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Die
Erfindung betrifft eine Stößelbaugruppe für
eine Hochdruckpumpe. Die Erfindung betrifft weiter eine Hochdruckpumpe.
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Vorzugsweise
werden derartige Hochdruckpumpen als Förderpumpen zur Förderung
von Fluid für ein Speichereinspritzsystem für
Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet.
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Speichereinspritzsysteme
für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeuge, beispielsweise
in Common-Rail-Systemen, sollen den notwendigen Volumenstrom und
den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen können. Die
Hochdruckpumpe unterliegt in Speichereinspritzsystemen für
Kraftfahrzeuge starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen.
Insbesondere müssen von derartigen Hockdruckpumpen große
Kräfte aufgenommen werden können. Damit werden
sowohl hohe Anforderungen an das Material als auch an die Konstruktion der
Hockdruckpumpe gestellt.
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Da
Hochdruckpumpen Drücken von beispielsweise bis zu 2000
bar ausgesetzt sind, müssen sie hohen Beanspruchungen standhalten.
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Die
DE 101 57 076 A1 offenbart
einen Stößelkolben für eine Hochdruckpumpe,
mit einem Stößel, der eine axial und radial geführte
Rolle trägt, und einem mit dem Stößel
fest verbundenen Kolben. Die axiale und/oder radiale Führung
der Rolle an dem Stößel kann mittels eines mit
Stößel fest verbundenen Rollenschuhs bewerkstelligt
werden, in welchem die Rolle drehbar mit einem axialen Spiel eingebracht ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stößelbaugruppe
und eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Pumpendrücken
einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglichen
und dabei einem möglichst geringen Verschleiß unterliegen. Zugleich
sollen die Stößelbaugruppe und die Hochdruckpumpe
kostengünstig herstellbar sein.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Stößelbaugruppe
für eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, mit
einem Stößel, einem mechanisch mit dem Stößel gekoppelten
Rollenschuh, einer in dem Rollenschuh um eine Rollenlängsachse
drehbar gelagerten zylinderförmigen Rolle, die ausgebildet
ist zum zumindest mittelbaren Abstützen eines Pumpenkolbens
an einer zum Antrieb der Hochdruckpumpe ausgebildeten Antriebswelle,
und einem separat von dem Stößel ausgebildeten
und mechanisch mit dem Rollenschuh gekoppelten Sicherungsring, der
so angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Bewegung der Rolle
in dem Rollenschuh in Richtung der Rollenlängsachse verhindert
wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass durch den Sicherungsring vermieden werden
kann, dass sich die Rolle gegenüber dem Rollenschuh in
axialer Richtung verschiebt. Des Weiteren ist der Sicherungsring
ein einfach herstellbares Bauteil. Ebenso ist eine aus dem Sicherungsring
und dem Rollenschuh bestehende Unterbaugruppe einfach herstellbar.
Der Rollenschuh und der Sicherungsring können sowohl einzeln
als auch als Unterbaugruppe aus dem Sicherungsring und dem Rollenschuh
sehr kostengünstig gefertigt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Stößelbaugruppe
ist in dem Rollenschuh eine Nut ausgebildet, und der Sicherungsring
ist in der Nut angeordnet. Damit ist eine einfache mechanische Verbindung
zwischen Rollenschuh und Sicherungsring möglich. Ein Überstehen
des Sicherungsrings über den Rollenschuh in radialer Richtung
kann verhindert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Stößelbaugruppe
sind der Rollenschuh und der Sicherungsring zusammen einstückig
ausgebildet. Damit sind eine besonders sichere mechanische Verbindung
zwischen dem Rollenschuh und dem Sicherungsring und eine besonders
sichere Arretierung der Rolle in Richtung der Rollenlängsachse
möglich.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Stößelbaugruppe
ist der Rollenschuh ausgebildet, um bezüglich eines axialen
Teils der Mantelfläche der Rolle die Rolle mit einem Umschlingungswinkel
von mindestens 180° bezogen auf einen Querschnitt der zylinderförmigen
Rolle aufzunehmen. Dies hat den Vorteil, dass die Rolle sowohl in Richtung
der Rollenlängsachse als auch senkrecht zur Rollenlängsachse
mechanisch besonders sicher mit dem Rollenschuh gekoppelt ist.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Hochdruckpumpe
zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse, einer
in dem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, über
die die Hochdruckpumpe antreibbar ist, und einer Pumpeneinheit,
die aufweist einen Zylinder mit einer Zylinderlängsachse
und einer Zylinderkammer, in der ein Pumpenkolben axial bewegbar
angeordnet ist, wobei in der Pumpeneinheit eine Stößelbaugruppe
gemäß des ersten Aspekts angeordnet ist. Die Vorteile
des zweiten Aspekts der Erfindung entsprechen den Vorteilen des
ersten Aspekts der Erfindung.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt,
und
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2 eine
schematische Ansicht eines Teils einer Stößelbaugruppe
der Hochdruckpumpe in einer ersten Ausführungsform,
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3 eine
teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der Stößelbaugruppe
entlang der Linie III-III' der 2,
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4 eine
Schnittansicht eines Teils der Stößelbaugruppe
entlang der Linie IV-IV' der 2, und
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5 eine
Schnittansicht eines Teils der Stößelbaugruppe
in einer weiteren Ausführungsform.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Figuren zeigen eine Hochdruckpumpe 10 mit einem Pumpengehäuse 12 und
einer Pumpeneinheit 13. Die Hochdruckpumpe 10 kann
weitere nicht dargestellte Pumpeneinheiten aufweisen. Die Hochdruckpumpe 10 kann insbesondere
zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei einem Speichereinspritzsystem
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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Das
Pumpengehäuse 12 ist vorzugsweise aus einem Metall
gebildet. Das Metall weist vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumverbindung auf.
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Die
Hochdruckpumpe 10 weist zentral eine Antriebswelle 16 auf,
die mit zwei Nocken 20 in Wirkverbindung steht und in einer
Drehachse D drehbar in dem Pumpengehäuse 12 gelagert
ist. Die Anzahl der Förder- und Kompressionshübe
kann über die Anzahl der Nocken 20 vorgegeben
werden. Die Anzahl der Förder- beziehungsweise Kompressionshübe entspricht
dabei der Anzahl der Nocken 20. In der hier dargestellten
bevorzugten Ausführungsform hat die Hochdruckpumpe 10 zwei
Nocken 20.
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Die
Pumpeneinheit 13 besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder 14 mit
einer Zylinderlängsachse L, einer in dem Zylinder 14 angeordneten
Zylinderkammer 18, einer Feder 26, einem Pumpenkolben 28 und
einer Stößelbaugruppe 40. Der Zylinder 14,
die Zylinderkammer 18, die Feder 26 und der Pumpenkolben 28 sind
zueinander koaxial angeordnet. Der Zylinder 14 ist fest
mit dem Pumpengehäuse 12 gekoppelt und aus einem
Metall, vorzugsweise einem Stahl, gebildet.
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Der
Pumpenkolben 28 ist axial bewegbar in der Zylinderkammer 18 des
Zylinders 14 gelagert und steht über die Nocken 20 mit
der Antriebswelle 16 in Wirkverbindung. Der Pumpenkolben 28 wird
insbesondere durch die Nocken 20 der Antriebswelle 16 in einer
Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur
Drehachse D der Antriebswelle 16 angetrieben.
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Der
Pumpenkolben 28 wird mittels der Feder 20, die
vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und sich vorzugsweise
am Zylinder 14 und am Pumpenkolben 28 abstützt,
in ständiger Anlage an die Nocken 20 der Antriebswelle 16 gehalten. Damit
kann ein Abheben und Wiederauftreffen des Pumpenkolbens 28 auf
die Antriebswelle 16 mit den Nocken 20 vermieden
werden, was zu Beschädigungen sowohl der Antriebswelle 16 und
der Nocken 20 als auch des Pumpenkolbens 28 führen
könnte.
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Um
die Zylinderkammer 18 mit Fluid befüllen zu können,
weist der Zylinder 14 eine Zylinderkammerzulaufleitung 22 auf,
in der vorzugsweise ein Zylinderkammereinlassventil 23 angeordnet
ist. Das Zylinderkammereinlassventil 23 erleichtert die
Befüllung der Zylinderkammer 18 und verhindert
beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids
aus der Zylinderkammerzulaufleitung 22. Der Zylinder 14 weist weiter
eine Zylinderkammerablaufleitung 24 und ein in dieser angeordnetes
Zylinderkammerauslassventil 25 auf. Damit kann Fluid aus
der Zylinderkammer 18 ausgestoßen werden.
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Während
eines Saughubs, das heißt einer bezüglich der 1 abwärts
gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 28, wird Fluid,
insbesondere Kraftstoff aus der Zylinderkammerzulaufleitung 22 über
das Zylinderkammereinlassventil 23 in die Zylinderkammer 18 gefördert,
wobei das Zylinderkammerauslassventil 25 geschlossen ist.
Während eines Pumphubs, das heißt einer bezüglich
der 1 aufwärts gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 28,
wird der in der Zylinderkammer 18 befindliche Kraftstoff
komprimiert beziehungsweise über das Zylinderkammereinlassventil 24 unter
hohem Druck an die Zylinderkammerablaufleitung 26 abgegeben,
wobei das Zylinderkammerauslassventil 25 geschlossen ist.
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Die
Stößelbaugruppe 40 umfasst einen Stößel 30,
einen Rollenschuh 34 und eine Rolle 36.
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Der
zylinderförmige Stößel 30 kann
innerhalb des Pumpengehäuses 12 in Richtung der
Zylinderlängsachse L geführt sein und steht in
Mitnahmeverbindung mit dem Pumpenkolben 28. Der Pumpenkolben 28 weist
vorzugsweise einen kleineren Durchmesser auf als der Stößel 30.
Der Pumpenkolben 28 und der Stößel 30 können
aus demselben oder jeweils einem anderen Werkstoff bestehen, vorzugsweise
aus einem Stahl.
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Der
Stößel 30 dient zur zumindest mittelbaren
Abstützung des Pumpenkolbens 28 über
die mit dem Stößel 30 drehbar gekoppelte
Rolle 36 an der Antriebswelle 16.
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Der
Stößel 30 wird bevorzugt am Zylinder 14 geführt
(1). Dies hat den Vorteil, dass der Stößel 30 klein
ausgebildet sein kann und damit eine kleine bewegte Masse in der
Pumpeneinheit 13 vorliegen kann. Außerdem steht
ein großes Volumen für die Feder 26 zur
Verfügung.
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Abhängig
von den geometrischen Bedingungen in dem Raum zwischen dem Zylinder 14 und dem
Pumpengehäuse 12 kann es auch vorteilhaft sein,
dass der Stößel 30 am Pumpengehäuse 12 geführt
wird.
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Der
Stößel 30 weist eine innere Stößelausnehmung 32 auf,
in der der Rollenschuh 34 angeordnet ist. Die innere Stößelausnehmung 32 ist
derart ausgebildet, dass sie in Richtung zu der Zylinderlängsachse
L hin ausgerichtet ist und in dem Stößel 30 einen
Hohlraum ausbildet, in dem der Rollenschuh 34 wenigstens
teilweise aufgenommen ist.
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Die
Verbindung zwischen dem Rollenschuh 34 und dem Stößel 30 wird
hergestellt, indem der Rollenschuh 34 in die Stößelausnehmung 32 des Stößels 30 eingeschoben
wird und der Rollenschuh 34 relativ zu dem Stößel 30 in
Richtung der Zylinderlängsachse L fixiert wird.
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Die
Rolle 36 hat eine Rollenlängsachse R und ist mittels
einer durch die Feder 20 über den Stößel 30 und
den Rollenschuh 34 auf die Rolle 36 übertragenen
Kraft in Anlage an die Antriebswelle 16 gehalten, vorzugsweise
in Anlage an den zumindest einen Nocken 20 der Antriebswelle 16,
und rollt auf der Antriebswelle 16 beziehungsweise den
Nocken 20 ab. Die Rollenlängsachse R der Rolle 36 ist
bevorzugt zumindest annähernd parallel zur Drehachse D der
Antriebswelle 16.
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Ein
der Antriebswelle 12 zugewandter Abschnitt des Rollenschuhs 34 umfasst
im zentralen Bereich eine Rollenschuhausnehmung 38, in
der die zylindrische Rolle 36 zumindest teilweise aufgenommen
und drehbar angeordnet ist. Der Rollenschuh 34 ist bevorzugt
so ausgebildet, dass er bezüglich eines axialen Teils der
Mantelfläche der Rolle 36 die Rolle 36 mit
einem Umschlingungswinkel ALPHA von mindestens 180° bezogen
auf einen Querschnitt der zylinderförmigen Rolle 36 aufnimmt.
Bevorzugt ist die Rollenschuhausnehmung 38 an die radiale
Lagerung und Führung der Rolle 36 angepasst.
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In
der in den 1 bis 4 gezeigten
ersten Ausführungsform der Stößelbaugruppe 40 ist
in dem Rollenschuh 34 außenseitig eine in Umfangsrichtung
umlaufende Nut 42 ausgebildet, in der ein separat von dem
Stößel 30 ausgebildeter Sicherungsring 44 angeordnet
ist. Der Sicherungsring 44 und die Nut 42 haben
eine kreisringförmige Gestalt. Die radiale Dicke des Sicherungsrings 44 ist
kleiner oder gleich der radialen Erstreckung der Nut 42,
so dass der Sicherungsring 44 in radialer Richtung nicht über
den Rollenschuh 34 hinausragt. Damit kann verhindert werden,
dass der Sicherungsring 44 in radialer Richtung über
den Rollenschuh 36 hinaus ragt. Damit kann verhindert werden,
dass ein störender Kontakt zwischen dem Sicherungsring 44 und
weiteren Teilen der Hochdruckpumpe 10 zustande kommt.
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Wie
besonders gut in 4 zu sehen ist, ist die Nut 42 und
der in der Nut 42 angeordnete Sicherungsring 44 relativ
zu der Rollenschuhausnehmung 38 und zu der Rolle 36 so
angeordnet, dass die Rollenlängsachse R durch den Sicherungsring 44 verläuft.
Damit kann der mechanisch mit dem Rollenschuh 34 gekoppelte
Sicherungsring 44 eine Bewegung der Rolle 36 in
dem Rollenschuh 34 in Richtung der Rollenlängsachse
R verhindern.
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Die
Verbindung zwischen dem Rollenschuh 34 und der Rolle 36 wird
hergestellt, indem die Rolle 36 in die Rollenschuhausnehmung 38 in
Richtung der Rollenlängsachse R eingeschoben wird und der
Sicherungsring 44 in der Nut 42 auf den Rollenschuh 34 gepresst
wird.
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In
der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform der
Stößelbaugruppe 40 sind der Rollenschuh 34 und
der Sicherungsring 44 zusammen einstückig ausgebildet.
Es ist so eine besonders sichere mechanische Verbindung zwischen
dem Rollenschuh 34 und dem Sicherungsring 44 und
damit eine besonders sichere Arretierung der Rolle 36 in
Richtung der Rollenlängsachse R möglich.
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Im
Folgenden soll die Funktionsweise der Hochdruckpumpe beschrieben
werden:
Im Ausgangszustand soll sich der Pumpenkolben 28 in
einer Position in der Pumpeneinheit 13 befinden, in der
er einen maximalen Abstand von der Antriebswelle 16 aufweist,
wie in 1 dargestellt.
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Durch
eine Drehbewegung der Antriebswelle 16 mit den Nocken 20 um
die Drehachse D wird die Rolle 36, bedingt durch die Federkraft
der Feder 26, von der Zylinderkammer 18 wegbewegt. Über
den Rollenschuh 34 wird der Stößel 30 bei
dieser Bewegung mitgenommen, wodurch wegen der bestehenden festen
Kopplung zwischen dem Stößel 30 und dem
Pumpenkolben 28 der Pumpenkolben 28 in Richtung
der Zylinderlängsachse L bezüglich 1 nach
unten bewegt wird.
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Durch
die Bewegung des Pumpenkolbens 30 wird die Zylinderkammer 18 vergrößert
und über das als Rückschlagventil ausgebildete
Zylinderkammereinlassventil 23 und die Zylinderkammerzulaufleitung 22 mit
Fluid befüllt.
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Im
Weiteren wird durch die Drehbewegung der Antriebswelle 14 die
Rolle 36 wieder in Richtung auf den Zylinder 14 hinbewegt.
Die Kraft wird über den Rollenschuh 34 direkt
auf den Pumpenkolben 28 übertragen, wodurch eine
direkte Druckbeaufschlagung der Zylinderkammer 18 und damit
eine Verdichtung des in der Zylinderkammer 18 befindlichen
Fluids erfolgt. Hierbei können Drücke von bis
zu 2000 bar in der Zylinderkammer 18 auftreten. Dabei können
sehr hohe Kräfte zwischen der Rolle 36 und dem Pumpenkolben 28 entstehen.
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Das
komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über
die Zylinderkammerablaufleitung 24 und das nun geöffnete
Zylinderkammerauslassventil 25 ausgestoßen werden.
Handelt es sich bei der Hochdruckpumpe 10 beispielsweise um
eine Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine,
so kann das mit hohem Druck beaufschlagte Fluid zu einem Hochdruckkraftstoffspeicher,
dem so genannten Common Rail, gelangen.
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- 10
- Hochdruckpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 13
- Pumpeneinheit
- 14
- Zylinder
- 16
- Antriebswelle
- 18
- Zylinderkammer
- 20
- Nocken
- 22
- Zylinderkammerzulaufleitung
- 23
- Zylinderkammereinlassventil
- 24
- Zylinderkammerablaufleitung
- 25
- Zylinderkammerauslassventil
- 26
- Feder
- 28
- Pumpenkolben
- 30
- Stößel
- 32
- Stößelausnehmung
- 34
- Rollenschuh
- 36
- Rolle
- 38
- Rollenschuhausnehmung
- 40
- Stößelbaugruppe
- 42
- Nut
- 44
- Sicherungsring
- R
- Rollenlängsachse
- D
- Drehachse
der Antriebswelle
- L
- Zylinderlängsachse
- ALPHA
- Umschlingungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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