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Die Erfindung betrifft eine Düse, insbesondere zum Auftrag einer Dichtmasse zur Nahtabdichtung im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen.
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Nahtstellen einer Fahrzeugkarosserie, wie beispielsweise Bördelfalze, werden insbesondere zur Vermeidung des Eindringens von korrosiven Fluiden wie Wasser in die Nahtstelle mittels einer aushärtenden oder aushärtbaren Dichtmasse versiegelt, respektive abgedichtet. Das Aushärten kann dabei ein- oder mehrstufig erfolgen, wobei dieses z. B. durch Temperatur- und/oder Strahlungseinwirkung aktiviert wird.
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Als Dichtmasse wird regelmäßig Polyvinylchlorid (PVC) plastifiziert oder auch in Form von PVC-Plastisol verwendet. PVC-Plastisol oder Plastisole im Allgemeinen bestehen im Wesentlichen aus in einem flüssigen Weichmacher dispergierten, pulverförmigen Thermoplasten, wobei diese in ungetempertem Zustand bei Raumtemperatur in zähflüssiger Phase vorliegen und nach Erwärmung auf 160 °C bis 200 °C in einen zähelastischen Kunststoff gelieren.
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Ein Verfahren zur Bördelfalzversiegelung - auch Feinnahtabdichtung genannt - wird z.B. durch die
DE 10 2013 203 302 A1 beschrieben, wobei in diesem Verfahren die Nahtstelle unmittelbar vor dem Aufbringen der Dichtmasse erwärmt wird, um ein Austreiben von in der Naht eingeschlossener Luft zur bewirken. Der Auftrag der Dichtmasse zur Feinnahtabdichtung erfolgt hierbei über eine gattungsbildende Düse.
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Düsen sind aus unterschiedlichsten Bereichen bekannt. Beispielsweise wird durch die
US 2018/0200740 A1 ein Sprühkopf zur Zufuhr von Kühlschmierstoff zu einem Formwerkzeug, insbesondere den Gesenken einer Umformmaschine offenbart, wobei der Sprühkopf einen Düsenkörper aufweisen kann, welcher mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt ist. Dies ermöglicht auf einfache Weise einteilige Düsenkörper oder andere Baugruppen zu erzeugen, die filigran und individuell angepasst sind. Dieses gilt insbesondere für die Ausgestaltung eines Düsenkörpers als eine Lavaldüse oder auch für eine sehr enge und ineinander verschlungene Führung von Zuführkanälen. Hierbei lassen sich insbesondere strömungsmechanische Optimierungen einfach und zielgerichtet umsetzen, wobei angesichts der geringen Stückzahlen der 3D-Druck insbesondere auch aufgrund seiner sehr hohen Individualisierbarkeit verhältnismäßig kostengünstig ist.
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In einem weiteren Bereich ist auch der
US 2015/0285502 A1 eine Anordnung einer Kraftstoffdüse mit einer die Kraftstoffdüse umschließenden Ummantelung zu entnehmen. Ein einteilig ausgebildeter Hauptkörper der Ummantelung ist hierbei mit Kühlkanälen versehen, wobei diese durch einen 3D-Druck des Hauptkörpers in dem Hauptköper erzeugt werden.
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Insbesondere werden im Bereich der Feinnahtabdichtung mittels PVC meist sehr feingliedrige und aus Titanlegierungen gefertigte Düsen eingesetzt, welche unter hohem fertigungstechnischen Aufwand aus filigranen Rohren aufgebaut sind. Dies bedingt trotz der Verwendung von Titanlegierungen eine relativ geringe Bruchsicherheit bei Kollision der Düse mit einem Werkstück. Des Weiteren entstehen hohe Kosten aufgrund des fertigungstechnischen Aufwands in Verbindung mit der verwendeten Titanlegierung.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Düse der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass auf die Verwendung von Titanlegierungen bei wenigstens gleichbleibender, möglicher mechanischer Beanspruchung verzichtet und Kosten durch einen hohen fertigungstechnischen Aufwand verringert werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Düse gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine einteilig ausgebildete Düse, insbesondere zum Auftrag einer Dichtmasse zur Nahtabdichtung oder auch Feinnahtabdichtung im Karosseriebau von Kraftfahrzeugen, vorgesehen. Hierbei weist die Düse erfindungsgemäß einen Düsenfuß und einen von dem Düsenfuß nahtlos übergehend ausgebildeten, rohrförmigen Düsenschaft, in welchem ein Kanal ausgeformt ist, auf. Überdies weist die Düse in einem dem Düsenfuß abgewandten Kopfbereich des Düsenschafts eine Austrittsöffnung auf, wobei der Düsenschaft durch zumindest einen gekrümmt und/oder zumindest einen gerade verlaufend ausgeformten Schaftabschnitt ausgebildet ist. Hierbei gehen - insbesondere im Fall mehr als eines Schaftabschnitts - die Schaftabschnitte erfindungsgemäß nahtlos ineinander über. Aufgrund des nahtlosen Übergangs zwischen Düsenfuß und Düsenschaft der Düse sowie des, im Falle mehr als eines ausgebildeten Schaftabschnitts des Düsenschafts, nahtlosen Übergangs zwischen den Schaftabschnitten lassen sich überaus vorteilhaft der fertigungstechnische Aufwand und somit die Kosten zur Herstellung der Düse minimieren. Denkbar ist zudem eine Steigerung der möglichen mechanischen Beanspruchbarkeit, z. B. bedingt durch den Wegfall von Nahtstellen zwischen Düsenfuß und Düsenschaft und/oder unmittelbar aneinander angrenzenden und somit ineinander übergehenden Schaftabschnitten. Solche Nahtstellen werden insbesondere durch Lötstellen oder auch Schweißstellen gebildet und stellen nachteilig Sollbruchstellen mit einer verminderten mechanischen Belastbarkeit dar. Der sich in seiner Verlaufsrichtung entgegen einer Deckfläche des Düsenfußes erstreckende Düsenschaft würde hierbei gewöhnlich Außendurchmesser kleiner als 2,0 Millimeter und Innendurchmesser kleiner als 1,5 Millimeter aufwiesen, wobei der Außendurchmesser bevorzugt in einem Bereich von 1,2 Millimeter bis 1,0 Millimeter läge. Der Innendurchmesser läge zudem bevorzugt im Bereich von 1,0 Millimeter bis 0,8 Millimeter. Diese vergleichsweise geringen Abmessungen des Düsenschafts bedingen somit weit geringer bemessene Nahtstellen, die somit lediglich äußerst geringe mechanische Beanspruchungen zulassen. Der Wegfall dieser Nahtstellen stellt sich dadurch als überaus vorteilhaft dar. Im Hinblick auf den Düsenfuß würde dieser im Allgemeinen einen höheren Durchmesser als der Düsenschaft, insbesondere den zwei- bis vierfachen Durchmesser des Düsenschafts, aufweisen.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist der Düsenschaft durch mehr als zwei - nahtlos ineinander übergehende - Schaftabschnitte ausgebildet, wobei jeweils benachbarte, gerade verlaufend ausgeformte Schaftabschnitte über wenigstens einen gekrümmt ausgeformten Schaftabschnitt verbunden sind. Ein einfach ausgebildeter Düsenschaft kann somit beispielsweise aus zwei geradlinig verlaufenden - und insbesondere senkrecht zueinander ausgebildeten - Schaftabschnitten bestehen, welche durch einen gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden sind. Dabei ist ebenso möglich, dass sich an einen gerade verlaufenden Schaftabschnitt ein gekrümmter Schaftabschnitt anschließt, ohne, dass auf diesen ein weiterer gerade verlaufender Schaftabschnitt folgt. Auch zwei gekrümmte Schaftabschnitte mit beispielsweise unterschiedlichen Krümmungsradien können hierbei ineinander übergehen. Grundsätzlich lassen sich somit beliebig komplexe Verläufe des Düsenschafts realisieren, wobei sich im Allgemeinen in vorteilhafter Weise mit einem solch ausgestalteten Düsenschaft insbesondere schwer zu erreichende Karosserienahtstellen einer Karosserie mit einer Dichtmasse abdichten lassen. Eine solche Dichtmasse kann dabei z. B. aus PVC, auch in Form eines Plastisols, bestehen. Ferner kann durch die Verbindung von gerade verlaufend ausgeformten Schaftabschnitten durch gekrümmte Schaftabschnitte und den zwischen den Schaftabschnitten vorhandenen nahtlosen Übergang ein effezienter Materialfluss durch den Kanal des Düsenschafts sichergestellt werden. Insbesondere kann ein hoher Materialdurchsatz bei reduziertem Druckverlust realisiert werden.
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Günstig stellt es sich überdies dar, wenn das dem Düsenfuß abgewandte Ende des Düsenschafts eine den Kopfbereich verschließende Deckwandung aufweist, wobei die Austrittsöffnung eine, insbesondere den Kanal radial umschließende, rohrförmige Schaftwandung des Düsenschafts in radiale Richtung des Düsenschafts durchbricht. So wird es auf konstruktiv einfache Weise ermöglicht, beispielsweise Karosserieteile wie Fahrzeugtüren zum Aufbringen einer Dichtmasse auf Karosserienähte zu hinterschneiden und somit insbesondere eine Führung der Düse beispielsweise mittels eines Roboters zu vereinfachen.
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In einer zudem erfolgversprechenden Ausführungsform der Erfindung ist am Stoßbereich - oder an der Stoßkante - zwischen Schaftwandung und Deckwandung innerhalb des Düsenschafts eine - insbesondere in Umfangsrichtung des Düsenschafts - zumindest teilweise umlaufend ausgeformte Abrundung oder auch Hohlkehle ausgeformt, wodurch ein Kanalende des Kanals innerhalb des Düsenschafts quasi zumindest teils kuppelförmig ausgebildet ist. Auch über die ausgeformte Abrundung ließe sich ein verbesserter Materialdurchsatz bei reduziertem Druckverlust und zudem ein konstanter Volumenaustrag von beispielsweise Dichtmasse aus der Austrittsöffnung aufgrund der Umlenkung des Materials durch die Abrundung in Richtung der Austrittöffnung bewirken.
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Eine Ausbildung der Erfindung ist ferner dann als vielversprechend anzusehen, wenn zwischen Düsenfuß und Düsenschaft zumindest abschnittsweise Verstärkungsrippen ausgeformt sind. Dabei sollte vorgesehen sein, dass die Verstärkungsrippen mit einer äußeren Mantelfläche des Düsenschafts sowie der Deckfläche des Düsenfußes anlegend verbunden sind, um auf den Düsenschaft wirkende Kräfte auf den Düsenfuß übertragen zu können. Dabei können die Verstärkungsrippen einen gekrümmten Rippenrücken, mit einem insbesondere inkonstanten Krümmungsradius aufweisen, sodass ein quasi fließender Übergang zwischen Deckfläche des Düsenfußes und der äußeren Mantelfläche des Düsenschafts ausgebildet wäre. Vorzugsweise wären die Verstärkungsrippen zudem in Umfangsrichtung des Düsenfußes und/oder des Düsenschafts zueinander regelmäßig beabstandet angeordnet, wobei die Verstärkungsrippen in konstruktiv praxisgerechter Ausgestaltung in radiale Richtung des Düsenfußes sowie des Düsenschafts gerichtet, eine sich verringernde Dicke aufweisen.
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Eine praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung liegt überdies darin, dass in den Verstärkungsrippen Ausnehmungen ausgebildet sind und/oder die in den Verstärkungsrippen ausgebildeten Ausnehmungen je innerhalb einer Verstärkungsrippe sich jeweils unterscheidende Ausdehnungen aufweisen. Diese Ausnehmungen können vorteilhaft der Reduzierung von bei beispielsweise additiver Fertigung der Verstärkungsrippen notwendigem Material und zudem der Fertigungsdauer der Düse dienen. Zugleich ist bei einer Ausbildung der Ausnehmungen in Bereichen, in welchen keine oder geringe mechanische Spannungen im Vergleich zu Bereichen der Verstärkungsrippen, in welchen hohe mechanische Spannungen auftreten, eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit der Düse gewahrt. Denkbar ist hierbei eine wabenförmige Ausgestaltung der Verstärkungsrippen oder auch eine Ausgestaltung, bei welcher wenigstens ein Teil der Ausnehmungen nierenförmig ausgebildet ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil einer inneren Mantelfläche und/oder einer äußeren Mantelfläche der Schaftwandung des Düsenschafts eine Strukturierung aufweist. Hierdurch ließe sich bei einer Strukturierung der inneren Mantelfläche eine Verbesserung der Strömungseigenschaften durch den Kanal des Düsenschafts und somit ein verbesserter Materialfluss und/oder eine Minimierung oder Vermeidung von Anhaftungen an die innere Mantelfläche erreichen. Eine Strukturierung der äußeren Mantelfläche des Düsenschafts könnte zudem eine Erhöhung der Steifigkeit und zugleich Wahrung der Flexibilität des Düsenschafts bewirken.
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Als erfolgversprechend ist es dabei anzusehen, wenn die Strukturierung durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung des Düsenschafts versetzt zueinander und entlang des Düsenschafts helixförmig verlaufend ausgeformten Vertiefungen und/oder Erhebungen ausgebildet ist. Insbesondere die Ausbildung der Strukturierung der inneren Mantelfläche als helixförmig verlaufend ausgeformte Vertiefungen und/oder Erhebungen bewirkt eine wendeförmige Bewegung einer im Kanal des Düsenschafts eingebrachten Dichtmasse in Richtung der Austrittsöffnung, was vorteilhaft einen konstanten Materialfluss und eine Minimierung oder Vermeidung von Anhaftungen herbeiführt. Dies ist insbesondere bei verwendeten zähflüssigen Dichtmassen wie einem plastifizierten Kunststoff, z.B. PVC, oder einem Plasitsol, z.B. PVC-Plasitsol, in Verbindung mit einem vergleichsweise geringen Innendurchmesser des Düsenschafts erfolgversprechend.
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Überaus nutzbringend ist eine Ausführungsform der Erfindung in der Art ausgestaltet, dass im Düsenfuß eine - insbesondere konusförmige - Eintrittsöffnung ausgebildet ist, über welche der im Düsenschaft ausgebildete Kanal zugänglich ist, was bei insbesondere konusförmiger Ausformung eine gleichmäßige Druckverteilung und somit einen optimalen Materialfluss bei der Einleitung beispielsweise einer Dichtmasse in den Kanal des Düsenschafts ermöglicht.
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In ferner praxisgerechter Weise ist die Düse teilweise oder vollständig mittels eines - insbesondere laser- und/oder binderbasierten - additiven Fertigungsverfahrens erzeugt. Die insbesondere auf einem schichtweisen Aufbau aus einem formlosen Material wie Metallpulver basierende, teilweise oder vollständige additive Fertigung - oder auch der 3D-Druck - der Düse ermöglicht es in einfacher Weise die körperlichen Merkmale der Düse, wie den nahtlosen Übergang zwischen Düsenfuß und Düsenschaft und/oder zwischen den Schaftabschnitten, zu erzeugen. Hierbei ist beispielsweise neben einer den eigentlichen Stoffzusammenhalt bewirkenden Einwirkung von Laserstrahlung auch die Anwendung von Elektronenstrahlung oder einer anderen Wärmestrahlung denkbar. Zudem besteht neben der Einwirkung einer Strahlung die Möglichkeit, in einem zweistufigen Prozess das formlose Material über einen Binder zunächst in die gewünschte geometrische Form zu bringen und anschließend mittels eines Sinterprozesses zu verfestigen. Im Falle einer teilweisen Fertigung der Düse mittels eines additiven Verfahrens ist denkbar, dass ausgehend von einem mittels eines alternativen Fertigungsverfahrens erzeugtes Halbzeug, wie ein Grundkörper, durch das additive Fertigungsverfahren zur Düse vervollständigt wird. Ein solcher Grundkörper kann beispielsweise der Düsenfuß sein, auf welchem der Düsenschaft nahtlos übergehend und schichtweise aufgebaut wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine einteilig ausgebildete Düse;
- 2 eine Detaildarstellung von Düsenfuß und Düsenschaft;
- 3a, 3b eine Teildarstellung des Düsenschafts;
- 4 eine Detaildarstellung des Düsenfußes mit Eintrittsöffnung.
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1 zeigt eine einteilig ausgebildete Düse 1 mit dem Düsenfuß 2 und dem von dem Düsenfuß 2 nahtlos übergehend ausgebildeten, rohrförmigen Düsenschaft 3, wobei zwischen dem Düsenfuß 2 und einem Abschnitt des Düsenschafts 3 Verstärkungsrippen 12 ausgeformt sind. In dem Düsenschaft 3 ist zudem der Kanal 4 ausgeformt, welcher durch den dargestellten Ausbruch angedeutet ist. Die Düse 1 weist weiterhin in dem dem Düsenfuß 2 abgewandten Kopfbereich 5 des Düsenschafts 3 die Austrittsöffnung 6 auf, über welche insbesondere eine Dichtmasse zur Nahtabdichtung von Karosserienahtstellen einer Karosserie austreten werden kann. Hierfür ist insbesondere zur Zufuhr von Dichtmasse im Düsenfuß 2 die Eintrittsöffnung 19 ausgebildet, über welche der im Düsenschaft 3 ausgebildete Kanal 4 zugänglich ist. Der Düsenschaft 3 selbst ist in dieser Weiterbildung der Düse 1 durch drei Schaftabschnitte 7, 8 ausgebildet ist, wobei die zwei jeweils benachbarten, gerade verlaufend ausgeformten Schaftabschnitte 7 über den gekrümmt ausgeformten Schaftabschnitt 8 verbunden sind.
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Der 2 ist nochmals detaillierter zu entnehmen, dass zwischen dem Düsenfuß 2 und dem Düsenschaft 3 abschnittsweise Verstärkungsrippen 12 ausgeformt sind, welche in Umfangsrichtung des Düsenfußes 2, respektive des Düsenschafts 3, zueinander regelmäßig beabstandet angeordnet sind und entsprechend in radiale Richtung des Düsenfußes 2 sowie des Düsenschafts 3 gerichtet eine sich verringernde Dicke aufweisen. Hierbei sind die Verstärkungsrippen 12 mit der äußeren Mantelfläche 15 des Düsenschafts 3 sowie der Deckfläche 20 des Düsenfußes 2 verbunden, um auf den Düsenschaft 3 wirkende Kräfte auf den Düsenfuß 2 übertragen zu können. Die Verstärkungsrippen 12 weisen zudem einen gekrümmten Rippenrücken 21 mit einem inkonstanten Krümmungsradius auf, sodass bei Teilen der Verstärkungsrippen 12 ein fließender Übergang zwischen Deckfläche 20 des Düsenfußes 2 und der äußeren Mantelfläche 15 des Düsenschafts 3 ausgebildet ist. Innerhalb der Verstärkungsrippen 12 sind weiterhin Ausnehmungen 13 ausgebildet, wobei diese Ausnehmungen 13 je innerhalb einer Verstärkungsrippe 12 sich jeweils unterscheidende Ausdehnungen aufweisen.
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Den 3a und 3b ist eine Weiterbildung eines Teils des Düsenschafts 3 zu entnehmen, wobei der Düsenschaft 3 in der Darstellung der 3b als Schnitt aufgezeigt ist. Hierbei weist das Ende des Düsenschafts 3 die den Kopfbereich 5 verschließende Deckwandung 9 auf, wobei die Austrittsöffnung 6 die rohrförmige Schaftwandung 10 des Düsenschafts 3 in radiale Richtung des Düsenschafts 3 durchbricht. Zur Verbesserung des Materialflusses einer durch den Kanal 4 beförderten Dichtmasse, wobei dies über den Pfeil P angedeutet ist, ist am Stoßbereich zwischen Schaftwandung 10 und Deckwandung 9 innerhalb des Düsenschafts 3 eine teilweise umlaufend ausgeformte Abrundung 11 ausgebildet. Diese Abrundung 11 wird lediglich durch die Austrittsöffnung 6 durchbrochen, wodurch kein voller Umlauf vorliegt. Zudem weist ein Teil der inneren Mantelfläche 14 und die äußere Mantelfläche 15 die Strukturierung 16 auf, wobei die Strukturierung 16 durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung des Düsenschafts 3 versetzt zueinander und entlang des Düsenschafts 3 helixförmig verlaufend ausgeformten Vertiefungen 17 und Erhebungen 18 ausgebildet ist.
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In 4 ist eine Detaildarstellung des Düsenfußes 2 mit der Eintrittsöffnung 19 aufgezeigt, wobei die Eintrittsöffnung 19 konisch ausgeformt ist und den Zugang zum Kanal 4 ermöglicht.
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Der Düsenfuß 2 geht überdies nahtlos in den Düsenschaft 3 über, sodass die Strukturierung 7 an der inneren Mantelfläche 14 des Düsenschafts 3 bis zum Übergang zur Eintrittsöffnung 19 ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Düse
- 2
- Düsenfuß
- 3
- Düsenschaft
- 4
- Kanal
- 5
- Kopfbereich
- 6
- Austrittsöffnung
- 7
- Schaftabschnitt
- 8
- Schaftabschnitt
- 9
- Deckwandung
- 10
- Schaftwandung
- 11
- Abrundung
- 12
- Verstärkungsrippe
- 13
- Ausnehmungen
- 14
- innere Mantelfläche
- 15
- äußere Mantelfläche
- 16
- Strukturierung
- 17
- Vertiefungen
- 18
- Erhebungen
- 19
- Eintrittsöffnung
- 20
- Deckfläche
- 21
- Rippenrücken
- P
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013203302 A1 [0004]
- US 2018/0200740 A1 [0005]
- US 2015/0285502 A1 [0006]
