EP2205922A1 - Wärmetauscher, insbesondere ölkühler - Google Patents

Wärmetauscher, insbesondere ölkühler

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EP2205922A1
EP2205922A1 EP08848222A EP08848222A EP2205922A1 EP 2205922 A1 EP2205922 A1 EP 2205922A1 EP 08848222 A EP08848222 A EP 08848222A EP 08848222 A EP08848222 A EP 08848222A EP 2205922 A1 EP2205922 A1 EP 2205922A1
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EP
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heat exchanger
exchanger according
valve
flow
sealing means
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Wolfgang MÜNZ
Thomas Ritter
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Modine Manufacturing Co
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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/12—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing overpressure

Definitions

  • Heat exchangers in particular oil coolers
  • the invention relates to a heat exchanger, for example an oil cooler, having the features of the preamble of claim 1.
  • a pressure-responsive valve is provided as a flow control means that is located at an opening of the local distribution channel.
  • the function of the valve is to allow cold and therefore still viscous oil, the pressure of which is correspondingly high, without having to pass through the channels of the heat exchanger, bypassing the heat exchanger in the manner of a bypass.
  • the oil in the heat exchanger is not cooled and can reach its operating temperature faster. If this temperature is reached, the oil is thinner, the
  • the heat exchanger from the cited document also has sealant. These are rubber seals that surround the openings of the collecting channel like a ring and seal it to a gearbox. The flow directing means and the sealant must be attached to it after soldering the heat exchanger.
  • An oil cooler is known from EP 1 772 693A1, in which a pressure-responsive valve is also provided as a flow-directing means, which, however-in contrast to the prior art described above-is already inserted and soldered into the heat exchanger before soldering. Sealants have not been addressed in the document, but they should be part of such heat exchangers on a regular basis.
  • the object of the invention is to simplify the manufacture and optionally also the assembly of the heat exchanger.
  • the flow directing means is preferably a pressure change responsive valve.
  • the flow director is a rigid element which can only direct the flow in a particular desired direction.
  • the common component is also attached to the heat exchanger, so that it can not be lost in the course of further production or assembly.
  • Fig. 1 - a perspective view of an oil cooler, partially in exploded view
  • Fig. 2 is a view of the oil cooler of Figure 1 in a different perspective
  • Fig. 3 another common component
  • Fig. 4 - a longitudinal section through the base plate of the oil cooler
  • Fig. 5 is an enlarged detail showing the common component
  • FIG. 6 and 7 - a third embodiment in perspective views
  • a so-called caseless heat exchanger is shown as an oil cooler, whose plates 1 have four openings 10.
  • the openings 10 - only two are visible - form a collection channel 12 and a distribution channel 11 for the incoming or exiting medium, in this case for the oil.
  • these channels 11, 12 go between the plates 10 arranged other channels, which are also not visible in the drawing.
  • arrows have been drawn in order to indicate that a liquid coolant flows in and out at the top.
  • the oil flows in and out at the bottom, as indicated by the dashed lines. Because of the embodiment described so far can also be used on the references mentioned above, because it is well known.
  • the oil cooler is connected to a not shown unit, for example to a gearbox or motor housing, whose oil is to be cooled or tempered.
  • the base plate 20 consists in the embodiment shown of three flat plates 20a, 20b, 20c.
  • a common component 50 is arranged, which comprises a sealing means 30 and a flow-guiding means 40.
  • the common component 50 is in the embodiment of metal, for example, a grade 1 4310 stainless steel, which also has suitable elastic properties.
  • the sealant 30 is formed in the manner of a metal bead seal. In Figs. 6 and 7, the circumferentially formed bead 31 can be seen.
  • the flow-directing means of the common component 50 is here a pressure-responsive valve 40.
  • the valve 40 In Figs. 1 and 2, the valve 40 is in the closed position. In this position, the sealant 30 and the valve 40 are approximately in one plane.
  • the common component 50 can be produced by simple forming steps. As an advantage of this arrangement may also be stated that the attachment of the common component 50 made after soldering the oil cooler can be without requiring any insertion openings for the valve 40, which would have to be closed again after insertion.
  • a rigid element was provided as a flow control means 40, by means of which, for example, the flow passing through the channels can be directed to otherwise poorly flowed plate areas or - more generally and in other words - to influence the flow.
  • the common component 50 has bent hooks which serve as fastening means 60 and which engage in corresponding slots 61 or the like in the base plate 20. Thus, the common component 50 is fixed in position and can not be lost in the course of further processing.
  • the sealing means 30 and the flow control means 40 consist of an identical material but rather it depends on the commonality of the component 50.
  • the sealing means 30 may consist of a suitable rubber on which the flow-guiding element 40, which consists for example of metal, is vulcanized. All this is just a matter of cost and convenience in a particular case.
  • the valve 40 could also be a bimetal, which is known to have the property of responding to temperature changes.
  • the base plate 20 already described above as having three parts, has in its middle plate 20b an elongate channel which acts as a bypass channel 5 and is arranged in a very space-saving manner.
  • the plates of the base plate 20 are formed comparatively thin-walled.
  • This bypass channel 5 is connected on one side with the distribution channel 11 in connection.
  • the bypass passage 5 communicates with an aperture 21 disposed in the lowermost plate 20c.
  • the breakthrough 21 is closed by the valve 40 during normal operation of the oil cooler, so that the oil must flow through the channels, not shown, between the plates 1, thereby cooled by means of the other not shown channels between the plates 1 cooling liquid before it leaves the oil cooler via the collection channel 12 again.
  • FIG. 5 shows exactly this situation, namely the valve 40 in the open position. In this position, the valve 40 is at an acute angle to the plane of the sealant 30. Further, Fig. 5 shows that it is expedient to form the valve 40 with a planar formation 41, which is adapted to the dimension of the opening 21, whereby the Sealing effect of the valve 40 can be improved.
  • the training proposed here is also applicable in a combination of the oil cooler with an oil filter.
  • the valve 40 could be as mentioned above - be responsive to temperature changes of the coolant valve.
  • FIGS. 6 and 7 now show another exemplary embodiment which is advantageous for some applications, which differs from the exemplary embodiment already described in that the common component 50 extends over almost the entire surface of the base plate 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Ölkühler, aufgebaut aus einem Stapel von Kanäle bildenden Platten (1 ), wobei die Platten (1 ) wenigstens zwei Öffnungen (10) aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens einen Sammelkanal (11 ) und einen Verteilerkanal (12) ausbilden, die die Kanäle strömungstechnisch verbinden und mit einer Grundplatte (20), die am Plattenstapel angeordnet ist sowie mit wenigstens einem Dichtmittel (30), um den Wärmetauscher beispielsweise zu einem Aggregat hin abzudichten und mit wenigstens einem Strömungslenkungsmittel (40), um die Durchströmung des Wärmetauschers zu beeinflussen. Um die Herstellung des Wärmetauschers weiter zu vereinfachen wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Dichtmittel (30) und das Strömungslenkungsmittel (40) ein gemeinsames Bauteil (50) darstellen.

Description

Wärmetauscher, insbesondere Ölkühler
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Ölkühler, der die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1 aufweist.
Der im Oberbegriff beschriebene Wärmetauscher (Ölkühler) ist aus der DE 195 39 255A1 bekannt. In der Fig. 5 dieser Druckschrift ist ein auf Druck ansprechendes Ventil als Strömungslenkungsmittel vorgesehen, dass sich an einer Öffnung des dortigen Verteilerkanals befindet. Das Ventil hat die Aufgabe, kaltes und deshalb noch dickflüssiges Öl, dessen Druck entsprechend hoch ist, zu gestatten, ohne die Kanäle des Wärmetauschers durchströmen zu müssen, nach Art eines Bypasses, den Wärmetauscher zu passieren. Dadurch wird das Öl im Wärmetauscher nicht gekühlt und kann schneller seine Betriebstemperatur erreichen. Ist diese Temperatur erreicht wird das Öl dünnflüssiger, der
Druck geht zurück, und das Ventil schließt den Bypass, wodurch die Ölkühlung in den Kanälen eingeleitet wird. Der Wärmetauscher aus der erwähnten Druckschrift besitzt auch Dichtmittel. Dabei handelt es sich um Gummidichtungen, die die Öffnungen des Sammelkanals ringartig umgreifen und zu einem Getriebe hin abdichten. Das Strömungslenkungsmittel und das Dichtmittel müssen nach dem Löten des Wärmetauschers an demselben angebracht werden.
Aus der EP 1 772 693A1 ein Ölkühler bekannt, bei dem als Strömungslenkungsmittel zwar ebenfalls ein auf den Druck ansprechendes Ventil vorgesehen ist, das jedoch - im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik - bereits vor dem Löten in den Wärmetauscher eingesetzt und mitgelötet wird. Dichtmittel sind in dem Dokument nicht angesprochen worden, sie sollten aber regelmä- ßig zu solchen Wärmetauschern gehören.
Weiterer mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 etwa übereinstimmender Stand der Technik ist beispielsweise in den Patentanmeldungen EP 1 715 146 A1 , EP 1 715 147 A1 oder in der WO 2006/097086A1 enthalten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung und gegebenenfalls auch die Montage des Wärmetauschers zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gestalteten Wärmetauscher mit den Merkmalen aus dessen Kennzeichen gelöst. Da das Dichtmittel und das Strömungslenkungsmittel als ein gemeinsames Bauteil - also einstückig - ausgebildet sind, wird die Herstellung vereinfacht, weil ein Einzelteil weniger vorhanden ist als im
Stand der Technik. Das Strömungslenkungsmittel ist vorzugsweise ein auf Druckänderung reagierendes Ventil. Es ist jedoch beabsichtigt, Anwendungen begrifflich zu umfassen, bei denen es sich bei dem Strömungslenkungsmittel um ein starres Element handelt, welches lediglich die Strömung in eine bestimmte gewünschte Richtung lenken kann. Das gemeinsame Bauteil ist unter anderem auch am Wärmetauscher befestigt, sodass es im Zuge der weiteren Herstellung bzw. der Montage nicht verloren gehen kann.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die abhängigen Ansprüche 2 - 13 verwiesen, die als an dieser Stelle detailliert genannt betrachtet werden sollen.
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung enthält weitere Merkmale und deren Vorteile. Die beigefügten Figuren zeigen Folgendes:
Fig. 1 - eine perspektivische Ansicht eines ölkühlers, teilweise in Explosionsdarstellung; Fig. 2 - eine Ansicht des Ölkühlers aus Fig. 1 in einer anderen Perspektive; Fig. 3 - ein anderes gemeinsames Bauteil;
Fig. 4 - einen Längsschnitt durch die Grundplatte des ölkühlers;
Fig. 5 - ein vergrößerter Ausschnitt, der das gemeinsame Bauteil zeigt;
Fig. 6 und 7 - ein drittes Ausführungsbeispiel in perspektivischen Ansichten;
In den Ausführungsbeispielen wird ein so genannter gehäuseloser Wärmeübertrager als Ölkühler gezeigt, dessen Platten 1 vier Öffnungen 10 aufweisen. Die Öffnungen 10 - nur zwei sind erkennbar - bilden einen Sammelkanal 12 und einen Verteilerkanal 11 für das eintretende bzw. austretende Medium, in diesem Fall für das öl. Von diesen Kanälen 11 , 12 gehen zwischen den Platten 10 angeordnete andere Kanäle ab, die in der Zeichnung ebenfalls nicht erkennbar sind. Auch auf der Kühlmittelseite ist eine dementsprechende Ausbildung vorhanden. In der Fig. 1 wurden Pfeile eingezeichnet, die andeuten sollen, dass ein flüssiges Kühlmittel oben ein - und ausströmt. Das Öl strömt hingegen unten ein und aus, wie die Pfeile mit der gestrichelten Linienführung andeuten. Wegen der bis hierher beschriebenen Ausgestaltung kann auch auf die vorne erwähnten Referenzen zurückgegriffen werden, denn sie ist bestens bekannt. Der in dieser Patentanmeldung gemachte Vorschlag kann bei Wärmeübertragern angewendet werden, deren Platten 1 lediglich zwei Öffnungen 10 besitzen und die demnach lediglich einen Sammelkanal und einen Verteilerkanal besitzen. Das andere Medium strömt an einem den Plattenstapel umgebenden Gehäuse ein, zwischen den auf Abstand angeordneten Platten hindurch und meist an einem anderen Ort des Gehäuses wieder aus. Auch dieser Wärmetauschertyp ist bestens bekannt, weshalb hier auf eine Darstellung verzichtet wird.
Zurück zu den gezeigten Ausführungen, bei denen sich am Plattenstapel eine Grundplatte 20 befindet. Mit Hilfe dieser Grundplatte 20 wird der Ölkühler an ein nicht gezeigtes Aggregat, beispielsweise an ein Getriebe - oder Motorgehäuse, angeschlossen, dessen Öl gekühlt bzw. temperiert werden soll. Die Grundplatte 20 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus drei ebenen Platten 20a, 20b, 20c. An der untersten Platte 20c ist ein gemeinsames Bauteil 50 angeordnet, welches ein Dichtmittel 30 und ein Strömungslenkungsmittel 40 umfasst. Das gemeinsame Bauteil 50 besteht im Ausführungsbeispiel aus Metall, beispielsweise aus einem Edelstahl der Klasse 1. 4310, der auch geeignete elastische Eigenschaften besitzt. Das Dichtmittel 30 ist nach Art einer Metallsickendichtung ausgebildet. In den Fig. 6 und 7 ist die umlaufend ausgebildete Sicke 31 erkennbar. Diese Sicke 31 wird durch Anpress- kräfte elastisch verformt und stellt die Dichtwirkung auch dann zur Verfügung, wenn die Oberflächen nicht völlig plan sein sollten. Das Strömungslenkungsmittel des gemeinsamen Bauteils 50 ist hier ein auf Druck ansprechendes Ventil 40. In den Fig. 1 und 2 befindet sich das Ventil 40 in der Schließstellung. In dieser Stellung liegen das Dichtmittel 30 und das Ventil 40 etwa in einer Ebene. Aus den Darstellungen ist auch ersichtlich, dass das gemeinsame Bauteil 50 durch einfache umformtechnische Schritte hergestellt werden kann. Als Vorteil dieser Anordnung kann außerdem angeführt werden, dass die Anbringung des gemeinsamen Bauteils 50 nach dem Löten des Ölkühlers vorgenommen werden kann, ohne irgendwelche Einsetzöffnungen für das Ventil 40 zu benötigen, die nach dem Einsetzen wieder geschlossen werden müssten.
In nicht gezeigten Ausführungen wurde ein starres Element als Strömungslenkungsmittel 40 vorgesehen, mit dessen Hilfe beispielsweise die durch die Kanäle gehende Strömung auf ansonsten schlecht durchströmte Plattenbereiche gelenkt werden kann oder - allgemeiner gesagt und mit anderen Worten - um die Durchströmung zu beeinflussen.
Das gemeinsame Bauteil 50 besitzt abgebogene Haken, die als Befestigungsmittel 60 dienen und die in korrespondierende Schlitze 61 oder dergleichen in der Grundplatte 20 eingreifen. Damit ist das gemeinsame Bauteil 50 in seiner Position festgelegt und kann auch im Zuge der weiteren Bearbeitung nicht verloren gehen.
Es soll an dieser Stelle bezüglich des gemeinsamen Bauteils 50 noch betont werden, dass es nicht in erster Linie darauf ankommt, dass das Dichtmittel 30 und das Strömungslenkungsmittel 40 aus einem identischen Werkstoff bestehen sondern vielmehr kommt es auf die Gemeinsamkeit des Bauteils 50 an. So kann beispielsweise das Dichtmittel 30 aus einem geeigneten Gummi bestehen, an dem das beispielsweise aus Metall bestehende Strömungslenkungselement 40 anvulkanisiert wird. Das alles ist lediglich eine Frage der Kosten und der Zweckmäßigkeit im Einzelfall. Es soll ferner betont werden, dass es sich bei dem Ventil 40 auch um ein Bimetall handeln könnte, welches bekanntlich die Eigenschaft hat, auf Temperaturänderungen anzusprechen.
Die bereits oben als dreiteilig bezeichnete Grundplatte 20 besitzt in ihrer mittleren Platte 20b einen länglichen Kanal, der als Bypasskanal 5 wirkt und sehr Platz sparend angeordnet ist. Die Platten der Grundplatte 20 sind vergleichsweise dünnwandig ausgebildet. Dieser Bypasskanal 5 steht auf der einen Seite mit dem Verteilerkanal 11 in Verbindung. Auf der anderen Seite steht der Bypasskanal 5 mit einem Durchbruch 21 in Verbindung, der in der untersten Platte 20c angeordnet ist. Der Durch- bruch 21 ist durch das Ventil 40 im normalen Betrieb des Ölkühlers verschlossen, sodass das Öl die nicht gezeigten Kanäle zwischen den Platten 1 durchströmen muss, dabei mittels der in den anderen nicht gezeigten Kanälen zwischen den Platten 1 strömenden Kühlflüssigkeit gekühlt wird, bevor es den Ölkühler über den Sammelkanal 12 wieder verlässt. In den Startphasen jedoch, wenn das Öl kalt und zähflüssig ist, wird es sich nicht durch die engen Kanäle zwängen lassen, was zu einem erhebli- chen Druckanstieg des Öls führt. Dieser Druckanstieg führt auch zur Öffnung des Ventils 40 und damit zur Freigabe des beschriebenen Bypassweges, der direkt zurück in den Sammelkanal 12 und in das Aggregat führt. Der Ausschnitt gemäß Fig. 5 zeigt genau diese Situation, nämlich das Ventil 40 in der geöffneten Stellung. In diese Stellung steht das Ventil 40 spitzwinklig zu der Ebene des Dichtmittels 30. Weiter zeigt die Fig. 5, dass es zweckmäßig ist, das Ventil 40 mit einer flächigen Ausformung 41 auszubilden, die vom Maß her an den Durchbruch 21 angepasst ist, womit die Dichtwirkung des Ventils 40 verbessert werden kann.
Die hier vorgeschlagene Ausbildung ist auch in einer Kombination des Ölkühlers mit einem Ölfilter anwendbar. Darüber hinaus kann, im Gegensatz zur vorstehenden Beschreibung, auch vorgesehen werden, das gemeinsame Bauteil 50 in Verbindung mit den Kühlmittelkanälen anzuordnen, um gewünschte vorteilhafte Wirkungen zu entfalten. Insbesondere in diesen Fällen könnte das Ventil 40 - wie oben bereits erwähnt - ein auf Temperaturänderungen des Kühlmittels ansprechendes Ventil sein. Diese von dem Vorschlag mit umfassten Ausgestaltungen lassen auch erkennen, dass das Bauteil 50 nicht als insgesamt flaches Bauteil 50 ausgebildet sein muss. In anderen Anwendungen ist das Ventil 40 bzw. das Strömungslenkungsmittel von der Ebene des Dichtmittels 30 einfach oder auch mehrfach abgewinkelt angeordnet worden.
Die Fig. 3 zeigt rein prinzipiell ein solches gemeinsames Bauteil 50, bei dem das Ventil 40 abgewinkelt von der Ebene der Dichtung 30 angeordnet worden ist, um für andere Einsatzfälle bzw. auch für andere Bypassanordnungen geeignet zu sein. Die punktierte Linie soll dort die öffnungs - oder die Schließstellung des Ventils 40 andeuten. Die Fig. 6 und 7 zeigen nun ein für manche Anwendungen vorteilhaftes anderes Ausführungsbeispiel, welches sich dadurch vom bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheidet, dass sich das gemeinsame Bauteil 50 nahezu über die Gesamtfläche der Grundplatte 20 erstreckt.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmetauscher, beispielsweise Ölkühler, aufgebaut aus einem Stapel von Kanäle bildenden Platten (1), wobei die Platten (1 ) wenigstens zwei Öffnungen (10) aufweisen, die im Plattenstapel wenigstens einen Sammelkanal (11) und einen Verteilerkanal (12) ausbilden, die die Kanäle strömungstech- nisch verbinden und mit einer Grundplatte (20), die am Plattenstapel angeordnet ist sowie mit wenigstens einem Dichtmittel (30), um den Wärmetauscher abzudichten und mit wenigstens einem Strö- mungslenkungsmittel (40), um die Durchströmung des Wärmetauschers zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (30) und das Strömungslenkungsmittel (40) ein gemeinsames Bauteil (50) darstellen.
2. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) mit Befestigungsmitteln (60) ausgebildet ist.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) vorzugsweise aus Metall besteht.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtmittel (30) eine Metallsickendichtung ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , 2 ,3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (30) die Öffnung des Sammelkanals (11 ) und / oder des Verteilerkanals (12) umgreift.
6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypasskanal (5) im Wärmetauscher vorgesehen ist.
7. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungslenkungsmittel (40) ein Ventil ist.
8. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ven- til ein Klappenventil ist, welches vorzugsweise auf Druck anspricht.
9. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einstückig mit dem Dichtmittel ausgebildete Ventil (40) wenigstens eine Auswölbung (41 ) aufweist.
10. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (20) aus mehreren aneinander liegenden Platten (20a, 20b, 20c) gebildet ist, wobei der Bypasskanal (5) in einer der Platten (20b) ausgebildet ist
11. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, da- durch gekennzeichnet, dass in einer anderen der aneinander liegenden Platten ein Durchbruch (21 ) ausgebildet ist, der eine Stromungsverbindung zwischen dem Bypasskanal (5) und dem Ventil zur Verfugung stellt
12 Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) als allgemein flaches Bauteil ausgebildet ist
13 Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 - 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Bauteil (50) abgewinkelt ist, das heißt, das Stromungslenkungsmittel (40) erstreckt sich unter einem Winkel zur Ebene des Dichtungsmittels (30)
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EP (1) EP2205922B1 (de)
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