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Die Erfindung betrifft eine Dämpfventileinrichtung mit progressiver Dämpfkraftkennlinie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2016 210 790 A1 beschreibt eine Dämpfventileinrichtung für einen Schwingungsdämpfer, die ein erstes Dämpfventil umfasst, das in einem ersten Betriebsbereich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit eines Dämpfmediums in eine Durchlassbetriebsstellung übergeht. Das erste Dämpfventil wird beispielsweise von einem Kolbenventil oder einem Bodenventil des Schwingungsdämpfers gebildet. Ein zweiter Betriebsbereich mit einer progressiven Dämpfkraftcharakteristik des Schwingungsdämpfers wird von einer Drosselstelle in Verbindung mit einem Ventilkörper beeinflusst, der unabhängig von der Hublage einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drosselstellung ausgehend von einer Durchlassstellung in eine Drosselstellung überführbar ist, wobei sich Ventilkörper mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in Schließrichtung bewegt. Damit wird eine Zusatzdämpfkraft erzeugt, die den Einsatz eines konventionellen Zug- oder Druckanschlags erübrigt, der nur in einer Endlage der Kolbenstange wirksam ist.
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Die Drosselstelle und das Dämpfventil sind hydraulisch in Reihe angeordnet, wobei der Ventilkörper als ein im Durchmesser veränderbares Ringelement ausgeführt ist, das eine radiale Schließbewegung in Richtung einer Strömungsleitfläche ausführt, bei der ein definierter Mindestdurchlassquerschnitt eingehalten wird.
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In der
DE 10 2019 212 966 A1 wird vorgeschlagen, dass das im Durchmesser veränderbare Ringelement zusätzlich von einer Druckkraft innerhalb eines von einer Ringnut gebildetem Druckraum unterstützt wird. Die Funktion des Druckraums ist dann besonders effektiv, wenn der Querschnitt einer Zuströmöffnung größer ist als eine Abströmöffnung des Druckraums. Im Hinblick auf das Dämpfverhalten eines Schwingungsdämpfers ist dann die Verwendung von zwei Drosselstellen sinnvoll, jeweils eine Drosselstelle für eine Arbeitsrichtung des Schwingungsdämpfers.
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Kostenseitig ist jedoch die Beschränkung auf eine Dämpfventileinrichtung mit einer für beide Strömungsrichtungen optimal wirksamen Drosselstelle sinnvoll.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das aus dem Stand der Technik bekannte Problem zu lösen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ventilträger in der Ringnut jeweils ein Ventilelement pro Durchströmungsrichtung der Dämpfventileinrichtung aufweist und die Ringnut mit zwei Druckräumen ausgeführt ist, die jeweils mindestes eine Zuströmöffnung und mindestens eine Abströmöffnung aufweisen, wobei die wirksame Zuströmöffnung jeweils einen größeren Querschnitt als die wirksame Abströmöffnung aufweist
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Durch die räumliche Zusammenfassung der Ventilelemente in einer Ringnut kann ein deutlicher Bauraumvorteil erzielt werden. Des Weiteren vereinfacht sich der Aufbau des Schwingungsdämpfers, der mit einer derartigen Dämpfventileinrichtung bestückt wird, da es nur einen Anbringungsort für zwei Ventilelemente gibt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die beiden Druckräume mittels einer Trennwand von einer getrennt. Eine Bauform mit zwei Druckräumen ermöglicht eine Anpassung der Druckraumgröße und damit indirekt auch eine Anpassung der Druckkräfte, die auf das Ventilelement in Schließrichtung wirken.
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Bei einer ersten Ausführung wird die Trennwand von einer Scheibe gebildet, die mit dem Ventilträger verbunden ist. Die Scheibe selbst stellt ein sehr einfaches Bauteil dar.
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Eine Befestigung der Scheibe bzw. der Trennwand kann sehr einfach und trotzdem hydraulisch dicht dadurch erreicht werden, indem die Trennscheibe zwischen zwei Schalen des Ventilträgers angeordnet ist.
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Alternativ kann man vorsehen, dass die Trennwand von den beiden Ventilelementen gebildet wird, indem die beiden Ventilelemente direkt aufeinander gleiten.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Trennwand die Abströmöffnung auf. Der Vorteil besteht in der einfachen Strömungsführung für das Dämpfmedium innerhalb des Ventilträgers.
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Man kann auch vorsehen, dass die Ventilelemente die Abströmöffnung aufweisen, wobei das bei einer Anströmung der Dämpfventileinrichtung ruhende Ventilelement den Abströmquerschnitt bestimmt.
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Unabhängig von der Bauform der Trennwand kann die Abströmöffnung in den Ventilelementen als ein Axialkanal ausgeführt sein. Dadurch ergibt sich eine minimale Strömungslänge innerhalb des Ventilträgers.
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Man kann auch vorsehen, dass die Abströmöffnungen als Radialkanäle ausgeführt sind. Diese Bauform vereinfacht u. a. die Bauform der Trennwand.
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Zur Vermeidung von undefinierten Leckagen sind die Ventilelemente mit einer Deckseite auf die Trennwand vorgespannt sind.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1 Ausschnitt aus einem Schwingungsdämpfer im Bereich der Dämpfventileinrichtung
- 2 Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung nach 1
- 3 u. 4 Alternativvariante zur Ausführung einer Dämpfventileinrichtung
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Die 1 zeigt eine Dämpfventileinrichtung 1 für einen nur ausschnittsweise dargestellten Schwingungsdämpfer 3 beliebiger Bauweise. Neben der Dämpfventileinrichtung 1 umfasst der Schwingungsdämpfer 3 ein erstes Dämpfventil 5 mit einem als Kolben 7 ausgeführten Dämpfventilkörper, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist.
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Der Dämpfventilkörper 7 unterteilt einen Zylinder 11 des Schwingungsdämpfers in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13 15, die beide mit Dämpfmedium gefüllt sind. In dem Dämpfventilkörper 7 sind Durchtrittskanäle 17; 19 für jeweils eine Durchströmungsrichtung auf unterschiedlichen Teilkreisen ausgeführt. Die Ausgestaltung der Durchtrittskanäle 17; 19 ist nur beispielhaft anzusehen. Eine Austrittsseite der Durchtrittskanäle 17; 19 ist mit mindestens einer Ventilscheibe 21; 23 zumindest teilweise abgedeckt.
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Zusätzlich verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Zuganschlag 25, der ab einer definierten Ausfahrbewegung der Kolbenstange 9 an einer zylinderseitigen Anschlagfläche, z.B. einer Kolbenstangenführung 27, zur Anlage kommt.
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Der Zuganschlag 25 umfasst einen Ventilträger 29, der direkt an der Kolbenstange durch eine Formschlussverbindung fixiert ist. Auf einer Oberseite des Ventilträgers 29 ist beispielhaft ein ringförmiges Elastomerelement 31 aufgelegt, das über eine geringe radiale Vorspannung auch bei einer Schwingbewegung der Kolbenstange 9 gehalten wird. Das Elastomerelement 31 wirkt ab dem Anschlagpunkt an der Anschlagfläche als zusätzliche Stützfeder.
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Der Ventilträger 29 weist eine umlaufende Ringnut 33 auf, in der zwei im Durchmesser veränderbare Ventilelement 35A; 35B geführt ist. Die Grundkonstruktion des Ventilelements wie z. B. ein elastisches Ringelement oder ein mehrgliedriges Ventilelement, sind für die Betrachtung der Funktion der Erfindung untergeordnet. Diese Ventilelement 35A; 35B sind radial beweglich oder radial elastisch und bildet jeweils einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 37 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Die Ventilelemente 35A; 35 bilden mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die wirksame Drosselstelle 37, wobei die Innenwandung 39 eine Strömungsleitfläche darstellt. Grundsätzlich kann die Erfindung auch in einem vom Zuganschlag unabhängigen Ventilträger 29 ausgeführt sein.
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Deckseitig trägt jedes Ventilelement 35A, 35B eine separate Rückstellfeder 41 A; 41B, wie z. B in der 2 vergrößert dargestellt ist. Zwischen der Innenwandung 39 und jeweils einer äußeren Mantelfläche 43A; 43B der Ventilelemente 35A; 35B liegt ein variabler Drosselquerschnitt 45 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft erzeugt.
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Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1m/s, ist die Drosselstelle 37 vollständig geöffnet. Die Dämpfkraft wird dann nur von den Durchtrittskanälen 17; 19 in Verbindung mit den Ventilscheiben 21; 23 erzeugt. Bei einer Anströmung der Ventilscheiben 21; 23 heben die Ventilscheiben 21; 23 von ihrer Ventilsitzfläche 47; 49 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 51; 53 begrenzt.
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In einem zweiten Betriebsbereich mit einer Kolbenstangengeschwindigkeit, die größer ist als die Grenzgeschwindigkeit des ersten Betriebsbereichs, also größer als die beispielhaft angegebenen 1m/s, geht das in Abhängigkeit der Anströmrichtung der Dämpfventile wirksame Ventilelement 35A; 35B in eine Drosselstellung über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 39 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck, der zu einer radialen Aufweitung des jeweils aktiven Ventilelements 35A; 35B führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 37 auftreten kann, wird der definierte Mindestdurchlassquerschnitt von den Rückstellfeder 41A; 41B eingehalten oder ein mechanischer Anschlag, z. B. am Ventilträger begrenzt die Aufweitbewegung des jeweiligen Ventilelements und bestimmt damit den Mindestdurchlassquerschnitt. Dieses Betriebsverhalten ist unabhängig von der Anströmrichtung der Dämpfventileinrichtung 1.
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Die 2 zeigt eine Vergrößerung der Dämpfventileinrichtung 1 nach 1 mit einer abweichenden Befestigungstechnik an der Kolbenstange 9. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 33 und damit die Dämpfventileinrichtung 1 für zwei Durchströmungsrichtungen ausgeführt ist. Dafür weist der Ventilträger 29 in der Ringnut 33 jeweils ein Ventilelement 35A; 35B pro Durchströmungsrichtung auf.
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Des Weiteren verfügt der Ventilträger 29 über zwei Druckräume 55A; 55B, die jeweils mindestes eine Zuströmöffnung 57A; 57B und mindestens eine Abströmöffnung 59A; 59B aufweisen, wobei die wirksame Zuströmöffnung jeweils einen größeren Querschnitt als die wirksame Abströmöffnung aufweist. Die Zuströmöffnungen 57A; 57B im Ventilträger 29 sind an den Arbeitsraum 13 angeschlossen.
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Jeder Druckraum 55A; 55B wird von einer inneren Mantelfläche 61A; 61 B der Ventilelemente 35A; 35B, Ringnutseitenflächen 63; 65 und einer gemeinsamen Ringnutgrundfläche 67 des Ventilträgers 29 gebildet. Der jeweils angeströmte Druckraum 55A; 55B bewirkt über eine nach radial außen gerichtete, das Ventilelement 35A; 35B aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 37 herrschende Unterdrucksituation unterstützt.
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Die beiden Druckräume 55A; 55B sind mittels einer Trennwand 69 voneinander getrennt. In der dargestellten Ausgangsstellung der Dämpfventileinrichtung 1 liegen die Ventilelemente 35A; 35B großflächig dichtend an der Ringnutgrundfläche 65 an. Dadurch wird die Trennwand wechselweise von den beiden Ventilelementen 35A; 35B gebildet.
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Die Ventilelemente 35A; 35B weisen die wirksame Abströmöffnung 59A; 59B auf, die z. B. zusammen von einer Nut in der inneren Mantelfläche der Ventilelemente 35A; 35B und der Ringnutgrundfläche 65 gebildet wird. Damit sind die Abströmöffnungen 59A; 59B in der Trennwand 69 zwischen den beiden Ventilelementen 35A; 35B ausgeführt. In der Ausführung nach 2 sind die Abströmöffnungen 59A; 59B in den Ventilelementen als ein Axialkanal ausgeführt. Der Querschnitt der Abströmöffnungen 59A; 59B in den beiden Ventilelementen muss nicht unbedingt gleich groß ausgeführt sein.
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In der Vergrößerung ist deutlich zu erkennen, dass beide Ventilelemente 35A; 35B eine separate Rückstellfeder 41A; 41B aufweisen. Diese Rückstellfedern 41A; 41B müssen nicht unbedingt baugleich sein, d. h. sie können unterschiedliche Rückstellkräfte aufweisen. Auch kann die axiale Erstreckung der inneren Mantelflächen 61A; 61B der Ventilelemente 35A; 35B unterschiedlich dimensioniert sein, um unterschiedliche Druckkräfte für die Ventilelemente 35A; 35B zu generieren. Für die Montage ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Dämpfventileinrichtung bezogen auf eine querverlaufende Mittelachse des Ventilträgers 29 symmetrisch aufgebaut ist.
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Bei einer Anströmung der Dämpfventileinrichtung 1 strömt das Dämpfmedium für eine Strömungsrichtung über die Öffnung 57A im Ventilträger 29 in den Druckraum 55A des Ventilelements 35A und sorgt für einen Druckanstieg, der eine Aufweitbewegung des Ventilelements 35A bewirkt. Die Zuströmöffnung 57A in dem Ventilträger 29 ist vielfach so groß wie der Axialkanal 59A in dem Ventilelement 35B. Dieser Axialkanal in dem ruhenden Ventilelement dient als Abströmöffnung 59A. Dass das Dämpfmedium durch den zweiten Druckraum 55B und die Öffnung 57B im Ventilträger 29 strömt, verändert nicht das Betriebsverhalten des Ventilelements 35A und damit der Dämpfventileinrichtung 1. Das andere Ventilelement 35B verbleibt in der dargestellten Position, da der Axialkanal 59A für den Druckraum 59B des Ventilelements 35B auch als Zuströmöffnung fungiert. Dadurch besteht ein deutlicher Druckunterschied zwischen dem Druckraum 55A des Ventilelements 35A und dem Druckraum 55B des Ventilelements 35B. Der Druck im Druckraum 55B reicht aufgrund des Druckabfalls zum Druckraum 55A nicht aus, um eine nennenswerte Druckkraft auszuüben. Zusätzlich sorgt die Rückstellfeder 41B für eine Haltekraft bzw. Fixierung des Ventilelements 35B an der Ringnutgrundfläche 65.
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Bei einer Anströmung der Dämpfventileinrichtung bei einer Einfahrbewegung der Kolbenstange 9, also über die Öffnung stellt sich ein praktisch identisches Betriebsverhalten ein. Dann verbleibt das Ventilelement 35A in seiner dargestellt maximalen Durchlassposition und der Axialkanal 59B im Ventilelement 35A dient als Abströmöffnung für den Druckraum 55B des Ventilelements 35B.
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Die Variante nach 3 folgt dem Funktionsprinzip wie zu den 1 und 2 beschrieben ist. Abweichend wird die Trennwand 69 von einer separaten Scheibe gebildet, die mit dem Ventilträger 29 verbunden ist. Die Trennwand 69 ist ortsfest zwischen zwei Schalen 29A; 29B des Ventilträgers 29 angeordnet.
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Aufgrund der zur Ringnutgrundfläche geneigten inneren Mantelflächen, sind die Ventilelemente mit einer Deckseite auf die Trennwand vorgespannt.
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Die Abströmöffnung 59 ist hier in der separaten Trennwand 69 ausgeführt und verbindet ebenfalls die beiden Druckräume 55A; 55B. Zwischen den inneren Mantelflächen 61A; 61B der Ventilelemente 35A; 35B und der Ringnutgrundfläche 67 besteht ein radialer Abstand, so dass für die Anordnung der Abströmöffnung 59 ein freier Ringbereich der Scheibe zur Verfügung steht. Trotzdem kann man vorsehen, dass ein Ventilelement 35A; 35B mit seiner der Trennwand 69 zugewandten Deckseite in Überdeckung mit der Abströmöffnung 59 steht, um richtungsabhängig einen Abströmquerschnitt zu steuern.
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Die 4 zeigt wiederum eine Abwandlung der Dämpfventileinrichtung nach 3. Abweichend sind die Abströmöffnungen 59A, 59B als Radialkanäle in den Ventilelementen 35A; 35B ausgeführt. Die Radialkanäle sind in der Ausgangsstellung der Ventilelemente 35A; 35B in Richtung der Strömungsleitfläche 39 und in Richtung des Arbeitsraums 13 einerseits von den Ventilelementen 35A; 35B und aufgrund der Auflage der Ventilelemente auf der Scheibe bzw. Trennwand 69 verschlossen. Die Scheibe zwischen den beiden Ventilelementen 35A; 35B ist als geschlossene Ringscheibe fixiert, so dass keine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Druckräumen 55A; 55B besteht.
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Bei einer Anströmung der Dämpfventileinrichtung, z. B. über die Zuströmöffnung 57B, fließt Dämpfmedium in den Druckraum 55B und in den Radialkanal 59B. Innerhalb der Drosselstelle 37 bildet sich ein Unterdruck und damit eine Aufweitkraft für das Ventilelement 35B. Das andere Ventilelement 35A wird nur von der Kraft des Unterdrucks der Drosselstelle 37 in Richtung der Strömungsleitfläche 39 bzw. der Innenwandung des Zylinders 11 bewegt. Folglich ist die Aufweitkraft an diesem Ventilelement 35A deutlich geringer. Damit wird die Dämpfkraft immer von dem Ventilelement bestimmt, das der größeren Aufweitkraft unterliegt.
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Das Dämpfmedium 35B fließt aus dem Druckraum über den Radialkanal 59B außenseitig an der Trennwand 69 und an der äußeren Mantelfläche 43A des Ventilelements 35A vorbei. Ein spiegelbildliches Betriebsverhalten der Ventilelemente 35A; 35B stellt sich ein, wenn die Dämpfventileinrichtung 1 über die Zuströmöffnung 57A angeströmt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dämpfventileinrichtung
- 3
- Schwingungsdämpfer
- 5
- erstes Dämpfventil
- 7
- Dämpfventilkörper
- 9
- Kolbenstange
- 11
- Zylinder
- 13
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 15
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 17
- Durchtrittskanäle
- 19
- Durchtrittskanäle
- 21
- Ventilscheibe
- 23
- Ventilscheibe
- 25
- Zuganschlag
- 27
- Kolbenstangenführung
- 29
- Ventilträger
- 31
- Elastomerelement
- 33
- Ringnut
- 35A
- Ventilelement
- 35B
- Ventilelement
- 37
- Drosselstelle
- 39
- Innenwandung
- 41A
- Rückstellfeder
- 41B
- Rückstellfeder
- 43A
- Mantelfläche
- 43B
- Mantelfläche
- 45
- Drosselquerschnitt
- 47
- Ventilsitzfläche
- 49
- Ventilsitzfläche
- 51
- Stützscheibe
- 53
- Stützscheibe
- 55A
- Druckraum
- 55B
- Druckraum
- 57A
- Zuströmöffnung
- 57B
- Zuströmöffnung
- 59
- Abströmöffnung
- 59A
- Abströmöffnung
- 59B
- Abströmöffnung
- 61A
- innere Mantelfläche
- 61B
- innere Mantelfläche
- 63
- Ringnutseitenfläche
- 65
- Ringnutseitenfläche
- 67
- Ringnutgrundfläche
- 69
- Trennwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016210790 A1 [0002]
- DE 102019212966 A1 [0004]
