EP1531254A1 - Cylinder head for an internal combustion engine - Google Patents
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- EP1531254A1 EP1531254A1 EP04025629A EP04025629A EP1531254A1 EP 1531254 A1 EP1531254 A1 EP 1531254A1 EP 04025629 A EP04025629 A EP 04025629A EP 04025629 A EP04025629 A EP 04025629A EP 1531254 A1 EP1531254 A1 EP 1531254A1
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- European Patent Office
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- cylinder head
- frame structure
- screw pipes
- cylinder
- outer walls
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/006—Camshaft or pushrod housings
- F02F2007/0063—Head bolts; Arrangements of cylinder head bolts
Definitions
- the invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
- Cylinder heads of internal combustion engines generally have a floor, a roof, exterior walls, gas exchange ducts and Screw pipes for cylinder head mounting on. These Components are poured together at points of contact or through Ribs purposefully stiffening connected. The outer walls of a Cylinder head close the head tight and stiffen him. Such stiffeners are sufficient in conventional previously known burdens due to combustion in the combustion chamber and the preload forces of the cylinder head bolts.
- the cylinder head bolt Before the first and after the last Cylinder of a row cylinder head arranged in peripheral position is, unlike a central cylinder head screw executed. This can be done by different screws or tightening torques, both of which are faulty Fittings by confusing the screws or wrong Attracting can cause.
- the object of the invention is to provide a cylinder head of an internal combustion engine, which allows a similar screwing all cylinder head bolts. This object is achieved by a cylinder head with the features of claim 1.
- the cylinder head of an internal combustion engine is characterized by the fact that the screw pipes and the Outer walls are bordered by a frame structure.
- a frame structure covering the outer walls and the screw pipes includes the cylinder head is an increased rigidity given.
- the bolt forces and the gas forces become while on the outer walls, screw pipes, possibly necessary stiffening intermediate elements and the frame structure distributed and diverted wide areas of the cylinder head.
- This is an equal tightening of all cylinder head bolts possible without causing bending of the cylinder head takes place, for example because of too large Screw forces the at the ends of the cylinder head arranged cylinder head bolts.
- the frame structure designed as a circumferential profile around the cylinder head.
- a circumferential profile which creates a closed Body becomes the stiffening effect of the frame structure enlarged, for example, as a bending beam trained profile, which is connected to the cylinder head.
- the Frame structure an annular hollow profile, reducing the stiffness both the profile and the entire cylinder head is further increased.
- Another advantage of Execution of the frame structure as a hollow profile lies in the easy pourability without damaging material accumulation or wall thickness changes.
- the hollow profile at least in sections as a conduit for gases or liquids be used.
- the frame structure in one piece with the cylinder head. This results in a particularly simple and easy production of the component at the same time optimal transmission and Forwarding of unevenly occurring forces in the Cylinder head. Furthermore, by a Caribbeangie, the Frame structure and the cylinder head the outline contour of Cylinder head only slightly increased.
- the frame structure directly or via cast bars with the screw pipes connected.
- a connection of the frame structure not only with the outer walls of the cylinder head, but also with the screw pipes of the cylinder head bolts becomes improves the stiffening effect of the frame structure.
- the Connection takes place by direct contact or pouring the Frame structure to the screw pipes or for example by rigid connections in the form of ribs.
- the single figure shows a cylinder head according to the invention in a top view.
- a cylinder head 1 is not shown in detail Internal combustion engine in a row design greatly simplified from above shown, i. in the cylinder direction with a view in the so-called Oil chamber.
- the cylinder head 1 is as a cylinder head for two Cylinder is shown, however, is in the same way too a cylinder head for an internal combustion engine with several Cylinders in a row possible.
- the illustrated cylinder head consists essentially of outer walls 2 and screw pipes 3 for cylinder head bolts, not shown. Gas exchange valves and associated channels are for reasons the clarity not shown.
- the screw pipes 3 are enclosed by a frame structure 4.
- the frame structure 4 is as a closed profile executed, which revolves around the entire cylinder head 1 and stiffen him.
- the frame structure 4 can be designed as a hollow profile be or poured out.
- the frame structure 4 is on one side of the cylinder head 1 tangentially with the screw pipes 3 connected or merged and in one exemplary execution on the other hand over short Webs 5 connected to the screw pipes and distributed the Screw forces the cylinder head bolts on a larger Section of the cylinder head 1. In this way it is possible both central and terminal cylinder head bolts or screw pipes 3, 3a perform similar and to bolt without uneven loads, deformations or tensions occur.
- the screw pipes 3 are symmetrical order arranged two cylinders, not shown.
- the screw pipes 3 are connected by outer walls 2, which center in the figure are formed on the screw pipes.
- An eccentric or tangential connection of the outer walls 2 with the screw pipes 3 is also possible.
- the two terminal screw pipes 3a and cylinder head bolts consider only one idealized Half of the last cylinder.
- the middle screw pipes or cylinder head bolts act idealized considered twice a half of the adjacent cylinder. Consequently are the terminal screw pipes or cylinder head bolts less stressed and thus theoretically be more biased or dimensioned.
- Tightening torques or other differences in the gland is the frame structure 4 firmly connected to the screw pipes 3. In this way transfers the higher load of the terminal screw pipes 3a on the adjacent screw pipes 3 and makes the load inside the cylinder head 1 even.
- the cylinder head 1 as a whole in the case of high loads resulting from combustion, essential stiffened. This results in advantages in the design a cylinder head gasket and the adjoining it Sections of the cylinder housing and the cylinder head.
- Frame structure 4 not only with the screw pipes 2 too connect, but also with the outer walls. 2 and thus the frame structure as integral To make part of the cylinder head 1.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine
with the features of the preamble of
Zylinderköpfe von Brennkraftmaschinen weisen im allgemeinen einen Boden, ein Dach, Außenwände, Gaswechselkanäle und Schraubenpfeifen für die Zylinderkopfbefestigung auf. Diese Bauelemente sind an Berührstellen zusammengegossen oder durch Rippen gezielt versteifend verbunden. Die Außenwände eines Zylinderkopfes schließen den Kopf dicht ab und versteifen ihn. Derartige Versteifungen sind ausreichend bei üblichen bisher bekannten Belastungen durch die Verbrennung im Brennraum und die Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben. Um eine gleichmäßige Vorspannung der Zylinderkopfdichtung durch die Zylinderkopfschrauben zu erreichen, wird die Zylinderkopfverschraubung, die vor dem ersten und nach dem letzten Zylinder eines Reihenzylinderkopfes in Randlage angeordnet ist, unterschiedlich zu einer mittigen Zylinderkopfverschraubung ausgeführt. Dies kann durch unterschiedliche Schrauben oder Anzugsmomente ausgeführt sein, was beides zu fehlerhaften Verschraubungen durch Verwechseln der Schrauben oder falsches Anziehen führen kann. Cylinder heads of internal combustion engines generally have a floor, a roof, exterior walls, gas exchange ducts and Screw pipes for cylinder head mounting on. These Components are poured together at points of contact or through Ribs purposefully stiffening connected. The outer walls of a Cylinder head close the head tight and stiffen him. Such stiffeners are sufficient in conventional previously known burdens due to combustion in the combustion chamber and the preload forces of the cylinder head bolts. Around a uniform bias of the cylinder head gasket to reach the cylinder head bolts, the cylinder head bolt, before the first and after the last Cylinder of a row cylinder head arranged in peripheral position is, unlike a central cylinder head screw executed. This can be done by different screws or tightening torques, both of which are faulty Fittings by confusing the screws or wrong Attracting can cause.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
bereitzustellen, der eine gleichartige Verschraubung
aller Zylinderkopfschrauben ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.The object of the invention is to provide a cylinder head of an internal combustion engine, which allows a similar screwing all cylinder head bolts.
This object is achieved by a cylinder head with the features of
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Schraubenpfeifen und die Außenwände von einer Rahmenstruktur eingefasst sind. Durch eine Rahmenstruktur, die die Außenwände und die Schraubenpfeifen umfasst, wird dem Zylinderkopf eine erhöhte Steifigkeit gegeben. Die Schraubenkräfte und die Gaskräfte werden dabei über die Außenwände, Schraubenpfeifen, eventuell nötige versteifende Zwischenelemente und die Rahmenstruktur auf weite Bereiche des Zylinderkopfes verteilt und umgeleitet. Dadurch ist ein gleichstarkes Anziehen aller Zylinderkopfschrauben möglich, ohne dass ein Durchbiegen des Zylinderkopfes erfolgt, beispielsweise wegen zu großer Schraubenkräfte der an den Enden des Zylinderkopfes angeordneten Zylinderkopfschrauben. Gleichzeitig verhindert die Rahmenstruktur eine Verformung des Zylinderkopfes unter Belastungen wie Schraubenanzug oder Verbrennungsdruck.The cylinder head of an internal combustion engine according to the invention is characterized by the fact that the screw pipes and the Outer walls are bordered by a frame structure. By a frame structure covering the outer walls and the screw pipes includes, the cylinder head is an increased rigidity given. The bolt forces and the gas forces become while on the outer walls, screw pipes, possibly necessary stiffening intermediate elements and the frame structure distributed and diverted wide areas of the cylinder head. This is an equal tightening of all cylinder head bolts possible without causing bending of the cylinder head takes place, for example because of too large Screw forces the at the ends of the cylinder head arranged cylinder head bolts. Simultaneously prevented the frame structure under a deformation of the cylinder head Loads such as screw tightening or combustion pressure.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rahmenstruktur als ein um den Zylinderkopf umlaufendes Profil ausgebildet. Durch ein umlaufendes Profil, das dadurch einen geschlossenen Körper bildet, wird der versteifende Effekt der Rahmenstruktur vergrößert gegenüber beispielsweise einem als Biegebalken ausgebildeten Profil, das am Zylinderkopf angebunden ist. Dadurch, dass das umlaufende Profil geschlossen ausgeführt ist, werden ungleichförmig auftretende Kräfte auf weite Bereiche des Zylinderkopfes übertragen und verteilt. In one embodiment of the invention, the frame structure designed as a circumferential profile around the cylinder head. Through a circumferential profile, which creates a closed Body becomes the stiffening effect of the frame structure enlarged, for example, as a bending beam trained profile, which is connected to the cylinder head. By running the revolving profile closed is, unevenly occurring forces are on wide Transfers and distributes areas of the cylinder head.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Rahmenstruktur ein ringförmiges Hohlprofil, wodurch die Steifigkeit sowohl des Profils als auch des gesamten Zylinderkopfes weiter vergrößert wird. Ein weiterer Vorteil der Ausführung der Rahmenstruktur als Hohlprofil liegt in der problemlosen Gießbarkeit ohne schädliche Materialanhäufungen oder Wandstärkeänderungen. Vorzugsweise kann das Hohlprofil wenigstens abschnittsweise als Leitung für Gase oder Flüssigkeiten verwendet werden.In a further embodiment of the invention, the Frame structure an annular hollow profile, reducing the stiffness both the profile and the entire cylinder head is further increased. Another advantage of Execution of the frame structure as a hollow profile lies in the easy pourability without damaging material accumulation or wall thickness changes. Preferably, the hollow profile at least in sections as a conduit for gases or liquids be used.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Rahmenstruktur mit dem Zylinderkopf einstückig zusammengegossen. Dies ergibt eine besonders einfache und problemlose Herstellung des Bauteils bei gleichzeitig optimaler Übertragung und Weiterleitung von ungleichmäßig auftretenden Kräften im Zylinderkopf. Weiterhin wird durch ein Zusammengießen der Rahmenstruktur und des Zylinderkopfes die Umrisskontur des Zylinderkopfes nur unwesentlich vergrößert.In a further embodiment of the invention, the frame structure in one piece with the cylinder head. This results in a particularly simple and easy production of the component at the same time optimal transmission and Forwarding of unevenly occurring forces in the Cylinder head. Furthermore, by a Zusammengießen the Frame structure and the cylinder head the outline contour of Cylinder head only slightly increased.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Rahmenstruktur direkt oder über gegossene Stege mit den Schraubenpfeifen verbunden. Durch eine Verbindung der Rahmenstruktur nicht nur mit den Außenwänden des Zylinderkopfes, sondern auch mit den Schraubenpfeifen der Zylinderkopfschrauben wird die versteifende Wirkung der Rahmenstruktur verbessert. Die Verbindung erfolgt durch direktes An- bzw. Zusammengießen der Rahmenstruktur an die Schraubenpfeifen oder aber beispielsweise durch steife Verbindungen in Form von Rippen. Durch diese Gestaltung lässt sich die Rahmenstruktur auch innerhalb der Außenwände des Zylinderkopfes anordnen, wodurch kein zusätzlicher Bauraum im Außenbereich benötigt wird.In a further embodiment of the invention, the frame structure directly or via cast bars with the screw pipes connected. Through a connection of the frame structure not only with the outer walls of the cylinder head, but also with the screw pipes of the cylinder head bolts becomes improves the stiffening effect of the frame structure. The Connection takes place by direct contact or pouring the Frame structure to the screw pipes or for example by rigid connections in the form of ribs. By This design also allows the frame structure within arrange the outer walls of the cylinder head, creating no additional Space is needed outdoors.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further features and combinations of features emerge the description as well as the drawings. Specific embodiments The invention is simplified in the drawings shown and in the following description in more detail explained.
Dabei zeigt die einzige Figur einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer Draufsicht.The single figure shows a cylinder head according to the invention in a top view.
In Figur ist ein Zylinderkopf 1 einer nicht näher gezeigten
Brennkraftmaschine in Reihenbauart stark vereinfacht von oben
gezeigt, d.h. in Zylinderrichtung mit Blick in den sogenannten
Ölraum. Der Zylinderkopf 1 ist als Zylinderkopf für zwei
Zylinder dargestellt, jedoch ist in der gleichen Weise auch
ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit mehreren
Zylindern in einer Reihe möglich. Der Übersichtlichkeit wegen
ist der Zylinderkopf 1 auf seine erfindungsrelevanten
Elemente reduziert dargestellt. Der dargestellte Zylinderkopf
besteht im wesentlichen aus Außenwänden 2 und Schraubenpfeifen
3 für nicht gezeigte Zylinderkopfschrauben.
Gaswechselventile und dazugehörende Kanäle sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.In FIG. 1, a
Die Schraubenpfeifen 3 sind von einer Rahmenstruktur 4 umschlossen.
Die Rahmenstruktur 4 ist als geschlossenes Profil
ausgeführt, das um den gesamten Zylinderkopf 1 umläuft und
ihn versteift. Die Rahmenstruktur 4 kann als Hohlprofil ausgeführt
sein oder vollgegossen. Die Rahmenstruktur 4 ist auf
einer Seite des Zylinderkopfes 1 tangential mit den Schraubenpfeifen
3 verbunden bzw. zusammengegossen und in einer
beispielhaften Ausführung auf der anderen Seite über kurze
Stege 5 mit den Schraubenpfeifen verbunden und verteilt die
Schraubenkräfte der Zylinderkopfschrauben auf einen größeren
Abschnitt des Zylinderkopfs 1. Auf diese Weise ist es möglich,
sowohl mittige als auch endständige Zylinderkopfschrauben
bzw. Schraubenpfeifen 3, 3a gleichartig auszuführen und
zu verschrauben, ohne dass ungleiche Belastungen, Verformungen
oder Spannungen auftreten.The
Im Zylinderkopf 1 sind die Schraubenpfeifen 3 symmetrisch um
zwei nicht gezeigte Zylinder angeordnet. Die Schraubenpfeifen
3 sind durch Außenwände 2 verbunden, die in der Figur mittig
an den Schraubenpfeifen angeformt sind. Eine exzentrische
oder tangentiale Verbindung der Außenwände 2 mit den Schraubenpfeifen
3 ist ebenfalls möglich.In the
Die beiden endständigen Schraubenpfeifen 3a bzw. Zylinderkopfschrauben
beaufschlagen idealisiert betrachtet nur eine
Hälfte des letzten Zylinders. Die mittleren Schraubenpfeifen
bzw. Zylinderkopfschrauben beaufschlagen idealisiert betrachtet
zweimal eine Hälfte des benachbarten Zylinders. Somit
sind die endständigen Schraubenpfeifen bzw. Zylinderkopfschrauben
weniger stark beansprucht und müssten somit theoretisch
stärker vorgespannt oder dimensioniert werden. Um dies
zu umgehen und einer Verwechslung in der Montage vorzubeugen,
ist es vorteilhaft, den Zylinderkopf erfindungsgemäß zu
gestalten, damit die Schraubenkräfte auf eine breitere Basis
verteilt werden und eine einheitliche Verschraubung für alle
Zylinderkopfschrauben zu ermöglichen. Um einen Ausgleich der
Belastungen herbeizuführen, ohne auf unterschiedliche Zylinderkopfschrauben,
Anzugsmomente oder sonstige Unterschiede in
der Verschraubung zurückzugreifen, ist die Rahmenstruktur 4
fest mit den Schraubenpfeifen 3 verbunden. Auf diese Weise
überträgt sich die höhere Belastung der endständigen Schraubenpfeifen
3a auf die benachbarten Schraubenpfeifen 3 und
vergleichmäßigt die Belastung innerhalb des Zylinderkopfes 1.The two terminal screw pipes 3a and cylinder head bolts
consider only one idealized
Half of the last cylinder. The middle screw pipes
or cylinder head bolts act idealized considered
twice a half of the adjacent cylinder. Consequently
are the terminal screw pipes or cylinder head bolts
less stressed and thus theoretically
be more biased or dimensioned. To this
to avoid and to avoid a confusion in the assembly,
it is advantageous to the cylinder head according to the invention
shape, so that the bolt forces on a broader basis
be distributed and a uniform screwing for all
To allow cylinder head bolts. To compensate for the
Create loads without relying on different cylinder head bolts,
Tightening torques or other differences in
the gland is the
Weiterhin wird durch die versteifende Wirkung der Rahmenstruktur
4 der Zylinderkopf 1 als Ganzes auch im Falle von
hohen Belastungen, die aus der Verbrennung herrühren, wesentlich
versteift. Dadurch ergeben sich Vorteile in der Gestaltung
einer Zylinderkopfdichtung und der daran grenzenden
Abschnitte des Zylindergehäuses und des Zylinderkopfes.Furthermore, by the stiffening effect of the
In einer nicht gezeigten Ausführung ist es möglich, die
Rahmenstruktur 4 nicht nur mit den Schraubenpfeifen 2 zu
verbinden, sondern ebenfalls mit den Außenwänden 2
zusammenzufügen und somit die Rahmenstruktur als integralen
Bestandteil des Zylinderkopfes 1 zu gestalten.In an embodiment, not shown, it is possible to
Claims (5)
dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenpfeifen (3) und die Außenwände (2) von einer Rahmenstruktur (4) eingefasst sind.Cylinder head of an internal combustion engine with a plurality of screw pipes for fastening the cylinder head to a cylinder housing and a plurality of outer walls which bound the cylinder head,
characterized in that the screw pipes (3) and the outer walls (2) are enclosed by a frame structure (4).
dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstruktur (4) als ein um den Zylinderkopf (1)umlaufendes Profil ausgebildet ist.Cylinder head according to claim 1,
characterized in that the frame structure (4) is formed as a circumferential to the cylinder head (1) profile.
dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstruktur (4) ein ringförmiges Hohlprofil umfasst.Cylinder head according to claim 1 or 2,
characterized in that the frame structure (4) comprises an annular hollow profile.
dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstruktur (4) mit dem Zylinderkopf (1) einstückig zusammengegossen ist. Cylinder head according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the frame structure (4) with the cylinder head (1) is integrally molded together.
dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenstruktur (4) direkt oder über gegossene Stege (5) mit den Schraubenpfeifen (3) verbunden ist.Cylinder head according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the frame structure (4) is connected directly or via cast webs (5) with the screw pipes (3).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10352722 | 2003-11-12 | ||
DE2003152722 DE10352722A1 (en) | 2003-11-12 | 2003-11-12 | Cylinder head of an internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP1531254A1 true EP1531254A1 (en) | 2005-05-18 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP04025629A Withdrawn EP1531254A1 (en) | 2003-11-12 | 2004-10-28 | Cylinder head for an internal combustion engine |
Country Status (2)
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DE (1) | DE10352722A1 (en) |
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---|---|---|---|---|
DE102006041519A1 (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-20 | Ford Global Technologies, LLC, Dearborn | Method for connecting cylinder head with cylinder block, involves arranging seal between cylinder block and cylinder head, where bores are provided in cylinder head and in cylinder block |
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GB668966A (en) * | 1950-03-10 | 1952-03-26 | Gerhard Rothmann | Improvements in and relating to air-cooled internal combustion engines provided witha cylinder head of light metal |
GB906487A (en) * | 1960-03-24 | 1962-09-19 | Alfa Romeo Spa | Air-cooled internal combustion engine |
US5873331A (en) * | 1997-03-29 | 1999-02-23 | Daimler-Benz A.G. | Cylinder head for a multi-cylinder internal combustion engine |
-
2003
- 2003-11-12 DE DE2003152722 patent/DE10352722A1/en not_active Withdrawn
-
2004
- 2004-10-28 EP EP04025629A patent/EP1531254A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10352722A1 (en) | 2005-06-09 |
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