuit of a hydrodynamic retarder in such a way that in an operating state in which the hydrodynamic retarder is not activated, the operating medium of the transmission is also guided through the area of the heat exchanger provided for cooling the operating medium of the retarder and is cooled. Then the area provided for cooling the operating medium of the retarder and the area provided for cooling the operating medium of the transmission are connected in series and the operating medium of the transmission is guided and cooled through both regions of the heat exchanger.
Durch diese Reihenschaltung der beiden zur Kühlung von Betriebsmitteln vorgesehenen Bereiche des Wärmetauschers ergibt sich, dass der Wärmetauscher einen höheren Durchflusswiderstand aufweist, wodurch ein entsprechender Druckverlust am Wärmetauscher entsteht. Durch den vorgesehenen Bypass kann der Druckverlust am Wärmetauscher entsprechend reduziert werden.This series connection of the two areas of the heat exchanger intended for cooling equipment results in the heat exchanger having a higher flow resistance, as a result of which there is a corresponding pressure loss at the heat exchanger. The bypass provided can reduce the pressure loss at the heat exchanger accordingly.
Ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs umfassend einen erfindungsgemäßen mehrflutigen Wärmetauscher und/oder ein erfindungsgemäßes Kühlsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 13.A transmission of a motor vehicle comprising a multi-flow heat exchanger according to the invention and / or a cooling system according to the invention is the subject of
Im Folgenden wird die Erfindung, welche mehrere Ausführungsformen zulässt, an Hand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines Kühlsystems mit zwei Betriebsmittelkreisläufen in einem ersten Betriebszustand, -
2 einen Ausschnitt eines Kühlsystems mit zwei Betriebsmittelkreisläufen in einem zweiten Betriebszustand, -
3 eine Ansicht eines mehrflutigen Wärmetauschers, -
4 eine Schnittdarstellung des in3 dargestellten mehrflutigen Wärmetauschers mit einer Anordnung eines Bypasses gemäß einer ersten Ausführungsform, -
5 eine Schnittdarstellung des in3 dargestellten mehrflutigen Wärmetauschers mit einer Anordnung eines Bypasses gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
6 eine Schnittdarstellung des in3 dargestellten mehrflutigen Wärmetauschers mit einer Anordnung eines Bypasses gemäß einer dritten Ausführungsform.
-
1 a section of a cooling system with two equipment circuits in a first operating state, -
2nd a section of a cooling system with two equipment circuits in a second operating state, -
3rd a view of a multi-flow heat exchanger, -
4th a sectional view of the in3rd Multi-flow heat exchanger shown with an arrangement of a bypass according to a first embodiment, -
5 a sectional view of the in3rd Multi-flow heat exchanger shown with an arrangement of a bypass according to a second embodiment, -
6 a sectional view of the in3rd Multi-flow heat exchanger shown with an arrangement of a bypass according to a third embodiment.
Anhand der
Zur Versorgung des Getriebes mit Drucköl ist eine vorteilhaft getriebeintern angeordnete Ölpumpe
In dem Betriebsmittelkreislauf
Ein Wandlersicherheitsventil
Nach dem Drehmomentwandler
In dem Kühlsystem
Das Ventil
In einem zweiten Betriebszustand, welcher gemäß
Bei der Verwendung eines 3-flutigen Wärmetauschers
Daher ist in dem Kühlsystem
Gemäß
Während eines Zugbetriebs des Kraftfahrzeugs wird das zu kühlende Betriebsmittel des Getriebes sowohl über den ersten Bereich
Gemäß der
In der Anordnung nach
Aus der Anschlussbelegung ergibt sich, dass der hier dargestellte Plattenwärmetauscher nach dem sogenannten Gegenstromprinzip funktioniert, bei welchem die Fließrichtung der zu kühlenden Betriebsmittelströme und des Kühlmittelstroms gegenläufig sind. Dadurch, dass die Betriebsmittelströme und der Kühlmittelstrom aufeinander zu und schließlich aneinander vorbei fließen, wird eine große Wärmeübertragung möglich. Selbstverständlich kann die Anschlussbelegung auch dergestalt sein, dass der Plattenwärmetauscher nach dem sogenannten Gleichstromprinzip funktioniert, bei welchem die zu kühlenden Betriebsmittelströme und der Kühlmittelstrom den Wärmetauscher in gleicher Richtung durchfließen.The pin assignment shows that the plate heat exchanger shown here works according to the so-called counterflow principle, in which the flow direction of the operating medium flows to be cooled and the coolant flow are opposite. The fact that the operating medium flows and the coolant flow flow towards one another and ultimately past one another makes large heat transfer possible. Of course, the pin assignment can also be such that the plate heat exchanger works according to the so-called direct current principle, in which the operating agent flows to be cooled and the coolant flow flow through the heat exchanger in the same direction.
Die
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Wärmetauscher
Gemäß
Gemäß
Gemäß
Da das durch den Bypass fließende Getriebeöl dennoch durch einen Teil des Wärmetauschers
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- WärmetauscherHeat exchanger
- 22nd
- EndplatteEnd plate
- 33rd
- AnschlussplatteSub-base
- 44th
- AnschlussplatteSub-base
- 55
- Anschluss KühlmittelCoolant connection
- 66
- Anschluss KühlmittelCoolant connection
- 77
- Anschluss Betriebsmittelkreislauf GetriebeConnection equipment circuit gearbox
- 88th
- Anschluss Betriebsmittelkreislauf GetriebeConnection equipment circuit gearbox
- 99
- Anschluss Betriebsmittelkreislauf RetarderConnection of the retarder equipment circuit
- 1010th
- Anschluss Betriebsmittelkreislauf RetarderConnection of the retarder equipment circuit
- 1111
- Kühlmittel führende PassagePassage of coolant
- 1212th
- Betriebsmittel führende PassagePassage leading equipment
- 1313
- Betriebsmittel führende PassagePassage leading equipment
- 1414
- erster Bereichfirst area
- 1515
- zweiter Bereichsecond area
- 1616
- Einsatzcommitment
- 1717th
- AnschlusselementConnecting element
- 1818th
- Bypassbypass
- 1919th
- VentilValve
- 2020
- Bypassbypass
- 2121
- VentilValve
- 2222
- DrehmomentwandlerTorque converter
- 2323
- PrimärretarderPrimary retarder
- 2424th
- KühlsystemCooling system
- 2525th
- Betriebsmittelkreislauf RetarderRetarder equipment cycle
- 2626
- Betriebsmittelkreislauf GetriebeEquipment circuit gearbox
- 2727
- WärmetauscherHeat exchanger
- 2828
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 2929
- VentilValve
- 3030th
- VentilValve
- 3131
- VentilValve
- 3232
- VentilValve
- 3333
- ÖlpumpeOil pump
- 3434
- ÖlsumpfOil sump
- 3535
- SaugsiebSuction strainer
- 3636
- ÖlfilterOil filter
- 3737
- PrimärdruckkreisPrimary pressure circuit
- 3838
- SekundärdruckkreisSecondary pressure circuit
- 3939
- Leitungmanagement
- 4040
- Leitungmanagement
- 4141
- Leitungmanagement
- 4242
- Leitungmanagement
- 4343
- Leitungmanagement
- 4444
- Leitungmanagement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 19712599 A1 [0007]DE 19712599 A1 [0007]
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