EP1611354A1 - Hubkolbenmaschine - Google Patents

Hubkolbenmaschine

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Publication number
EP1611354A1
EP1611354A1 EP04710821A EP04710821A EP1611354A1 EP 1611354 A1 EP1611354 A1 EP 1611354A1 EP 04710821 A EP04710821 A EP 04710821A EP 04710821 A EP04710821 A EP 04710821A EP 1611354 A1 EP1611354 A1 EP 1611354A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
reciprocating piston
diaphragm
working
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04710821A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KNF Neuberger GmbH
Original Assignee
KNF Neuberger GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KNF Neuberger GmbH filed Critical KNF Neuberger GmbH
Publication of EP1611354A1 publication Critical patent/EP1611354A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating piston machine with at least one working diaphragm and / or at least one additional diaphragm made of elastomeric material and with an oscillating lifting drive, which engages a central area of the membrane, with a peripheral edge area clamped in the reciprocating machine between the central area of the diaphragm and the peripheral area clamped in the reciprocating machine Pump movements deforming membrane area is provided.
  • a reciprocating piston machine of the type mentioned at the outset is known, which is designed as a diaphragm pump.
  • the diaphragm pump known from DE 198 34 468 C1 has a working diaphragm, which serves as a reciprocating piston and is made of elastomeric material and is clamped with its peripheral edge region in the pump housing.
  • An oscillating linear actuator acts on the central area of the working diaphragm, causing the working diaphragm to pump.
  • a rigid mandrel is molded into the central area of the working diaphragm, which is connected to a connecting rod of the pump drive.
  • a likewise rigid support element is elastically connected to the mandrel, which stiffens the working membrane and limits the membrane or flex area deforming during the pumping movements to a comparatively small ring zone of the membrane.
  • Another proposal for solving the task outlined above provides that the membrane cross-section of the working and / or additional membrane in its deformable membrane area is dimensioned such that approximately the same stresses or elastic deformations occur in the near-surface zones of the deformable membrane area during the pumping movements.
  • An additional, also independently worthy of protection, proposal to solve the above-mentioned problem also provides that the working and / or additional membrane has at least two cantilever-shaped ring zones in its deformable membrane area, which in a cross-sectional narrowing of the Membrane merge into each other, and that the membrane cross-section in the ring zones widens from the cross-sectional constriction.
  • the working and / or additional membrane of the reciprocating piston machine according to the invention is dimensioned in its deformable membrane area such that during pumping movements in the zones near the surface of the membrane area deforming during pumping movements set approximately the same tensions or elastic deformations. Since partial stress peaks in the membrane area near the surface are avoided in the working and / or additional membrane of the reciprocating piston machine according to the invention, the geometric deformation required by the lifting movement of the working and / or additional membrane is not represented by two ring zones serving as hinges, but by two flowing curves, the curves of which Unification point, depending on the stroke position, may be located at a different point on the radial between the central region and the circumferential region clamped in the reciprocating piston machine.
  • the reciprocating machine according to the invention is distinguished by the long-lasting and low-noise mode of operation of its working and / or additional membranes.
  • the membrane cross section in the ring zones widens linearly at least in some areas.
  • a particularly advantageous embodiment according to the invention consists in that the cross-sectional constriction is arranged in the range from 0.6 to 0.8 of the diameter of the deformable membrane area.
  • the reciprocating piston machine is designed as a diaphragm pump, the high-speed working and / or additional diaphragm of which is regularly exposed to a particular load.
  • the working diaphragm of such a diaphragm pump can be designed as a shape or as a flat diaphragm. While a molded part connected to the connecting rod of the linear actuator is molded into the elastomeric material of the membrane in order to be able to adapt the upper side of the diaphragm facing the pump chamber to the cross-section of the pump chamber in such a way that the molded membrane completely fills the pump chamber at top dead center Flat diaphragm clamped in its central area between the upper end of the connecting rod and, on the upper side of the diaphragm facing the pump chamber, a thrust washer.
  • Fig. 1 shows a diaphragm pump in a partial longitudinal section in the region of its pump head having a working diaphragm
  • FIG. 2 shows the diaphragm pump from FIG. 1 in the detailed view indicated by dash-dotted lines in FIG. 1.
  • Fig. 1 a serving as a piston working diaphragm 1 of a piston pump designed as a diaphragm pump is shown in a partial cross section.
  • the working membrane 1 consists of an elastomeric material, into which a molded part 2 is molded. While the molded part 2, which forms the central region 3 of the diaphragm 1, is connected to an oscillating connecting rod 4 of a lifting drive (not shown further here), the peripheral edge region 5 of the diaphragm 1 is clamped in the pump head 6 of the reciprocating piston machine.
  • a membrane or flexing region M is provided which deforms during the oscillating pumping movements.
  • the membrane cross section of the working membrane 1 in its deformable membrane area M is dimensioned such that during the pumping movements in the surface near zones of the deformable membrane area M approximately the same stresses or elastic deformations arise.
  • the geometric deformation required by the lifting movement is not represented by two hinge ring zones, as is known in the case of previously known working or additional diaphragms, but by two curves flowing into one another, the joining point of which, depending on the lifting position, per se another location of the radial between the membrane center 3 and the clamping point 5 may be.
  • These curves result from the fact that the thickness of the elastomer used for the membrane 1 is dimensioned at every point of the membrane 1 in such a way that these two flowing curves come about when the membrane is deformed by the stroke.
  • the working membrane 1 has two cantilever-shaped ring zones 7, 8 , which merge into one another in the outer peripheral region of the movable membrane region M.
  • These cantilever-shaped ring zones 7, 8 are designed and dimensioned such that in the starting position of the working membrane 1 in each ring zone 7, 8 the stress permitted for the ring zones 7, 8 occurs evenly under the intended load.
  • the cantilever-shaped ring zones 7, 8 are characterized in that the membrane cross-section in these ring zones 7, 8 widens from the cross-sectional constriction 9 outwards (ring zone 8) or inwards (ring zone 7).
  • ring zone 8 the membrane cross section of the working membrane 1 in these ring zones 7, 8 is expanded linearly at least in some areas.
  • the cross-sectional constriction 9 is arranged in the range from 0.6 to 0.8 of the diameter of the deformable membrane region M and forms the intersection of the extensions of the ring-zone undersides defined by the ring zones 7, 8, which is approximately in the thinnest point of the cross-sectional constriction 9.
  • the diaphragm pump shown here is distinguished by the long-lasting and low-noise mode of operation of its working diaphragm 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit zumindest einer Membrane (1) aus elastomerem Material sowie mit einem oszillierenden Hubantrieb, der an einem Zentralbereich (3) der Membrane (1) angreift, wobei zwischen dem Zentralbereich (3) der Membrane und ihrem in der Hubkolbenmaschine eingespannten Umfangsrandbereich (5) ein sich während der oszillierenden Pumpbewegungen verformender Membranbereich (M) vorgesehen ist. Für die erfindungsgemässe Hubkolbenmaschine ist u.a. kennzeichnend, dass die Arbeits- und/oder Zusatzmembrane (1) in ihrem verformbaren Membranbereich zumindest zwei Freiträgerförmige Ringzonen (7, 8) hat, die in einer Querschnittsverengung (9) der Membrane (1) ineinander übergehen, und dass sich der Membranquerschnitt in den Ringzonen (7, 8) jeweils von der Querschnittsverengung (9) aus erweitert. Die Membrane der erfindungsgemässen Hubkolbenmaschine zeichnet sich durch ihre langlebige und geräuscharme Arbeitsweise aus.

Description

Hubkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit zumindest einer Arbeitsmembrane und/oder wenigstens einer Zusatzmembrane aus elastomerem Material sowie mit einem oszillierenden Hubantrieb, der an einem Zentralbereich der Membrane angreift, wobei zwischen dem Zentralbereich der Membrane und ihrem in der Hubkolbenmaschine eingespannten Umfangsrandbereich ein sich während der oszillierenden Pumpbewegungen verformender Membranbereich vorgesehen ist.
Aus der DE 198 34 468 Cl ist bereits eine Hubkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art bekannt, die als Membranpumpe ausgestaltet ist. Die aus DE 198 34 468 C1 vorbekannte Membranpumpe hat eine als Hubkolben dienende Arbeitsmembrane aus elastomerem Material, die mit ihrem Umfangsrandbereich im Pumpengehäuse eingespannt ist. Am Zentralbereich der Arbeitsmembrane greift ein oszillierender Hubantrieb an, der die Arbeitsmembrane in Pumpbewegungen versetzt. Dazu ist in den Zentralbereich der Arbeitsmembrane ein starrer Formkern eingeformt, der mit einer Pleuelstange des Pumpantriebs verbunden ist. An den Formkern ist ein ebenfalls starres Stützelement elastisch angebunden, dass die Arbeitsmembran aussteift und den sich während der Pumpbewegungen verformenden Membran- oder Walkbereich auf eine vergleichsweise kleine Ringzone der Membrane begrenzt.
Bei den Arbeits- und/oder Zusatzmembranen vorbekannter Hubkolbenmaschinen ergeben sich durch die Pumpbewegungen regelmäßig zwei ringförmige Scharnierzonen, von denen eine in dem im Pumpengehäuse eingespannten Umfangsrandbereich und die andere am Innenumfang des Walkbereichs angeordnet ist . In diesen Scharnierzonen sind die Arbeits- und Zusatzmembranen einer erhöhten Belastung ausgesetzt, die zu Schädigungen des für die Membrane verwendeten Elastomers, zu Funktionsstörungen der Hubkolbenmaschine und zu einer erhöhten Geräuschbildung führen kann.
Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Hubkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Arbeitsund/oder Zusatzmembrane sich durch eine lange Lebensdauer und eine sichere Funktionsweise auszeichnet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Hubkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass die durch den Hub unterschiedliche geometrische Anpassung der Arbeits- und/oder Zusatzmembrane an die durch die in ihrem Zentralbereich und am Umfangsrandbereich vorgesehenen Befestigungsstellen durch zwei ineinander fließende Kurven entsteht, die durch eine entsprechende Formgebung der Membrane zustande kommt .
Ein weiterer Vorschlag zur Lösung der oben umschriebenen Aufgabe sieht vor, dass der Membranquerschnitt der Arbeitsund/oder Zusatzmembrane in ihrem verformbaren Membranbereich derart bemessen ist, dass während der Pumpbewegungen in den oberflächennahen Zonen des verformbaren Membranbereichs annähernd gleiche Spannungen beziehungsweise elastische Verformungen entstehen.
Ein zusätzlicher, ebenfalls eigenständig schutzwürdiger Vorschlag zur Lösung der obengenannten Aufgabenstellung sieht des weiteren vor, dass die Arbeits- und/oder Zusatzmembrane in ihrem verformbaren Membranbereich zumindest zwei Freiträger- förmige Ringzonen hat, die in einer Querschnittsverengung der Membrane ineinander übergehen, und dass sich der Membranquerschnitt in den Ringzonen jeweils von der Querschnittsverengung aus erweitert.
Die Arbeits- und/oder Zusatzmembrane der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine ist in ihrem verformbaren Membranbereich derart bemessen, dass während der Pumpbewegungen in den oberflächennahen Zonen des während der Pumpbewegungen verformenden Membranbereichs annähernd gleiche Spannungen beziehungsweise elastische Verformungen einstellen. Da bei der Arbeits- und/oder Zusatzmembrane der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine partielle Spannungsspitzen im oberflächennahen Membranbereich vermieden werden, wird die durch die Hubbewegung der Arbeitsund/oder Zusatzmembrane erforderliche geometrische Verformung nicht durch zwei als Scharniere dienende Ringzonen, sondern durch zwei ineinander fließende Kurven dargestellt, deren Vereinigungspunkt, je nach Hubstellung, sich an einer anderen Stelle der Radialen zwischen dem Zentralbereich und dem in der Hubkolbenmaschine eingespannten Umfangsbereich liegen kann. Diese Kurven entstehen dadurch, dass die Stärke des für die Membrane verwendeten Elastomers an jeder Stelle der Membrane so gewählt wird, dass bei der Membranverformung durch den Hub diese beiden ineinander fließenden Kurven zustande kommen. Dies wird insbesondere durch die beiden Freiträger-förmigen Ringzonen erreicht, die so gestaltet und dimensioniert sind, dass in Ausgangsstellung der Membrane in jeder dieser Ringzonen unter der vorgesehenen Belastung die für die Ringzonen zugelassene Spannung gleichmäßig auftritt. Die Freiträger- förmigen Ringzonen zeichnen sich dadurch aus, dass sich der Membranquerschnitt in diesen Ringzonen jeweils von der Querschnittsverengung aus nach außen (äußere Ringzone) beziehungsweise nach innen (innere Ringzone) erweitert. Da die Arbeits- und/oder Zusatzmembrane der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine somit keine, einer besonderen Belastung ausgesetzte Scharnierzonen hat, zeichnet sich die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine durch die langlebige und geräuscharme Arbeitsweise ihrer Arbeits- und/oder Zusatzmembranen aus.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn sich der Membranquerschnitt in den Ringzonen zumindest bereichsweise linear erweitert.
Eine besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform gemäß der Erfindung besteht darin, dass die Querschnittsverengung im Bereich von 0,6 bis 0,8 des Durchmessers des verformbaren Membranbereichs angeordnet ist.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hubkolbenmaschine als Membranpumpe ausgestaltet ist, deren schnelllaufende Arbeits- und/oder Zusatzmembrane regelmäßig einer besonderen Belastung ausgesetzt ist.
Die Arbeitsmembrane einer solchen Membranpumpe kann als Formoder als Flachmembrane ausgestaltet sein. Während bei der Formmembrane ein mit der Pleuelstange des Hubantriebes verbundenes Formteil in das elastomere Material der Membrane eingeformt ist, um die dem Pumpraum zugewandte Membranoberseite an den Querschnitt des Pumpraums derart formanpassen zu können, dass die Formmembrane im oberen Totpunkt den Pumpraum vollständig ausfüllt, ist die Flachmembrane in ihrem Zentralbereich zwischen dem oberen Ende der Pleuelstange und, auf ihrer dem Pumpraum zugewandten Membranoberseite, einer Druckscheibe einge- spannt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausfuhrungsform gemäß der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Membranpumpe in einem Teil-Längsschnitt im Bereich ihres eine Arbeitsmembrane aufweisenden Pumpenkopfes , und
Fig. 2 die Membranpumpe aus Fig. 1 in der in Fig. 1 strichpunktiert gekennzeichneten Detailansicht.
In Fig. 1 ist eine als Hubkolben dienende Arbeitsmembrane 1 einer als Membranpumpe ausgestalteten Hubkolbenmaschine in einem Teilquerschnitt dargestellt. Die Arbeitsmembrane 1 besteht aus einem elastomerem Material, in das ein Formteil 2 eingeformt ist. Während das den Zentralbereich 3 der Membrane 1 bildende Formteil 2 mit einer oszillierenden Pleuelstange 4 eines hier nicht weiter dargestellten Hubantriebes verbunden ist, ist der Umfangsrandbereich 5 der Membrane 1 im Pumpenkopf 6 der Hubkolbenmaschine eingespannt.
Zwischen dem Zentralbereich 3 der Membrane 1 und ihrem in der Hubkolbenmaschine eingespannten Umfangsrandbereich 5 ist ein sich während der oszillierenden Pumpbewegungen verformender Membran- oder Walkbereich M vorgesehen.
Um materialverschleißende und gegebenenfalls auch lärmverur- sachende Spannungsspitzen im oberflächennahen Bereich der Membrane 1 zu vermeiden, ist der Membranquerschnitt der Arbeitsmembrane 1 in ihrem verformbaren Membranbereich M derart bemessen, dass während der Pumpbewegungen in den Oberflächen- nahen Zonen des verformbaren Membranbereichs M annähernd gleiche Spannungen beziehungsweise elastische Verformungen entstehen.
Bei der hier dargestellten Arbeitsmembrane 1 wird die durch die Hubbewegung erforderliche geometrische Verformung nicht - wie bei vorbekannten Arbeits- oder Zusatzmembranen bekannt - durch zwei Scharnier-Ringzonen dargestellt, sondern durch zwei ineinander fließende Kurven, deren Vereinigungspunkt, je nach Hub- Stellung, sich an einer anderen Stelle der Radialen zwischen dem Membranzentrum 3 und der Einspannstelle 5 liegen kann. Diese Kurven entstehen dadurch, dass die Stärke des für die Membrane 1 verwendeten Elastomers an jeder Stelle der Membrane 1 so bemessen ist, dass bei der Membranverformung durch den Hub diese beiden ineinander fließenden Kurven zustande kommen.
Um die während der Walkbewegungen der Membrane auftretenden Spannungen zu reduzieren und um die durch die Hubbewegung erforderliche geometrische Verformung der Membrane nicht durch zwei Scharnierpunkte, sondern durch zwei ineinander fließende Kurven darstellen zu können, weist die Arbeitmembrane 1 zwei Freiträger-förmige Ringzonen 7, 8 auf, die im Außenumfangsbereich des verfahrbaren Membranbereichs M ineinander übergehen. Diese Freiträger-förmigen Ringzonen 7, 8 sind so gestaltet und dimensioniert, dass in Ausgangsstellung der Arbeitsmembrane 1 in jeder Ringzone 7, 8 unter der vorgesehenen Belastung die für die Ringzonen 7, 8 zugelassene Spannung gleichmäßig auftritt. Die Freiträger-förmigen Ringzonen 7, 8 zeichnen sich dadurch aus, dass sich der Membranquerschnitt in diesen Ringzonen 7, 8 jeweils von der Querschnittsverengung 9 aus nach außen (Ringzone 8) beziehungsweise nach innen (Ringzone 7) erweitert. In Fig. 1 und der Detailansicht gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, dass sich der Membranquerschnitt der Arbeitmembrane 1 in diesen Ringzonen 7, 8 zumindest bereichsweise linear erweitert. Dabei ist die Querschnittsverengung 9 im Bereich von 0,6 bis 0,8 des Durchmessers des verformbaren Membranbereichs M angeordnet und bildet den annähernd in der dünnsten Stelle der Querschnittsverengung 9 liegenden Schnittpunkt der durch die Ringzonen 7, 8 definierten Verlängerungen der Ringzonen- Unterseiten.
Da bei der hier dargestellten Arbeitsmembrane 1 partielle Spannungsspitzen im oberflächennahen Membranbereich vermieden werden, zeichnet sich die hier dargestellte Membranpumpe durch die langlebige und geräuscharme Arbeitsweise ihrer Arbeitsmembrane 1 aus .
Ansprüche

Claims

Ansprüche
1. Hubkolbenmaschine mit zumindest einer Arbeitsmembrane (1) und/oder wenigstens einer Zusatzmembrane aus elastomerem Material sowie mit einem oszillierenden Hubantrieb, der an einem Zentralbereich (3) der Membrane (1) angreift, wobei zwischen dem Zentralbereich (3) der Membrane (1) und ihrem in der Hubkolbenmaschine eingespannten Umfangsrandbereich (5) ein sich während der oszillierenden Pumpbewegungen verformender Membranbereich (M) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Hub unterschiedliche geometrische Anpassung der Arbeits- und/oder Zusatzmembrane (1) an die durch die in ihrem Zentralbereich und am Umfangsrandbereich vorgesehenen Befestigungsstellen durch zwei ineinander fließende Kurven entsteht, die durch eine entsprechende Formgebung der Membrane zustande kommt.
2. Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranquerschnitt der Arbeits- und/oder
Zusatzmembrane (1) in ihrem verformbaren Membranbereich
(M) derart bemessen ist, dass während der Pumpbewegungen in den oberflächennahen Zonen des verformbaren
Membranbereichs (M) annähernd gleiche Spannungen beziehungsweise elastische Verformungen entstehen.
3. Hubkolbenmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeits- und/oder Zusatzmembrane in ihrem verformbaren Membranbereich (M) zumindest zwei Freiträger-förmige Ringzonen (7, 8) hat, die in einer Querschnittsverengung (9) der Membrane (1) ineinander übergehen, und dass sich der Membranquerschnitt in den Ringzonen (7, 8) jeweils von der Querschnittsverengung aus erweitert .
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 dadurch gekennzeichnet, dass sich der Membranquerschnitt in den Ringzonen (7, 8) zumindest bereichsweise linear erweitert .
5. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverengung (9) ι im Bereich von 0,6 bis 0,8 des Durchmessers des verformbaren Membranbereiches (M) angeordnet ist.
6. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine als
Membranpumpe ausgestaltet ist.
7. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmembrane der
20 Membranpumpe als Form- oder als Flachmembrane ausgestaltet ist .
8. Arbeits- oder Zusatzmembrane für eine Hubkolbenmaschine, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestaltet ist.
25
Zusammenfassung
EP04710821A 2003-03-22 2004-02-13 Hubkolbenmaschine Withdrawn EP1611354A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10312898A DE10312898A1 (de) 2003-03-22 2003-03-22 Hubkolbenmaschine
PCT/EP2004/001390 WO2004083638A1 (de) 2003-03-22 2004-02-13 Hubkolbenmaschine

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EP04710821A Withdrawn EP1611354A1 (de) 2003-03-22 2004-02-13 Hubkolbenmaschine

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EP (1) EP1611354A1 (de)
DE (1) DE10312898A1 (de)
WO (1) WO2004083638A1 (de)

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