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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für einen Befülladapter zur Befüllung von Fahrzeugen an Montagelinien der Automobilindustrie, an denen Fahrzeuge mit verschiedenen Betriebsstoffen befüllt werden, die aus Befüllanlagen über Verbindungsleitungen und Befülladapter in Kreisläufe und Behälter der Fahrzeuge eingespeist werden, wobei der Befülladapter ausgestaltet ist, um mit einem Befüllport des zu befüllenden Kreislaufs oder Behälters zusammenzuarbeiten.
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In der Automobilindustrie werden neue Fahrzeuge an den Montagelinien der Hersteller mit verschiedenen Betriebsstoffen befüllt. Diese Betriebsstoffe (z.B. Kraftstoff, Kühlflüssigkeit und Kältemittel) werden in überwiegend automatisierten Prozessen ausgehend von einer Befüllanlage über Verbindungsleitungen und Befülladapter in die zu befüllenden Kreisläufe und Behälter der Fahrzeuge eingespeist.
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Die Befülladapter sind überwiegend mit mechanischen Spannelementen ausgestattet, die mit pneumatisch oder mechanisch betätigten Spannkolben in Wirkverbindung stehen. Für den Befüllvorgang werden die Spannelemente auf spezifisch ausgebildete Bauteilabschnitte (sog. Befüllport) der zu befüllenden Behälter gespannt. Die Spannelemente können gemäß
DE 10 2007 063 487 A1 und
DE 10 2015 003 623 A1 als Spannklauen ausgeführt werden. Alternative Ausführungen sind aus
US 2003 022 6598 A1 und
DE 10 2015 001 767 A1 bekannt, bei denen die Spannelemente als Spannkugeln ausgestaltet sind.
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Allerdings ergeben Spannklauen und Spannkugeln hohe mechanische Belastungen am jeweils zugeordneten Befüllport. Dies ist insbesondere relevant, sofern Spannelemente aus einem harten Werkstoff (z.B. Metall) auf einen Befüllport aus einem weichen Werkstoff (z.B. Aluminium oder Kunststoff) gespannt werden. Dabei können Oberflächendefekte am Befüllport entstehen. Deshalb werden zunehmend technische Lösungen angestrebt, die bei einer zumindest gleichbleibenden Spannsicherheit und Abdichtung geringere mechanische Belastungen der zugeordneten Befüllports ergeben. Dies ist grundsätzlich mit spezifischen Sonderspannelementen möglich, die allerdings einen erheblichen Aufwand erfordern und überwiegend einem hohen Verschleiß unterliegen.
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Eine diesbezüglich weniger aufwändige Konstruktion ist aus
DE 10 2019 007 352 A1 bekannt. Dabei wird anstelle von Spannklauen oder Spannkugeln ein Spannelement mit einer teilkreisringförmigen Kontur verwendet mit einem Querschnitt, der ausgehend von einer unteren und ebenen Grundfläche nach oben in zwei rechtwinklig zur Grundfläche angeordnete und zueinander parallel verlaufende Seitenflächen übergeht, die an ihrem zur Grundfläche entgegengesetzt angeordneten Endabschnitt jeweils in eine schräg nach oben und innen verlaufende Betätigungsfläche übergehen. Dieses Spannelement ist derart im Befülladapter angeordnet, dass der Spannkolben während seines Betätigungsweges mit spezifisch ausgestalteten Ablaufschrägen an verschiedenen Abschnitten des Spannelementes entlang gleitet und dessen Position derart ändert, dass eine gute Spannwirkung und Abdichtung erzielt werden. Dieses Spannelement ist vorzugsweise zur Befüllung von Fahrzeugklimaanlagen mit einem Kältemittel konzipiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spanneinrichtung für einen Befülladapter zu schaffen, der an einen Befüllport gespannt werden kann, der keine Konturen zum Eingriff von Spannklauen oder Spannkugeln aufweist. Dabei soll eine mindestens gleichwertige Abdicht- und Spannfunktion erreicht werden wie bei einer Verwendung von konventionellen Spannklauen oder Spannkugeln.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Spanneinrichtung hohlzylinderförmige Spannkolben sowie mindestens einen O-Ring, Zwischenringe, ein kreisringförmiges Spannelement mit mindestens zwei, den Umfang unterbrechenden Schlitzen und einen Federring aufweist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens zwei hohlzylinderförmige Spannkolben zueinander koaxial angeordnet sind und jeweils parallel zur Mittellängsachse des Befülladapters verlagert werden können.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der O-Ring an einem Querschnittsübergang auf der Mantelfläche des Grundkörpers angeordnet ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass, bezogen auf die Mittellängsachse des Befülladapters, ein Zwischenring oberhalb des Spannelementes und ein Zwischenring unterhalb des Spannelementes angeordnet ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Federring an der Innenseite des Spannelementes umlaufend angeordnet ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Spannkolben mit seiner inneren Mantelfläche entlang der äußeren Mantelfläche des Grundkörpers gleiten kann und auf seiner dem Befüllport zugeordneten Stirnseite mit einer schrägen Stirnfläche ausgestaltet ist. Dieser erste Spannkolben kann bei einer Lageänderung entlang der Mittellängsachse in Richtung des Befüllports mit seiner schrägen Stirnfläche den O-Ring derart beaufschlagen, dass dessen Querschnittsfläche verändert wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Spannkolben auf seiner dem Befüllport zugeordneten Stirnseite mit einer rechtwinklig zur Mittellängsachse verlaufenden Stirnfläche ausgestaltet ist. Dieser zweite Spannkolben kann bei einer Lageänderung entlang der Mittellängsachse in Richtung des Befüllports mit seiner Stirnfläche den oberhalb vom Spannelement angeordneten Zwischenring derart beaufschlagen, dass dieser Zwischenring ebenfalls in Richtung des Befüllports verlagert wird und dabei über einen Konturabschnitt das Spannelement derart beaufschlagen kann, dass das Spannelement aus einer ersten Stellung radial nach innen in Richtung zur Mittellängsachse in eine zweite Stellung gedrückt wird.
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Mit den erfindungsgemäßen Merkmalen wird eine Spanneinrichtung für einen Befülladapter geschaffen, die durch Verwendung von Spannelementen mit einer kreisringförmigen Kontur eine kleinere Bauhöhe erfordert als Konstruktionen mit Spannklauen oder Spannkugeln und die weniger aufwändig ist als Lösungen mit spezifisch ausgeführten Sonderspannelementen. Diese Spanneinrichtung kann insbesondere an einen Befüllport gespannt werden, der keine Konturen zum Eingriff von Spannklauen oder Spannkugeln aufweist. Durch den Verzicht auf Sonderspannelemente, Spannkugeln und Spannklauen reduziert sich der Aufwand für Fertigung, Montage und Wartung derart ausgestatteter Spanneinrichtungen bei einer mindestens gleichwertigen Abdicht- und Spannfunktion.
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Die Spanneinrichtung besteht im Wesentlichen aus koaxial angeordneten Spannkolben. Ein äußerer Kolben wird genutzt, um über Zwischenringe vorzugsweise mehrere Spannsegmente nach innen gegen den zu befüllenden Behälter zu drücken, wobei die Spannsegmente durch einen Federring gehalten und beim Entspannen wieder nach außen gedrückt werden. Ein innerer Kolben dient dem radialen Verpressen eines O-Ringes, um den Befülladapter zum Fahrzeugsystem abzudichten. Beide Kolben laufen ineinander, wodurch zum Spannen und Entspannen jeweils nur eine Steuerleitung notwendig ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die zueinander gerichteten Mantelflächen vom ersten hohlzylinderförmigen Spannkolben und vom zweiten hohlzylinderförmigen Spannkolben einen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens der Wandstärke der Anschlussgeometrie des Befüllports entspricht. Somit ist eine sichere Positionierung des Befülladapters am zu befüllenden Kreislauf oder Behälter gewährleistet.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die schräge Stirnfläche am ersten hohlzylinderförmigen Spannkolben ausgehend von der Kontur der äußeren Mantelfläche nach innen und unten zur Kontur der inneren Mantelfläche verläuft. Dadurch wird eine schräg verlaufende Anschlagfläche zum O-Ring geschaffen, der somit exakt lagefixiert beaufschlagt und in eine optimale Abdichtgeometrie zwischen dem Grundkörper des Befülladapters und dem Befüllport gedrückt werden kann.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Grundkörper des Befülladapters auf der Mantelfläche eine umlaufende Stegkontur zur Abstützung des O-Ringes aufweist. Somit wird eine exakte Anordnung und eine stabile Gegenfläche für den O-Ring erreicht, der zum Abdichten vom ersten hohlzylinderförmigen Spannkolben beaufschlagt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die beiden Zwischenringe und das kreisringförmige Spannelement an ihren miteinander in Wirkverbindung stehenden Abschnitten mit jeweils zueinander kongruenten Konturen ausgestaltet sind. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das kreisringförmige Spannelement eine äußere Umfangsfläche aufweist, die ausgehend von einem mittleren und parallel zur Mittellängsachse verlaufenden Abschnitt jeweils in einen schräg nach innen verlaufenden Abschnitt übergeht. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Zwischenringe an ihrer dem Spannelement zugeordneten Fläche jeweils eine schräge Kontur aufweisen, die kongruent ausgestaltet ist wie die schräg nach innen verlaufenden Abschnitte an der äußeren Umfangsfläche des Spannelementes. Die somit schräg verlaufenden Betätigungsflächen an Zwischenring und Spannelement bewirken ein sanftes Aufgleiten des oberen Zwischenringes und eine wirksame Auslenkung des Spannelementes radial nach innen, so dass eine sehr gute Spannwirkung erzielt wird. Dabei unterstützt der unterhalb von Spannelement angeordnete Zwischenring zusätzlich die Auslenk- und Spannposition für das Spannelement.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das kreisringförmige Spannelement an seiner inneren Umfangsfläche eine umlaufende Kontur zur Abstützung des Federringes aufweist, die gemäß einer weiteren Ausgestaltung alternativ als eine Nut oder als ein Steg ausgestaltet ist. Somit wird stets eine Wirkverbindung zwischen Federring und Spannelement erreicht, so dass das Spannelement wieder selbsttätig in die ungespannte Stellung zurückbewegt wird.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Spannelement aus mehreren separaten Segmenten besteht, die in ihrer Gesamtheit eine kreisringförmige Kontur ausbilden. Somit kann die Spannwirkung sehr spezifisch für unterschiedliche Einsatzbedingungen modifiziert werden. Auch bei Verwendung von mehreren Segmenten wird eine Wirkverbindung von Federring und Spannsegmenten erreicht, so dass das Federelement die Segmente wieder selbsttätig in die ungespannte Stellung zurückbewegt.
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Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung ist für verschiedenartige Befüllvorgänge geeignet, wobei als eine bevorzugte Anwendung eine Befüllung von Kühlerbehältern an Fahrzeugen zu nennen ist.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Teilansicht eines Befülladapters mit Spanneinrichtung im entspannten Zustand
- 2 den Befülladapter gemäß 1 mit Spanneinrichtung im gespannten Zustand
- 3 ein erfindungsgemäß ausgeführtes Spannelement in perspektivischer Ansicht
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Der Befülladapter 1 ist gemäß 1 und 2 so ausgestaltet, dass er mit einem Befüllport 2 des zu befüllenden Kreislaufs oder Behälters in Verbindung gebracht werden kann. Der Befülladapter 1 weist einen Grundkörper 3 auf, in dem eine Durchgangsöffnung 4 für den Betriebsstoff und eine Belüftungsleitung 5 ausgestaltet sind. Weiterhin sind ein Spannelement 6 und mindestens ein pneumatisch oder mechanisch angesteuerter Spannkolben vorhanden.
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Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung weist nicht lediglich einen Spannkolben auf, sondern mehrere hohlzylinderförmige Spannkolben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Spannkolben 7 und 8 vorgesehen. Diese Spannkolben 7 und 8 sind zueinander koaxial angeordnet und können jeweils parallel zur Mittellängsachse MLA des Befülladapters 1 verlagert werden.
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Die zueinander gerichteten Mantelflächen vom ersten hohlzylinderförmigen Spannkolben 7 und vom zweiten hohlzylinderförmigen Spannkolben 8 weisen einen Abstand zueinander auf, der mindestens der Wandstärke der Anschlussgeometrie des Befüllports 2 entspricht.
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Die Spanneinrichtung umfasst weiterhin mindestens einen O-Ring 9. Dieser O-Ring 9 ist auf der Mantelfläche des Grundkörpers 3 an einem Querschnittsübergang der Mantelfläche angeordnet. Gemäß der Zeichnung wird dieser Querschnittsübergang beispielsweise durch eine umlaufende Stegkontur gebildet, auf welcher der O-Ring 9 abgestützt ist.
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Die Spanneinrichtung umfasst weiterhin Zwischenringe, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei derartige Zwischenringe 10 und 11 vorgesehen sind. Bezogen auf die Mittellängsachse MLA des Befülladapters 1 ist ein Zwischenring 10 oberhalb vom Spannelement 6 angeordnet und ein Zwischenring 11 unterhalb vom Spannelement 6.
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Das Spannelement 6 weist eine kreisringförmige Kontur auf, deren geschlossener Umfang durch mindestens zwei Schlitze unterbrochen ist. Durch eine derartige Unterbrechung ist es möglich, dass das Spannelement 6 unterschiedliche Durchmesser einnehmen kann, die für einen Wechsel zwischen einer ungespannten und einer gespannten Position notwendig sind.
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Die beiden Zwischenringe 10 und 11 sowie das kreisringförmige Spannelement 6 sind an ihren miteinander in Wirkverbindung stehenden Abschnitten mit zueinander kongruenten Konturen ausgestaltet.
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Vorzugsweise besteht das Spannelement 6 aus mehreren separaten Segmenten, die in ihrer Gesamtheit eine kreisringförmige Kontur ausbilden. Eine solche Ausführung ist in 3 dargestellt. Hier wird beispielhaft aus sechs separaten Segmenten ein kreisringförmiges Spannelement 6 ausgebildet. Die konkrete Anzahl der Segmente wird in Abhängigkeit der jeweils konkreten Einbauverhältnisse ausgewählt. Unabhängig von der konkreten Anzahl verbleibt zwischen benachbarten Segmenten jeweils ein kleiner Schlitz, so dass das Spannelement 6 auch bei dieser Ausführung unterschiedliche Durchmesser für einen Wechsel zwischen ungespannter und gespannter Position einnehmen kann.
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Das kreisringförmige Spannelement 6 weist - unabhängig davon, ob es als ein einziges Bauteil ausgeführt oder aus mehreren Segmenten zusammengefügt ist - eine äußere Umfangsfläche auf, die ausgehend von einem mittleren und parallel zur Mittellängsachse MLA verlaufenden Abschnitt jeweils in einen schräg nach innen verlaufenden Abschnitt übergeht. Diese Ausgestaltung ist insbesondere aus 3 ersichtlich.
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Weiterhin weisen die Zwischenringe 10 und 11 an ihrer dem Spannelement 6 zugeordneten Fläche jeweils eine schräge Kontur auf, die kongruent ausgestaltet ist wie die schräg nach innen verlaufenden Abschnitte an der äußeren Umfangsfläche des Spannelementes 6.
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Die Spanneinrichtung umfasst weiterhin einen Federring 12. Dieser Federring 12 ist an der Innenseite vom Spannelement 6 umlaufend angeordnet und drückt das Spannelement 6 bezogen auf die Ausrichtung der Mittellängsachse MLA radial nach außen.
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Das kreisringförmige Spannelement 6 weist an seiner inneren Umfangsfläche eine umlaufende Kontur zur Abstützung des Federringes 12 auf. Diese umlaufende Kontur ist vorzugsweise als eine Nut oder als ein Steg ausgestaltet.
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Nachfolgend wird der Funktionsablauf einer derartigen Spanneinrichtung beschrieben:
- Die Spanneinrichtung befindet sich zunächst in einer entspannten Position gemäß 1. Nunmehr werden die hohlzylinderförmigen Spannkolben 7 und 8 über eine Steuerleitung mit Druck beaufschlagt und bewegen sich jeweils in Richtung zum Befüllport 2, in der Zeichnung also von oben nach unten.
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Der erste Spannkolben 7 gleitet während dieser Lageänderung entlang der Mittellängsachse MLA in Richtung des Befüllports 2 mit seiner inneren Mantelfläche auf der äußeren Mantelfläche des Grundkörpers 3 des Befülladapters 1 nach unten. Dabei trifft die schräge Stirnfläche des Spannkolbens 7 auf den O-Ring 9 und beaufschlagt diesen O-Ring 9 zunehmend, so dass sich dessen Querschnittsfläche verändert. Dieser Zustand ist aus 2 ersichtlich und bewirkt eine wirksame Abdichtung zwischen dem Grundkörper 3 und der Innenfläche des Befüllports 2.
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Der zweite Spannkolben 8 trifft während der Lageänderung in Richtung des Befüllports 2 mit seiner rechtwinklig zur Mittellängsachse MLA verlaufenden Stirnfläche auf den oberhalb vom Spannelement 6 angeordneten Zwischenring 10. Dadurch wird dieser Zwischenring 10 ebenfalls nach unten in Richtung des Befüllports 2 verlagert und beaufschlagt über einen Konturabschnitt zunehmend das Spannelement 6. Da unterhalb vom Spannelement 6 der weitere Zwischenring 11 angeordnet ist, kann das Spannelement 6 nicht in diese Richtung ausweichen. Demzufolge wird es über die an den Zwischenringen 10 und 11 sowie am Spannring 6 selbst ausgestalteten schrägen Konturabschnitte radial in Richtung zur Mittellängsachse MLA verschoben und verändert infolge der geschlitzten Ausführung bei einteiliger Ausgestaltung und infolge der kleinen Abstände bei segmentweiser Ausgestaltung seinen Durchmesser. Somit wird das Spannelement 6 aus einer ersten Stellung radial nach innen in eine zweite Stellung gedrückt. Dieser Zustand ist ebenfalls aus 2 ersichtlich und bewirkt eine wirksame Spannwirkung zwischen dem Befülladapter 1 und der Außenfläche des Befüllports 2. Das Spannelement 6 ist somit für den Befüllvorgang auf den Befüllport 2 des zu befüllenden Kreislaufs oder Behälters gespannt, bewirkt dabei eine Abdichtung und wird während der Befüllung in dieser Spannposition gehalten.
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Nach Abschluss der Befüllung, bei welcher der jeweils zu befüllende Betriebsstoff durch die Durchgangsöffnung 4 im Grundkörper 3 des Befülladapters 1 zugeführt worden ist, werden die hohlzylinderförmigen Spannkolben 7 und 8 über die Steuerleitung wieder vom Druck entlastet. Somit bewegen sich die Spannkolben 7 und 8 vom Befüllport 2 weg nach oben, der O-Ring 9 geht in eine kreisförmige Querschnittsfläche zurück, das Spannelement 6 wird vom Federring 12 radial nach außen gedrückt und der obere Zwischenring 10 bewegt sich nach oben. Im gesamten Bewegungsablauf wirkt das Gehäuse (Außenteil) funktionell als ein Gegenlager, so dass stets eine wirksame Abstützung der jeweils zu verlagernden Bauteile gewährleistet ist. Abschließend ist wieder eine entspannte Position gemäß 1 erreicht und der Befülladapter ist für einen neuen Befüllvorgang verfügbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befülladapter
- 2
- Befüllport
- 3
- Grundkörper
- 4
- Durchgangsöffnung
- 5
- Belüftungsleitung
- 6
- Spannelement
- 7
- hohlzylinderförmiger Spannkolben / innen
- 8
- hohlzylinderförmiger Spannkolben / außen
- 9
- O-Ring
- 10
- Zwischenring / oben
- 11
- Zwischenring / unten
- 12
- Federring
- MLA
- Mittellängsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007063487 A1 [0003]
- DE 102015003623 A1 [0003]
- US 20030226598 A1 [0003]
- DE 102015001767 A1 [0003]
- DE 102019007352 A1 [0005]
