DE3406032A1 - Hydropneumatische federung mit niveauregelung fuer fahrzeuge - Google Patents

Hydropneumatische federung mit niveauregelung fuer fahrzeuge

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Description

PRP 444 - 4 - 8.2.1984
Hydropneumatische Federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydropneumatische Federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop-Federzylindern ggf. mit einer Dämpfungseinrichtung, wobei die Teleskop-Federzylinder einerseits zur Steuerung eines Sollniveaus mit einer Druckmittelpumpe und einem Regelelement und andererseits mit einem Druckspeicher verbunden sind und daß der Federzylinder mit einem Drossel element zusammenarbeitet, welches in Abhängigkeit der Fahrzeugbelastung einen Drossel querschnitt für das Druckmittel regelt.
Es sind Einrichtungen zur Veränderung der Dämpfungskraft bekannt (z.B. DE-OS 31 11 41o), bei der durch die Druckmittel pumpe Dämpfungsflüssigkeit über die Leitungen in die Federzylinder eingespeist wird, so daß über den sich aufbauenden Druck die Kolbenstange des Stoßdämpfers ausgeschoben und somit das Fahrzeugheck angehoben wird. Diese Vorrichtung gestattet die Möglichkeit, daß das Fahrzeug trotz unterschiedlichem Belastungszustand das Sollniveau erreicht. Nachteilig ist hierbei, daß der Steuerschieber relativ langbaut und dem Druckspeicher
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derart vorgeschaltet ist, daß ein direkter winkeliger Abgang, wie er oft aus Platzgründen benötigt wird, nicht möglich ist. Andererseits ist bei dieser Konstruktion zu befürchten, daß die in diesem Fall auch weggebende Membrane instabile Formen annimmt, die die erforderliche Steuerweggenauigkeit beeinträchtigt. Zudem wird der Drossel querschnitt nur vom Systemdruck gesteuert, wobei Druck- und Zugstufendämpfung nicht unabhängig beeinflußbar sind. Hinzu kommt, daß der Steuerstößel bei Erzeugung von Dämpfungskraft unerwünschte Reaktionskräfte an der Trennmembrane erzeugt.
Ebenfalls sind Federzylinder mit integriertem, lastabhängig wirkenden Dämpfungsventil bekannt (z.B. DE-PS 16 55 o94), die sich auf ein geschlossenes System beziehen. Dieses System beeinflußt durch einen federbelasteten Ventil schieber die Federung des Fahrzeuges. Die Fahrzeugdämpfung wird hierbei nicht beeinflußt. Eine hydropneumatische Federung dieser Art schaltet entsprechend der Fahrzeugbelastung kaskadenartig zwei oder mehrere druckunterschiedliche Gasdruckspeicher hintereinander, um somit günstigere Federkennlinien zu erhalten.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine hydropneumatische Federung so zu gestalten, daß eine einfache und sichere Niveauregelung geschaffen wird, die zur Verbesserung des Fahrkomforts eine selbsttätige Erhöhung der Fahrzeugdämpfung bei Zuladung und eine Verringerung der Fahrzeugdämpfung bei Entladung des Fahrzeuges gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Drosselelement für die Zug- und Druckdämpfung konstante, mit Ventilen bestückte Durchlässe für das Druckmittel aufweist und daß sich eine Feder direkt oder indirekt am Kolben abstützt und eine das Ventil beaufschlagende weitere Feder vorgesehen ist, wobei die Federn über ein
PRP 444 - 6 - 8,2.
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Element gemeinsam am Steuerschieber abgestutzt sind und daß der Steuerschieber axial verschiebbar in einem Zylinder des Drosselelementes aufgenommen ist, wobei eine Stirnseite des Steuerschiebers durch das Druckmittel und die entgegengesetzte Stirnseite durch den Atmosphärendruck beaufschlagt ist.
Nach einer weiteren wesentlichen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Steuerschieber selbst oder mit dem den Steuerschieber aufnehemenden Zylinder gemeinsam einen axial verlaufenden Durchlaß aufweist, welcher zusammen mit einer Ausnehmung des Steuerschiebers und einer Ausnehmung des Zylinders einen Bypaß mit veränderbarem Drossel querschnitt bilden. Dabei ist die Ausnehmung als Bohrung, Kanal oder konische Fläche ausgebildet.
Vorteilhaft ist bei einer derartigen AusfUhrungsform, daß die Fahrzeugdämpfung mittels des Drossel elementes selbsttätig geregelt wird, und zwar bei Zuladung, also auch bei Druckerhöhung, verengt und bei Entladung vergrößert sich der Drosselquerschnitt, ohne auf Dämpfungsdruckbeeinflussungen reagieren zu müssen. Durch die Dämpfungserhöhung bei Zuladung des Fahrzeuges lassen sich die großen Fahrzeugmassen während des Fahrbetriebes leichter beruhigen, so daß eine wesentliche Verbesserung des Fahrverhaltens eintritt. Außerdem werden z.B. übermäßige Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus schneller abgebaut .
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß das Drosselelement im Arbeitszylinder des Teleskop-Federzylinders angeordnet und in Form eines Dämpfungskolbens mit der Kolbenstange verbunden ist, wobei der Bypaß den oberen und unteren Arbeitsraum zu beiden Seiten des Drossel elementes miteinander verbindet. Hierbei
PRP 444 - 7 - 8.2.1984
ist von Vorteil, daß eine einfache und günstige Integration des Drosselelementes im Innenraum des Teleskop-Federzylinders geschaffen wird. Es läßt sich dabei eine besonders kompakte Einheit erreichen, die hinsichtlich der axialen Baulänge des Aggregates keinen nennenswerten größeren Bauraum benötigt. Zur weiteren günstigen Ausnutzung des Raumangebotes läßt sich die Geometrie des Teleskop-Federzylinders und der Kolbenstange günstig ausnutzen. Dabei ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, daß der Steuerschieber axial verschiebbar im Hohlraum der zur Atmosphäre hin unverschlossenen Kolbenstange aufgenommen ist.
Eine weitere erfindungswesentliche Ausführungsform sieht vor, daß das Drossel element als separates Bauteil den Teleskop-Federzylinder in der Druckmittel 1eitung vorgeschaltet ist. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß das Drossel element als selbstständiger Baustein beliebig zwischen dem Teleskop-Federzylinder und der Druckmittelleitung angeordnet werden kann. Dabei bringt eine derartige Anordnung auch den Vorteil mit sich, daß das Drosselelement im Bedarfsfall schneller und kostengünstiger ausgetauscht werden kann, wie dies im Vergleich zum gesamten Teleskop-Federzylinder der Fall sein würde.
Bei Verwendung eines separaten Drosselelementes, welches gleichzeitig als Dämpfungsbaustein verwendet werden kann, ist eine Vereinfachung des Teleskop-Federzylinders ohne weiteres möglich, indem in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß der Dämpfungskolben des Teleskop-Federzylinders ohne Durchlässe oder mit konstanten Durchlässen oder mit Durchlässen und Ventilen versehen ist. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß der Teleskop-Federzylinder in seinem Durchmesser wesentlich kleiner gestaltet werden kann, denn der Dämpfungskolben oder die Kolbenstange muß
PRP 444 - 8 - 8.2.1984
lediglich für eine ölbewegung im System sorgen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer voll- oder teil tragenden hydropneumatischen Federung mit Niveauregelung
Figur 2 einen Teleskop-Federzylinder im Schnitt mit einem Kolben, der wie üblich Zug- und Druckventile und eine last- bzw. druckabhängig wirkende Selbstregelung beinhaltet
Figur 3 einen Teleskop-Federzylinder mit einem Führungskolben im Schnitt, wobei die last- bzw. druckabhängige Dämpfungsregelung in dem nachgeschalteten, separaten Drosselelement erfolgt
Figur 4 das separate Drosselelement als Einzelteil im Schnitt
Figur 5 einen Teleskop-Federzylinder im Prinzip wie in Figur 3 gezeigt, jedoch mit zusätzlichen Ventilen am Dämpfungskolben
Figur 6 einen Teleskop-Federzylinder im Schnitt im Prinzip wie in Figur 3 bereits gezeigt, jedoch mit einem geschlossenen, d.h. ohne Durchlässe versehenen Flihrungs- bzw. Verdrängerkolben
PRP 444 ■ 9 - 8.2.1984
Figur 7 einen Teleskop-Federzylinder im Prinzip wie in Figur 2 bereits gezeigt, jedoch ist der-Bypaß a=3=s- durch einen Konus und einen Kanal gebildet.
Figur 8 ein separates Drossel element wie in Figur 4 mit einem Bypaß bestehend aus Konus und Kanal
Die in Figur 1 gezeigte schematische Darstellung einer voll- oder teil tragenden hydropneumatischen Federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge besteht im wesentlichen aus der Druckmittel pumpe 1, den Druckmittel!eitungen 2, dem Regelelement 3, den Druckspeichern 4 und den Teleskop-Federzylindern 5. Die Teleskop-Federzylinder 5 bestehen aus einem Gehäuse 6, dem oberen Arbeitsraum 7 und dem unteren Arbeitsraum 8, wobei die Kolbenstange 9 an einem nicht dargestellten Radführungsglied angelenkt und das Gehäuse 6 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der obere Arbeitsraum 7 und der untere Arbeitsraum 8 wird durch einen an der Kolbenstange 9 befestigten Dämpfungskolben 1o voneinander getrennt. Für einen genügenden Vorrat an Druckmittel dient das Reservoir 11.
Figur 2 zeigt einen Teleskop-Federzylinder 5, bei dem der obere Arbeitsraum 7 vom unteren Arbeitsraum 8 durch den Dämpfungskolben Io getrennt wird. Die Grunddämpfung erfolgt über die Durchlässe 12, 15 und die entsprechenden Dämpfungsventile 13, 16. Die lastabhängige Dämpfung wird durch den wirksamen Drosselquerschnitt zwischen der Ausnehmung 23 und der Ausnehmung 24 übernommen. Der Anschluß 26 ist dabei für eine Verbindung mit der Druckmittel!eitung 2 vorgesehen
Der Bypaß besitzt einen Strömungsweg über den Durchlaß 14, die Ausnehmung 23 im Steuerschieber 2o der Ausnehmung der Kolbenstange 9 in den unteren Arbeitsraum 8. Dabei wird der wirksame Drosselquerschnitt durch den Druck im oberen Arbeitsraum 7 und dem Atmosphärendruck, welcher im Hohlraum 19 der Kolbenstange 9 herrscht, beeinfluß. Das
PRP 444 - 1ο -
3Λ06032
Wirksamwerden des Atmosphärendruckes auf den Steuerschieber 2o gewährleistet die Bohrung 27, welche als Verbindung des Hohlraumes19 der Kolbenstange 9 zur Atmosphäre dient.
Funktionsmäßig wird beim Einfahren der Kolbenstange 9 das Druckmittel vom oberen Arbeitsraum 7 über die Durchlässe 12 gegen das Ventil 13 in den unteren Arbeitsraum 8 gedruckt. Gleichzeitig strömt Druckmittel durch den Kanal 14. Beim Ausfahren der Kolbenstange 9 strömt Druckmittel durch die Durchlässe 15 gegen das Ventil 16 und entweicht in den oberen Arbeitsraum 7. Das Ventil 16 in Form eines Federblattes wird über eine bis zu einem Anschlag verschiebbare Scheibe 17, auf der die Federkraft der Feder 18 ruht, beaufschlagt. Gleichzeitig durchströmt das Druckmittel in der Zugstufe wiederum den Durchlaß 14. Wird das Kraftfahrzeug weiter beladen, so speist die Pumpe 1 entsprechend mehr Druckmittel in die Anlage ein. Die Einspeisung von Druckmittel erfolgt solange, bis das Sollniveau des Fahrzeuges erreicht ist. Der hierdurch zwangsläufig zustande gekommene höhere Druck beaufschlagt den zur Atmosphäre hin abgedichteten Steuerschieber 2o, so daß der Steuerschieber 2o gegen die Federkraft der Federn 18 und 21 eine entsprechende Position einnimmt. Dabei verkleinert sich der Drosselquerschnitt, da die Ausnehmung 23 relativ zur Ausnehmung 24 axial verschoben worden ist, wobei gleichzeitig die Feder 18 eine höehre Vorspannung erhält.
Die Verkleinerung des Drosselquerschnittes und die höhere Vorspannung der Feder 18 ist für eine Dämpfungserhöhung ausschlaggebend, wobei die Zugdämpfung nicht ausschließlich über die Querschnittsverkleinerung der Drosselstelle, sondern zusätzlich noch durch eine entsprechend variable Federvorspannung der Feder 18 geregelt wird.
PRP 444 - 11 - 8.2.1984
Bei hoher Belastung des Kraftfahrzeuges wird sich also die DrosselstelIe zwischen der Ausnehmung 23 und der Ausnehmung 24 vollständig schließen, so daß das Druckmittel nur noch über die Durchlässe 12 und 15 sowie den entsprechenden Ventilen 13 und 16 fließen kann. Durch die höhere Vorspannung der Feder 18 gegen das Zugventil 16 wird dieses noch zusätzlich schwerer durchströmbar gemacht. Die Feder 21 ist nicht zwingend notwendig, sie kann zur Variation des Dämpfungseinstellbereichs verwendet werden (Abstimmung von Ventilbeaufschlagung und konstantem Durchlaßverhalten!).
In Figur 3 ist ein Teleskop-Federzylinder 5 gezeigt, der über die Druckmittel 1eitung 2 mit einem Drossel element (Figur 4), welches als separates Bauteil 25 ausgebildet ist, verbunden ist. Der Teleskop-Federzylinder 5 besteht aus dem Gehäuse 6, der Kolbenstange 9 sowie dem Dämpfungskolben 1o. Der Kolben 1o besitzt konstante Durchlässe und trennt den Arbeitszylinder in den oberen Arbeitsraum 7 und den unteren Arbeitsraum 9. Bei Verwendung eines derartigen Teleskop-Federzylinders wird die Dämpfung durch das in Figur 4 dargestellte separate Bauteil 25 vorgenommen.
Figur 4 zeigt das Drosselelement als separates Bauteil 25, welches in der Druckmittel leitung 2 integriert wurde. Der Kolben 29 entspricht dem in Figur 2 dargestellten Dämpfungskolben 1o sowohl im Aufbau als auch in der Funktionsweise. Das Drosselelement weist Durchlässe 12 und 15 sowie Ventile 16 und 13 auf. Der Steuerschieber 2o ist mit einem Durchlaß 14 versehen, wobei die Ausnehmung 23 des Steuerschiebers 2o zusammen mit der öffnung 24 einen Drosselquerschnitt bildet. Dabei ist einerseits der Steuerschieber 2o über das Rohr 22 mit dem Druckmittel über seine erste Stirnfläche 3o beaufschlagt, wobei andererseits die
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3A06032
Stirnfläche 31 mit der Atmosphäre zusammenarbeitet. Hierzu ist der Hohlraum 32 mit einer Bohrung 33 versehen. Zur entsprechenden Flüssigkeitskommunikation ist der Durchlaß 14 an seinem der Drosselstel1e entgegengesetzten Ende mit einer Verbindung 34 ausgerüstet, so daß über die Ausnehmung 24, der Ausnehmung 23, der Längsbohrung 14 und der Verbindung 34 der Bypaß wirksam werden kann.
Eine separate Anordnung des Bauteiles 25 bringt den Vorteil mit sich, daß dieses Bauteil 25 im Bedarfsfall schnell und kostengünstig ausgetauscht werden kann. Die gesamte Einheit kann beispielsweise auch in Form einer Patrone mit Schraubring oder Schnellverschluß verwendet werden, wobei dann beim Wechseln einer solchen Patrone automatisch ein Rückschlagventil den Systemdruck erhält und nach Einbau einer neuen Patrone ist ein selbsttätiges öffnen des Rückschlagventiles gewährleistet, so daß der Durchfluß wieder hergestellt ist.
In Figur 5 ist ein Teleskop-Federzylinder 5 gezeigt, der im Prinzip dem in Figur 3 entspricht. Es sind lediglich für eine eventuell gewünschte Grunddämpfung des Systems zusätzliche Ventile 35 und 36 vorgesehen. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform sowohl in Aufbau und Wirkungsweise dem in Figur 3 und 4 gezeigten Prinzip. Derartige Ventile 35 und 36 sind bei Anwendungen mit kleinen KoIbenstangendurehmessern mitunter nötig, denn hier wird entsprechend weniger Ol über das Bauteil 25 verdrängt, so daß je nach Anwendungsfall der Dämpfungskolben 1o über die Ventile 35 und 36 eine Grunddämpfung erhalten kann.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel nach Figur 3 ist in der Figur 6 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Teleskop-Federzylinder 5 mit einer Kolbenstange 9 versehen, die über den Kolben 1o den Arbeitszylinder in einen oberen 7 und unteren Arbeitszylinder 8 unterteilt. Dabei ist der Kolben geschlossen als Scheibe ausgebildet und mittels einer Dichtung 37 abgedichtet. Der untere Arbeitsraum 8
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ist dabei leer und über ein Entlüftungsloch 38 zur Atmosphäre hin entlüftet. Diese Ausführungsform wird für den Fall benötigt, wo z.B. der Federzylinder 5 besonders große Massen zu tragen hat und daher die gesamte Kolbenfläche benötigt. Da die Durchflußmengen entsprechend hoch sind, kann auf eine Grunddämpfung im Teleskop-Federzylinder 5 verzichtet werden. Die Dämpfung wird dann ausschließlich im separaten Bauteil 25 erzeugt.
Der in Figur 7 dargestellte Teleskop-Federzylinder ist im Prinzip wie der in Figur 2 bereits dargestellte ausgeführt, jedoch mit dem Unterschied, daß der Bypaß nicht über eine Mittel bohrung im Steuerschieber 2o gebildet wird, sondern die Steuerung der Flüssigkeitsmenge wird durch den Konus 41 geregelt, von dem aus das Druckmittel über den Kanal 4o in den unteren Arbeitsraum strömt.
Figur 8 zeigt ein separates Drossel element im Prinzip wie in Figur 4 bereits dargestellt, wobei ebenfalls die Steuerung des Druckmittels über den Konus 41 erfolgt und der Kanal 4o als Verbindung zur Gewährleistung des Bypasses herangezogen wird. Der Kanal 41 ist als Nut oder Rille oder auch als Anschliff in der Außenfläche des Steuerschiebers 2o untergebracht. Der Kanal 41 erfüllt damit die gleichen Voraussetzungen wie eine zentrische Mittel bohrung, wie sie in Figur 2 oder auch 4 dargestellt ist.
PRP 444 - 14 - chenliste
Bezugszei Druckmittel pumpe
1 - Druckmittel!eitungen
2 - Regelelement
3 - Druckspeicher
4 - Teleskop-Federzylinder
5 - Gehäuse
6 - oberer Arbeitsraum
7 - unterer Arbeitsraum
8 - KoIbenstange
9 - Dämpfungskolben
1o - Reservoir
11 - Durchlaß
12 - Ventil
13 - Durchlaß
14 - Durchlaß
15 - Ventil
16 - Scheibe
17 - Feder
18 - Hohlraum der Kolbenstange
19 - Steuerschieber
2o - Feder
21 - Rohr
22 - Ausnehmung
23 - Ausnehmung
24 - separates Bauteil
25 - Anschluß
26 - Bohrung
27 - konstanter Durchlaß
28 - Kolben
29 - erste Stirnfläche
3o - Stirnf1äche
31 - Hohl raum
32 - Bohrung
33 - Verbindung
34 - Ventile
35 - Ventile
36 - Dichtung
37 - Ent!Uftungsloch
38 - Scheibe
Kanal
Konus
39 -
4o -
41 -
8.2.1984
3A06032

Claims (7)

52o8 Eitorf st/do Patentansprüche
1. Hydropneumatische Federung mit Niveauregelung für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens zwei im Bereich der Fahrzeugräder zwischen Fahrzeugaufbau und Radachse angeordneten Teleskop-Federzylindern ggf. mit einer Dämpfungseinrichtung, wobei die Teleskop-Federzylinder einerseits zur Steuerung eines Sollniveaus mit einer Druckmittelpumpe und einem Regelelement und andererseits mit einem Druckspeicher verbunden sind und da3 der Federzylinder mit einem Drosselelement zusammenarbeitet, welches in Abhängigkeit der Fahrzeugbelastung einen Drosselquerschnitt für das Druckmittel regelt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Drosselement für die Zug- und Druckdämpfung konstante, mit Ventilen (13, 16) bestückte Durchlässe (12, 15) für das Druckmittel aufweist und daß sich eine Feder (21) direkt oder indirekt am Kolben (1o) abstützt und eine das Ventil (16) beaufschlagende weitere Feder (18) vorgesehen ist, wobei die Feder (21) und die Feder (18) über ein Element (39) gemeinsam am Steuerschieber (2o) abgestützt sind und daß der Steuerschieber (2o) axial verschiebbar in einem Zylinder des Drosselelementes aufgenommen ist, wobei eine Stirnseite des Steuerschiebers (2o) durch das Druckmittel und die entgegengesetzte Stirnseite durch den Atmosphärendruck beaufschlagt ist.
PRP 444 - 2 - 8.2.1984
2. Federung nach Anspruch 1, ο/ η β η η ο dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (2o) selbst oder mit dem den Steuerschieber (2o) aufnehmenden Zylinder gemeinsam einen axial verlaufenden Durchlaß (14) aufweist, welcher zusammen mit einer Ausnehmung (23) des Steuerschiebers (2o) und einer Ausnehmung (24) des Zylinders einen Bypaß mit veränderbarem Drosselquerschnitt bilden.
3. Federung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (24) als Bohrung, Kanal oder konische Fläche (41) ausgebildet ist.
4. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drossel element im Arbeitszylinder des Teleskop-Federzylinders (5) angeordnet und in Form eines Dämpfungskolbens (1o) mit der Kolbenstange (9) verbunden ist, wobei der Bypaß den oberen (7) und unteren Arbeitsraum (8) zu beiden Seiten des Drossel elementes miteinander verbindet.
5. Federung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (2o) axial verschiebbar im Hohlraum (19) der zur Atmosphäre hin unverschlossenen Kolbenstange (9) aufgenommen ist.
6. Federung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drossel element als separates Bauteil (25) mit dem Teleskop-Federzylinder (5) in der Druckmittelleitung (2) vorgeschaltet ist.
PRP 444 - 3 - 8.2,1984
7. Federung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dämpfungskolben (1o) des Teleskop-Federzylinders (5) ohne Durchlässe oder mit konstanten Durchlässen oder mit Durchlässen und Ventilen versehen ist.
DE19843406032 1984-02-20 1984-02-20 Hydropneumatische federung mit niveauregelung fuer fahrzeuge Granted DE3406032A1 (de)

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