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Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil, mittels dessen eine Fluidströmung steuerbar ist, indem ein Fluidkanal in einem Gehäuse des Drehschieberventils bedarfsweise durch eine Rotation eines Drehschiebers in eine teilweise oder vollständige Überdeckung oder außer Überdeckung mit einem Fluidkanal des Drehschiebers bringbar ist.
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Drehschieberventile werden beispielsweise in Kühlsystemen von Kraftfahrzeugen verwendet, um eine bedarfsgerechte Verteilung von Kühlmittel in den Kühlsystemen zu realisieren. Dabei können die Drehschieberventile zur Realisierung einer komplexen Verteilung der Kühlmittel eine hohe Anzahl an Schaltstellungen sowie eine hohe Anzahl an Fluidöffnungen aufweisen.
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Ein Drehschieberventil und dessen Verwendung in einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs ist in der
DE 10 2015 213 857 A1 offenbart.
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Die
US 2005/0106040 A1 offenbart eine Schaufelradpumpe, die für eine Verwendung als Kühlmittelpumpe vorgesehen ist.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Drehschieberventil anzugeben, das sich durch relativ geringe Strömungsverluste für das dieses durchströmende Fluid auszeichnet.
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Diese Aufgabe ist bei einem Drehschieberventil gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen dieses Drehschieberventils sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist ein Drehschieberventil vorgesehen, das ein Gehäuse und einen Drehschieber umfasst, wobei der Drehschieber innerhalb des Gehäuses drehbar um eine Rotationsachse gelagert ist.
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Das Gehäuse weist mindestens einen ersten Gehäusefluidkanal auf, der in einer ersten Gehäuseinnenfläche, die axial bezüglich der Rotationsachse an den Drehschieber angrenzend gelegen ist, eine erste Gehäuseöffnung ausbildet. Die erste Gehäuseinnenfläche kann dabei vorzugsweise eben verlaufend ausgestaltet sein und/oder quer und insbesondere senkrecht bezüglich der Rotationsachse verlaufen. Das Gehäuse weist weiterhin mindestens einen zweiten Gehäusefluidkanal auf, der in einer zweiten Gehäuseinnenfläche, die radial bezüglich der Rotationsachse an den Drehschieber angrenzend gelegen ist beziehungsweise die um die Rotationsachse umläuft, eine zweite Gehäuseöffnung ausbildet.
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Der Drehschieber weist mindestens einen Drehschieberfluidkanal auf, der in einer ersten Drehschieberaußenfläche, die der ersten Gehäuseinnenfläche gegenüberliegt, mindestens eine erste Drehschieberöffnung ausbildet und in einer zweiten Drehschieberaußenfläche, die der zweiten Gehäuseinnenfläche gegenüberliegt, eine zweite Drehschieberöffnung ausbildet.
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Die erste Gehäuseöffnung und die erste Drehschieberöffnung sind in Abhängigkeit von der Drehstellung des Drehschiebers entweder in Überdeckung oder außer Überdeckung angeordnet. Folglich kann in Abhängigkeit von der Drehstellung des Drehschiebers und damit bedarfsweise eine fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Gehäusefluidkanal und dem Drehschieberfluidkanal gegeben sein oder nicht gegeben sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die erste Gehäuseöffnung und die erste Drehschieberöffnung unabhängig von der Drehstellung des Drehschiebers in Überdeckung angeordnet sind, so dass dann jederzeit eine fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Gehäusefluidkanal und dem Drehschieberfluidkanal gegeben ist.
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Die zweite Gehäuseöffnung und die zweite Drehschieberöffnung sind in Abhängigkeit von der Drehstellung des Drehschiebers in Überdeckung oder außer Überdeckung angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Gehäuseöffnung und/oder die erste Drehschieberöffnung um mindestens 90° oder um mindestens 180° oder um mindestens 270° oder, vorzugsweise, vollumfänglich um die Rotationsachse umlaufend ausgestaltet ist/sind. Durch eine solche umlaufende Ausgestaltung zumindest der ersten Gehäuseöffnung und/oder der ersten Drehschieberöffnung kann eine Strömung von Fluid (insbesondere eine Flüssigkeit) durch das Drehschieberventil realisiert werden, die sich durch relativ geringe Strömungsverluste auszeichnet. Dies gilt insbesondere dann, wenn, wie dies vorzugsweise vorgesehen ist, der mindestens eine erste Gehäusefluidkanal ein Einlasskanal des Drehschieberventils ist, über den dem Drehschieberventil Fluid zuführbar ist. Der mindestens eine zweite Gehäusefluidkanal ist dann vorzugsweise ein Auslasskanal des Drehschieberventils, über den das Fluid wieder aus dem Drehschieberventil abführbar ist. Diesbezüglich ist auch eine entsprechende Verwendung eines Drehschieberventils beziehungsweise dessen entsprechende Integration in ein Fluidsystem, beispielsweise ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, Gegenstand der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils kann vorgesehen sein, dass der erste Gehäusefluidkanal und/oder der Drehschieberfluidkanal (jeweils) zumindest abschnittsweise als geschlossen umlaufender Ringkanal ausgestaltet ist/sind, wodurch besonders geringe Strömungsverluste realisiert werden können. Alternativ dazu kann beispielsweise auch ein spiralförmiger beziehungsweise wendelförmiger Verlauf insbesondere des ersten Gehäusefluidkanals vorgesehen sein.
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Der Drehschieberfluidkanal kann erfindungsgemäß mittels einer oder mehrerer Trennwände, die sich über einen Abschnitt des Längsverlaufs oder den gesamten Längsverlauf des Drehschieberfluidkanals zwischen den Drehschieberöffnungen erstreckt/erstrecken, in eine Mehrzahl von Kanalsegmente unterteilt sein. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn ein in das Drehschieberventil eintretender Fluidstrom in mehrere Teilströme unterteilt und auf unterschiedliche zweite Gehäusefluidkanälen verteilt werden soll. Dementsprechend kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass den Kanalsegmenten jeweils mindestens eine zweite Drehschieberöffnung zugeordnet ist. Um für jeden der Teilströme ein vorteilhaftes Strömungsverhalten realisieren zu können, kann dann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Kanalsegmente jeweils einem Abschnitt der ersten Drehschieberöffnung zugeordnet sind, der sich um mindestens 90° in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse erstreckt.
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Eine vorteilhafte Durchströmung des Drehschiebers eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils kann dadurch realisiert werden, dass der Drehschieberfluidkanal, bezogen auf einen Längsschnitt (d.h. einen Schnitt entlang der Rotationsachse), eine einfach gekrümmte Begrenzungsfläche aufweist, die von der ersten Drehschieberöffnung zu der zweiten Drehschieberöffnung führt. Dabei kann die Begrenzungsfläche besonders bevorzugt teilkreisförmig gekrümmt ausgestaltet sein.
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Ebenfalls vorteilhaft hinsichtlich der Durchströmung des Drehschiebers beziehungsweise der dabei auftretenden Strömungsverluste kann sich auswirken, wenn, wie dies vorzugsweise vorgesehen ist, die Begrenzungsfläche um mindestens 90° oder 180° oder 270° oder vollumfänglich um die Rotationsachse umlaufend ausgestaltet ist.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass ein erfindungsgemäßes Drehschieberventil eine Mehrzahl von zweiten Gehäusefluidkanälen aufweist, die jeweils in der zweiten Gehäuseinnenfläche eine zweite Gehäuseöffnung ausbilden, wodurch eine relativ komplexe Verteilung von Fluidströmungen mittels des Drehschiebers auf die verschiedenen zweiten Gehäusefluidkanäle, die insbesondere Auslasskanäle des Drehschieberventils darstellen können, realisiert werden kann.
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Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils kann vorgesehen sein, dass der erste Gehäusekanal einen Umlaufabschnitt, der die erste Gehäuseinnenfläche ausbildet, sowie einen Anschlussabschnitt oder mehrere Anschlussabschnitte umfasst, die in einer quer (d.h. nicht parallel oder umlaufend bezüglich der Rotationsachse) verlaufenden Ausrichtung in den Umlaufabschnitt mündet/münden und dabei vorzugsweise kreisförmige oder ovale Querschnittsöffnungsflächen aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Anschlussabschnitt oder die Anschlussabschnitte, die vorzugsweise zumindest in einem an der Mündung angrenzenden Abschnitt geradlinig verlaufen können, radial oder tangential in den Umfangsabschnitt mündet/münden.
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Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils als Kühlmittelverteilvorrichtung in einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor und/oder einen elektrischen Traktionsmotor (d.h. einen Elektromotor, dessen Abtriebsleistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs direkt genutzt wird) umfassen kann. Die Erfindung betrifft zudem ein entsprechendes Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW).
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1: ein erfindungsgemäßes Drehschieberventil in einer Längsschnittdarstellung.
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Das in der 1 dargestellte Drehschieberventil umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 1, das einen Gehäusegrundkörper 2 aufweist, der in einem Abschnitt einen zylindrischen Aufnahmeraum 3 begrenzt. Das Gehäuse 1 umfasst weiterhin einen Gehäusedeckel 4 zum Verschließen des Aufnahmeraums 3 an einer der Stirnseiten, wobei der Gehäusegrundkörper 2 und der Gehäusedeckel 4 miteinander verbunden (konkret verschraubt) sind. Innerhalb des Aufnahmeraums 3 ist ein Drehschieber 5 angeordnet, wobei jeweils ein Lagerungsabschnitt 6 des Drehschiebers 5 in einer Lagervertiefung des Gehäusedeckels 4 sowie in einer Durchgangsöffnung des Gehäusegrundkörpers 2 drehbar gelagert ist. Eine Antriebswelle 7 des Drehschiebers 5 ragt aus dem Gehäuse 1. Mittels eines elektrischen Stellantriebs (nicht dargestellt), der mit dieser Antriebswelle 7 verbindbar ist, kann der Drehschieber 5 innerhalb des Gehäuses 1 verdreht werden, wodurch verschiedene Drehstellungen des Drehschiebers 5 eingestellt werden können. Dies dient einer gezielten Verteilung von Fluid, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, das in einem Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs zirkuliert und das dem Drehschieberventil über einen Einlasskanal 8 zugeführt werden kann, auf verschiedene Auslasskanäle 9 des Drehschieberventils.
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Der Einlasskanal 8 stellt bei der in der 1 dargestellten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils einen ersten Gehäusefluidkanal 8 dar, wobei dieser erste Gehäusefluidkanal 8 einen Anschlussabschnitt 10 sowie einen Umlaufabschnitt 11 umfasst. Der Umlaufabschnitt 11 ist als geschlossen um die Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5 umlaufender Ringkanal ausgestaltet und mündet vollumfänglich in eine erste Gehäuseinnenfläche 13, wodurch eine erste Gehäuseöffnung 13a ausgebildet ist. Die erste Gehäuseinnenfläche 13 ist axial (bezüglich der Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5) an den Drehschieber 5 angrenzend gelegen und begrenzt den Aufnahmeraum 3 des Gehäuses 1 ebenfalls stirnseitig. Der Anschlussabschnitt 10, der kreisförmige Querschnittsöffnungsflächen aufweist und der teilweise innerhalb eines Einlassstutzens 14 des Gehäuses 1 angeordnet ist, verläuft dagegen geradlinig und mündet radial bezüglich der Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5 in den Umlaufabschnitt 11. Demnach schneidet die Längsachse 15 des Anschlussabschnitts 10 (d.h. die Linie, die die Mittelpunkte der Querschnittsöffnungsflächen des Anschlussabschnitts 10 miteinander verbindet) die Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5 (wenn die Längsachse entsprechend geradlinig verlängert wird), wobei diese Achsen 12, 15 zudem senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
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Die Auslasskanäle 9 stellen dagegen jeweils einen zweiten Gehäusefluidkanal 9 dar, wobei diese zweiten Gehäusefluidkanäle 9 teilweise in Auslassstutzen 16 des Gehäuses 1 angeordnet sind. Auch die zweiten Gehäusefluidkanäle 9 weisen jeweils einen geradlinigen Verlauf und eine radiale Ausrichtung bezüglich der Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5 auf. Weiterhin sind auch die Längsachsen 17 dieser zweiten Gehäusefluidkanäle 9, die ebenfalls kreisförmige Querschnittsöffnungsflächen aufweisen, senkrecht zu der Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5 ausgerichtet. Die zweiten Gehäusefluidkanäle 9 münden in eine zweite, zylindrische Gehäuseinnenfläche 18, wodurch jeweils eine zweite Gehäuseöffnung 18a ausgebildet ist. Die zweite Gehäuseinnenfläche 18 ist radial (bezüglich der Rotationsachse 12 des Drehschiebers 5) an den Drehschieber 5 angrenzend gelegen, umgibt diesen folglich.
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Der Drehschieber 5 weist einen Drehschieberfluidkanal 19 auf, der als geschlossen um die Rotationsachse 12 umlaufender Ringkanal ausgestaltet ist, wobei der Drehschieberfluidkanal 19 vollflächig in eine erste Drehschieberaußenfläche 20, die der ersten Gehäuseinnenfläche 13 in einer parallelen Ausrichtung gegenüberliegt, mündet, wodurch eine erste Drehschieberöffnung 20a ausgebildet ist. Diese ringförmige erste Drehschieberöffnung 20a überdeckt die ebenfalls ringförmige erste Gehäuseöffnung 13a, wodurch unabhängig von der Drehstellung des Drehschiebers 5 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Gehäusefluidkanal 8 und dem Drehschieberfluidkanal 19 vorliegt.
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In einem Längsschnitt gemäß der 1 verläuft der Drehschieberfluidkanal 19 bogenförmig in Richtung einer zweiten Drehschieberaußenfläche 21, die eine Umfangsfläche des Drehschiebers 5 darstellt und die der zweiten Gehäuseinnenfläche 18 gegenüberliegt. Anders als die grundsätzlich zylindrisch ausgestaltete zweite Gehäuseinnenfläche 18 weist die zweite Drehschieberaußenfläche 21 einen grundsätzlich teilkugelförmigen Verlauf auf. Innerhalb eines Mantels 22 des Drehschiebers 5, dessen Außenseite die zweite Drehschieberaußenfläche 21 darstellt, sind mehrere lokal begrenzte, kreisförmige Durchgangsöffnungen ausgebildet, die Teil des Drehschieberfluidkanals 19 sind. Durch die Mündungen dieser Durchgangsöffnungen in die zweite Drehschieberaußenfläche 21 ist jeweils eine zweite Drehschieberöffnung 21a ausgebildet, wobei diese zweiten Drehschieberöffnungen 21a bedarfsweise, d.h. in Abhängigkeit von definierten Drehstellungen des Drehschiebers 5, in Überdeckung oder außer Überdeckung mit jeweils zumindest einer der zweiten Gehäuseöffnungen 18a bringbar sind. Folglich kann, in Abhängigkeit von der Drehstellung des Drehschiebers 5, Fluid, das dem Drehschieberventil über den ersten Gehäusefluidkanal 8 zugeführt wurde, nach einer Durchströmung des Drehschieberfluidkanals 19 einem oder mehreren der zweiten Gehäusefluidkanäle 9 zugeführt und über diese(n) wieder von dem Drehschieberventil abgeführt werden. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, dass in mindestens einer definierten Drehstellung des Drehschiebers 5 keine der zweiten Drehschieberöffnungen 20a in Überdeckung mit einer der zweiten Gehäuseöffnungen 18a ausgerichtet ist, wodurch mittels des Drehschieberventils auch eine Strömung des Fluids verhindert werden kann.
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Um Leckageströme des Fluids innerhalb des Drehschieberventils zu vermeiden ist jedem der zweiten Gehäusefluidkanäle 9 ein ringförmiges Dichtelement 23 zugeordnet, das die jeweilige zweite Gehäuseöffnung 18a umgrenzt und gleichzeitig elastisch belastet gegen die zweite Drehschieberaußenfläche 21 gedrückt ist, wodurch das Fluid lediglich bei einer fluidleitenden Verbindung mit dem Drehschieberfluidkanal 19 in die einzelnen zweiten Gehäusefluidkanäle 9 strömen kann.
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Durch die Ausgestaltung sowohl des ersten Gehäusefluidkanals 8 als auch des Drehschieberfluidkanals 19 als geschlossen umlaufende Ringkanäle einschließlich der entsprechend vollumfänglich umlaufenden Ausgestaltung der ersten Gehäuseöffnung 13a und der ersten Drehschieberöffnung 20a kann eine Durchströmung des Drehschieberventils mittels des Fluids realisiert werden, die sich durch relativ geringe Strömungsverluste auszeichnet. Der Grund dafür liegt in einem möglichst großflächigen Überströmen des Fluids aus dem ersten Gehäusefluidkanal 8 in den Drehschieberfluidkanal 19. Ebenfalls vorteilhaft hinsichtlich eines Geringhaltens von Strömungsverlusten wirkt sich der Verlauf des Drehschieberfluidkanals 19 beziehungsweise die Ausgestaltung der Begrenzungsfläche 19a des Drehschieberfluidkanals 19 aus. Gemäß dem in der 1 gezeigten Längsschnitt (beziehungsweise in jedem Längsschnitt) ist krümmungsaußenseitig eine einfache (d.h. keine mehrfache) und konkret teilkreisförmige Krümmung der Begrenzungsfläche 19a vorgesehen ist, wodurch ein möglichst gleichmäßiges Strömungsverhalten des Fluids bei der Durchströmung des Drehschieberfluidkanals 19 realisiert wird.
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Der Gehäusegrundkörper 2, der sowohl den Aufnahmeraum 3 als auch sämtliche der Gehäusefluidkanäle 8, 9 ausbildet, ist in dem in der 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel einteilig ausgestaltet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, diesen Gehäusegrundkörper 2 mehrteilig auszugestalten, wobei beispielsweise der erste Gehäusefluidkanal 8 in einen (weiteren) Gehäusedeckel integriert sein kann. Dadurch kann sich gegebenenfalls die Herstellung des Gehäuses 1 vereinfachen.
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Der Drehschieber 5 ist bei dem dargestellten Ausgestaltungsbeispiel ebenfalls einteilig ausgestaltet, wobei auch für diesen eine mehrteilige Konstruktion möglich und gegebenenfalls vorteilhaft sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Gehäusegrundkörper
- 3
- Aufnahmeraum des Gehäuses
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Drehschieber
- 6
- Lagerungsabschnitt des Drehschiebers
- 7
- Antriebswelle des Drehschiebers
- 8
- Einlasskanal / erster Gehäusefluidkanal
- 9
- Auslasskanal / zweiter Gehäusefluidkanal
- 10
- Anschlussabschnitt des ersten Gehäusefluidkanals
- 11
- Umlaufabschnitt des ersten Gehäusefluidkanals
- 12
- Rotationsachse des Drehschiebers
- 13
- erste Gehäuseinnenfläche
- 13a
- erste Gehäuseöffnung
- 14
- Einlassstutzen
- 15
- Längsachse des Anschlussabschnitts
- 16
- Auslassstutzen
- 17
- Längsachse des zweiten Gehäusefluidkanals
- 18
- zweite Gehäuseinnenfläche
- 18a
- zweite Gehäuseöffnung
- 19
- Drehschieberfluidkanal
- 19a
- Begrenzungsfläche des Drehschieberfluidkanals
- 20
- erste Drehschieberaußenfläche
- 20a
- erste Drehschieberöffnung
- 21
- zweite Drehschieberaußenfläche
- 21a
- zweite Drehschieberöffnung
- 22
- Mantel des Drehschiebers
- 23
- Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015213857 A1 [0003]
- US 2005/0106040 A1 [0004]
