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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.
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Das im Durchmesser veränderbare Ringelement ist zumindest auf einem großen Umfangsbereich radial schwimmend in der Ringnut des Ventilträgers geführt. Dadurch ergibt sich insbesondere bei der Aktivierung der Dämpfventileinrichtung ein undefiniertes Betriebsverhalten.
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Die ältere
DE10 2021 201 441 A1 beschreibt eine Dämpfventileinrichtung, bei der der Ventilträger eine Innenzentrierung innerhalb eine zum Ventilelement koaxialen Druckraums aufweist. Damit ist die Ausgangsposition des Ventilelements definiert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Funktion der Innenzentrierung weiterzuentwickeln.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventilelement von einer Zentrierung in einem radialen Abstand zu einer Ringnutgrundfläche der Ringnut positioniert ist und der Abstand mittels einer Verstelleinrichtung justierbar ist.
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Die Einstellbarkeit des Abstands kann dafür verwendet werden, um unvermeidbar Bauteiltoleranzen innerhalb der Dämpfventileinrichtungen zu kompensieren. Dafür wäre schon ein geringer Verstellbereich ausreichend.
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Man kann aber auch vorsehen, dass man über einen größeren Funktionsbereich der Dämpfventileinrichtung deren Einsatzpunkt verändert. Der Einsatzpunkt wird durch die maximale Größe des Drosselquerschnitts der Dämpfventileinrichtung bestimmt. Je kleiner die maximale Größe dimensioniert ist, umso geringer kann die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Drossel sein, die zu einer Aufweitbewegung des Ventilelements aufgrund eines sich aufbauenden Minderdrucks innerhalb der Drossel führt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Dämpfventileinrichtung an einer Kolbenstange des Schwingungsdämpfers angeordnet und eine Aktuatorstange der Verstelleinrichtung ist innerhalb der Kolbenstange geführt. Die Aktuatorstange kann händisch oder z. B. mittels eines elektromagnetischen Stellers bewegt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch sind zwischen dem Ventilelement und der Aktuatorstange radial bewegliche Übertragungsstäbe angeordnet, deren in Richtung des Ventilelements weisenden Stirnflächen die Zentrierung bilden. Die Übertragungsstäbe sind lose eingelegt und zwischen dem Ventilelement und der Aktuatorstange verspannt. Dadurch können Relativbewegungen zwischen allen bei der Verstellbewegung beteiligten Bauteilen kompensiert werden. Zusätzlich vereinfacht diese Bauweise die Montage der Dämpfventileinrichtung.
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Ein weiteres Mittel zum einfachen Aufbau der Dämpfventileinrichtung besteht darin, dass die Übertragungsstäbe innerhalb von Fenstern der Kolbenstange geführt sind.
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Als bevorzugte Verstellbewegung der Aktuatorstange ist eine axiale Verschiebung innerhalb der Kolbenstange vorgesehen. Zur Umsetzung der axialen Verstellbewegung der Aktuatorstange und der Zentrierung liegt zwischen der Aktuatorstange und den Übertragungsstäben eine Konusverbindung vor.
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Optional kann eine maximale Drosselstellung des Ventilelements von einem trägerseitigen Anschlag bestimmt werden, dessen Wirkdurchmesser für das Ventilelement einstellbar ist. Somit kann sowohl der minimale wie auch der maximale Drosselquerschnitt der Dämpfventileinrichtung eingestellt werden.
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Dazu ist der Anschlag mittels eines Stellelements verstellbar, das ebenfalls händisch oder z. B. elektromagnetisch ausgeführt sein kann.
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Beispielsweise ist eine den Anschlag bildende Deckelscheibe des Ventilträgers mehrteilig ausgeführt und mindestens weist eine radiale Trennfuge zwischen den Deckelscheibenteilen auf.
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Zur Minimierung etwaiger Leckagewege weist die Deckelscheibe eine Abdeckkappe auf, die die Trennfuge zumindest teilweise abdeckt.
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Eine besonders kompakte Ausgestaltung einer kombinierten Verstellung der Drosselquerschnitte wird dadurch erreicht, dass die Aktuatorstange innerhalb des Stellelements für den Anschlag geführt ist.
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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 Dämpfventileinrichtung nach 1 im Detail
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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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Beispielhaft ist ein Ventilträger 25 der Dämpfventileinrichtung 1 direkt an der Kolbenstange 9 fixiert. Der Ventilträger 25 weist eine umlaufende Ringnut 27 auf, in der ein im Durchmesser veränderbares Ventilelement 29 geführt ist (2). Dieses Ventilelement 29 ist radial beweglich und bildet einen Ventilkörper für eine Drosselstelle 31 als Teil der Dämpfventileinrichtung 1. Das Ventilelement 29 bildet mit einer Innenwandung des Zylinders 11 die Drosselstelle 31, wobei die Innenwandung eine Strömungsleitfläche 33 darstellt.
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Das Ventilelement 29 ist mit einer Rückstellfeder 35 bestückt, wie. z. B. in der 2 vergrößert dargestellt ist. Zwischen der Strömungsleitfläche 33 und einer äußere Mantelfläche 37 des Ventilelements 29 liegt ein variabler Drosselquerschnitt 39 vor, der eine zusätzliche Dämpfkraft zum Dämpfventil 5 erzeugt.
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Bei einer Kolbenstangengeschwindigkeit in einem ersten Betriebsbereich, z. B. kleiner 1 m/s, ist die Drosselstelle 31 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 41; 43 ab. Die Abhubbewegung wird jeweils von einer Stützscheibe 45; 47 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 Ventilelement 29 im eine maximale Aufweitstellung und damit in eine Drosselstellung mit dem minimalen Drosselquerschnitt 39 über und führt dabei eine Schließbewegung in Richtung der Strömungsleitfläche 33 aus. Bedingt durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Dämpfmediums in der als Ringspalt geformten Drosselstelle 31 bildet sich ein Unterdruck, der zu der radialen Aufweitung des Ventilelements 29 führt. Damit jedoch keinesfalls eine Blockade der Drosselstelle 31 auftreten kann, verfügt der Ventilträger 25 dafür über einen Anschlag 49 an einer Deckelscheibe 51 oder 53 des Ventilträgers 25. (2)
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Die 2 zeigt eine Detaildarstellung der Dämpfventileinrichtung 1 nach 1. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Ringnut 27 mit einer inneren Mantelfläche 55 des Ventilelements 29, Ringnutseitenflächen 57; 59 der Deckelscheiben 51; 53 und einer Ringnutgrundfläche 61 einen Druckraum 63 bildet, der über mindestens eine Zuströmöffnung 65 und eine Abströmöffnung 67 mit dem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers 3 verbunden ist. Der Druckraum 63 bewirkt bei einer Arbeitsbewegung des Schwingungsdämpfers 3 eine nach radial außen gerichtete, das Ventilelement 29 aufweitende Kraftkomponente, die die in der Drosselstelle 31 herrschende Unterdrucksituation unterstützt. Die Funktionsbezeichnungen Zuströmöffnung und Abströmöffnung sind bei einer entgegengesetzten Anströmung der Dämpfventileinrichtung sinngemäß zu tauschen.
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Der 2 ist des Weiteren zu entnehmen, dass der Anschlag 49 einstellbar ausgeführt ist. Der einstellbare Anschlag 49 wird von einem trägerseitigen Rand 69 gebildet. Bevorzug ist der Anschlag 49 einteilig mit einem Deckel bzw. einer der Deckelscheiben 51; 53 des Ventilträgers 25 ausgeführt.
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Der Anschlag 49 ist hinsichtlich eines Wirkdurchmessers 71 für das Ventilelement 29 insbesondere stufenlos einstellbar ausgeführt, indem z. B. die Deckelscheiben 51 des Ventilträgers 25 mehrteilig ausgeführt ist und mindestens eine radiale Trennfuge 73 zwischen den Deckelscheibenteilen 51A; 51B aufweist. Dadurch ist der radiale Abstand zwischen den beiden Deckelscheibenteilen 51A; 51B einstellbar. Dafür ist der Ventilträger 25, bzw. sind die beiden Deckelscheibenteile 51A; 51B über ein Stellelement 75 radial spreizbar ausgeführt. Eine Spannfeder 77, z. B. eine Bandfeder, die die die Deckelscheibenteile 51A; 51B umfasst, spannt die beiden Deckelscheibenteile 51A, 51B gegen das Stellelement 75 vor und sorgt damit stets für eine definierte Position der Deckelscheibenteile 51A; 51B zum Stellelement 75 und damit für einen definierten Wirkdurchmesser 71 des Anschlags 49.
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Das Stellelement 75 ist innerhalb der hohl ausgeführten Kolbenstange 9 des Schwingungsdämpfers 3 geführt und verfügt über einen Stellkonus 79, der in die Trennfuge 73 zwischen den beiden Deckelscheibenteilen 51A; 51B eingreift.
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Im Rahmen der Justierung des minimalen Drosselquerschnitts wird das Stellelement 75 axial mehr oder weniger tief in die Kolbenstange 9 eingeschoben. Ist die gewünschte Einstellung gefunden, dann wird der Ventilträger 25 mittels einer Spannmutter 81 an der Kolbenstange 9 fixiert. Damit ist auch der Wirkdurchmesser 71 des Anschlags 49 dauerhaft eingestellt. Das Stellelement 75 könnte dann bei Bedarf auch wieder entfernt werden.
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Optional weist der Deckel 51 bzw. die Deckelscheibenteile 51A; 51 B eine Abdeckkappe 83 auf, die die Trennfuge 73 zwischen den Deckelscheibenteilen 51A; 51B zumindest teilweise abdeckt. Die Abdeckkappe 83 ist auf der dem Druckraum 63 abgewandten Seite der Deckelscheibenteile 51A; 51B angeordnet und zentriert sich an der Kolbenstange 9. Die Deckelscheibenteile 51A; 51B durchdringen über Durchgangsfenster 85 die Kolbenstange 9 und liegen über die Kraft der Spannfeder 77 am Stellelement 75 an.
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Die Abdeckkappe 83 kann mit mindestens einem Radialkanal 87 in Kombination mit einer Sammelnut 89 ausgeführt sein, damit unter gar keinen Umständen die Abströmöffnung 67 in ihrem Querschnitt beeinflusst wird, z. B. durch axiales Spiel der Bauteile 51A; 51B innerhalb der Ringnut 27.
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Unabhängig von dem Vorhandensein der Verstellbarkeit des Wirkdurchmessers 21 wird das Ventilelement 29 von einer Zentrierung 91 in einem radialen Abstand zu der Ringnutgrundfläche 61 innerhalb der Ringnut 27 positioniert. Die Rückstellfeder 35 spannt das Ventilelement 29 permanent in Richtung der Zentrierung 91 vor. Dabei ist der radiale Abstand zwischen dem Ventilelement 29 und der Ringnutgrundfläche 61 mittels einer Verstelleinrichtung 93 justierbar. Unterhalb einer definierten Strömungsgeschwindigkeit liegt das Ventilelement 29 an der Zentrierung 91 an, so dass dann der maximale Drosselquerschnitt und folglich die geringste Dämpfkrafteinstellung vorliegt. Ein großer Drosselquerschnitt bedeutet bei vorgegebenem Volumenstrom durch die Drosselstelle 31, dass eine vergleichbare moderate Strömungsgeschwindigkeit vorliegt. Entsprechend gering ist auch die durch einen geschwindigkeitsabhängigen Minderdruck verursachte radiale Aufweitkraft auf das Ventilelement 29.
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Wird der Abstand zwischen der Mantelfläche 37 und der Strömungsleitfläche 33 reduziert, also der Drosselquerschnitt 39 verkleinert, dann steigt bei vergleichbarem Volumenstrom die Strömungsgeschwindigkeit und der Minderdruck nimmt zu. Folglich steigt die Aufweitkraft auf das Ventilelement 29. Dieser Zusammenhang lässt sich durch die Verstelleinrichtung 93 ausnutzen, um die Dämpfkraftkennlinie der Dämpfventileinrichtung 1 zu verändern.
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Eine Aktuatorstange 95 als Komponente der Verstelleinrichtung 93 ist innerhalb der Kolbenstange 9 geführt. Der Antrieb der Aktuatorstange 95 kann händisch sein, z. B. für eine Grundjustierung der Dämpfventileinrichtung 1 oder auch fremdenergiegesteuert, z. B. mittels eines elektromagnetischen Stellers. Dabei kann sich die Aktuatorstange 95 auch bis axial außerhalb der Kolbenstange 9 und damit außerhalb des Schwingungsdämpfers 3 erstrecken.
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Zwischen dem Ventilelement 29 und der Aktuatorstange 95 sind als Bestandteil der Verstelleinrichtung 93 radial bewegliche Übertragungsstäbe 97 angeordnet sind, deren in Richtung des Ventilelements 29 weisenden Stirnflächen 99 die eigentliche Zentrierung 91 bilden. Zwei Übertragungsstäbe 99 genügen, um eine ausreichende Zentrierung des Ventilelements 29 zu erreichen. Die Übertragungsstäbe 99 verlaufen außerhalb der Zuström- und/oder der Abströmöffnung 65; 67 und sind geführt innerhalb von Fenstern 101 der Kolbenstange 9. Der Querschnitt der Übertragungsstäbe 97 ist letztlich untergeordnet, sodass die Fenster 101 auch von einfachen Queröffnungen/Bohrungen gebildet werden können. In der bildlichen Darstellung gleiten die Übertragungsstäbe 97 entlang der Ringnutseitenfläche 57, wobei auch dieses Merkmal nicht zwingend notwendig ist, sondern nur die axiale Abstützung des Übertragungsstabes 97 verbessert.
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Bevorzugt führt die Aktuatorstange 95 eine axiale Verstellbewegung aus. Grundsätzlich wäre jedoch eine rotatorische Verstellbewegung z. B. in Verbindung mit einem Nockenprofil an der Aktuatorstange auch denkbar. In diesem Ausführungsbeispiel liegt zwischen der Aktuatorstange 95 und den Übertragungsstäben 97 eine Konusverbindung 103 vor, um eine Axialbewegung der Aktuatorstange 95 in eine radiale Verstellbewegung der Übertragungsstäbe 97 umzusetzen.
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Wenn sowohl eine Anschlagverstellung als auch eine Einstellung des Zentrierdurchmessers in der Dämpfventileinrichtung 1 vorgesehen ist, dann ist die Aktuatorstange 97 bevorzugt innerhalb des Stellelements 75 für den Anschlag 49 geführt.
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Bezugszeichen
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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
- Ventilträger
- 27
- Ringnut
- 29
- Ventilelement
- 29A
- Schenkel des Ventilelements
- 29B
- Schenkel des Ventilelements
- 31
- Drosselstelle
- 33
- Strömungsleitfläche
- 35
- Rückstellfeder
- 37
- äußere Mantelfläche des Ventilelements
- 39
- Drosselquerschnitt der Drosselstelle
- 41
- Ventilsitzfläche
- 43
- Ventilsitzfläche
- 45
- Stützscheibe
- 47
- Stützscheibe
- 49
- Anschlag
- 51
- Deckelscheibe
- 53
- Deckelscheibe
- 55
- innere Mantelfläche des Ventilelements
- 57
- Ringnutseitenfläche
- 59
- Ringnutseitenfläche
- 61
- Ringnutgrundfläche
- 63
- Druckraum
- 65
- Zuströmöffnung
- 67
- Abströmöffnung
- 69
- Rand
- 71
- Wirkdurchmesser
- 73
- Trennfuge
- 75
- Stellelement
- 77
- Spannfeder
- 79
- Stellkonus
- 81
- Spannmutter
- 83
- Abdeckkappe
- 85
- Durchgangsfenster
- 87
- Radialkanal
- 89
- Sammelnut
- 91
- Zentrierung
- 93
- Verstelleinrichtung
- 95
- Aktuatorstange
- 97
- Übertragungsstäbe
- 99
- Stirnfläche
- 101
- Fenster
- 103
- Konusverbindung
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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]
- DE 102021201441 A1 [0006]
