EP1432909B1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1432909B1
EP1432909B1 EP02776762A EP02776762A EP1432909B1 EP 1432909 B1 EP1432909 B1 EP 1432909B1 EP 02776762 A EP02776762 A EP 02776762A EP 02776762 A EP02776762 A EP 02776762A EP 1432909 B1 EP1432909 B1 EP 1432909B1
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EP
European Patent Office
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needle
valve
fuel
fuel injection
injection
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EP02776762A
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English (en)
French (fr)
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EP1432909A1 (de
Inventor
Grit KRÜGER
Andrej Astachow
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines, in particular for those with direct injection.
  • valve needle In conventional fuel injectors for injection systems of internal combustion engines, the control of the fuel injection takes place typically by means of a valve needle, which in sealingly guided a valve body of an injection valve and slidably disposed.
  • the valve needle points to her Tip a valve pin seat that fits together with one Valve body seat of the valve body at least one nozzle opening to the combustion chamber of the internal combustion engine opens or closes.
  • the at least one nozzle opening is typically arranged in the region of the valve body seat.
  • the injector has the task to the combustion chamber of the Internal combustion engine selectively and metered to supply fuel.
  • the type of fuel treatment is determined by the Injector and the course of the injection process essential affected. This in turn can burn the Significantly affect internal combustion engine.
  • closed Injector when the cone of the nozzle needle on the conical Sealing surface of the nozzle body rests, is the nozzle needle centered in the nozzle body by this system.
  • lifting the Nozzle needle from the conical sealing surface then tends to free
  • the tip of the nozzle body projecting nozzle needle to to deviate from the exact centered position. This has to Result that the circumferential injection holes are not even be released, which in turn becomes an unbalanced Beam formation can lead to the combustion process and so that emissions can also be adversely affected.
  • Document JP 2000 265 927 discloses a fuel injection valve with injection holes and a valve needle, the needle tip has a plurality of groove-shaped recesses.
  • An object of the invention is a fuel injector to provide that at minimum Schadvolumen a uniform as possible spray pattern of the injection holes allows.
  • a fuel injection valve is used for injection of fuel into the Combustion chamber of an internal combustion engine proposed that a Valve body with a tip with injection holes and a Valve needle which is arranged axially movable in the valve body is.
  • a cone on the needle tip of the valve needle selectively gives a fuel path to the injection holes free and lock him up.
  • the Needle tip of the valve needle each one injection hole having associated, groove-shaped recess.
  • this fuel injection valve according to the invention can that for a favorable steering of the flow under the needle seat necessary volumes are kept to a minimum. This is achieved by using a circular instead of a circular one Groove around the needle tip only narrow grooves in the needle tip are introduced.
  • each recess has a width that is at least corresponds to a diameter of an injection hole. In this way, the damage volume can be reduced to a minimum be, while still providing optimal flow deflection ensured in the direction of the spray area.
  • the recesses can each have an arcuate or curved contour.
  • a Such arcuate or curved contour can be easily Insert manner in the manufacturing process of the nozzle needle.
  • an embodiment may provide that the recesses each have a semicircular cross-section exhibit.
  • the nozzle needle has a longitudinal guide to prevent of rotational movements, so that at any time the alignment the groove opposite the respective entry into Spray hole is guaranteed.
  • a longitudinal guide of Nozzle needle may preferably be formed by a tongue and groove guide be, so anytime a rotation of the nozzle needle is prevented during operation.
  • a further embodiment of the invention may provide that each injection hole gets a specially adapted groove, which causes unbalanced flow conditions due to compensate for needle deflections.
  • the invention consists in the solution of two counteracting one another Problems.
  • For flow optimization is an additional Volume in front of the entry edges of the injection holes created an injection nozzle, wherein at the same time Damage volume in the blind hole of the nozzle is minimized.
  • a fixation allows the needle relative to the nozzle body during assembly to realize the advantages of both aspects.
  • FIG. 1 shows a fuel injection valve according to the invention in a schematic sectional view.
  • the fuel injector 2 consists of a valve body 4 and a valve needle 6, with a needle guide 10 in the valve body 4 tight is guided.
  • a blind hole 16 of the valve body 4 is a or a plurality of injection holes 20 are provided.
  • the valve needle 6 has a needle tip 8 with a seat edge 18 and a valve needle seat 22. This valve needle seat 22 sits on a valve body seat 24 and thus seals the Injector 2 with the injection holes 20 from.
  • the fuel passes through a fuel inlet 30 and a between the valve needle 6 and the valve body 4 lying annular pressure chamber 26 to the seat edge 18 and raised Valve needle 6 along the annular space 32 between the valve needle 6 and valve body shaft on the blind hole 16th and the injection holes 20 in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • valve needle seat 22 and valve body seat 24 The embodiment of the needle tip 8 including valve needle seat 22 and valve body seat 24 is based on the figures 3 and 4 explained in more detail.
  • Figure 2 shows a plan view of the fuel injection valve 2 according to FIG Key 34, which fits into a corresponding groove in the upper area the needle guide 10 is fitted.
  • the feather key 34 engages in the correspondingly fitting guide groove 36 in the valve body. 4 a, so that an axial guidance of the valve needle 6 with low Game is guaranteed. In this way, each recess remains at the needle tip 8 each their associated injection hole 20 assigned.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the needle point 8 of the fuel injection valve 2 according to FIG. 1.
  • the valve needle 6 has at its needle syringe 8 a first cone portion 42 with a first cone angle, in a second cone portion 44 with a slightly blunt cone angle as the first cone section 42 passes.
  • the second cone portion 44 is flattened and bounded by a round end face 40.
  • the transition between first cone portion 42 and second cone portion 44 at the same time represents a seat edge 18, which is a valve needle seat 22 forms.
  • This valve needle seat 22 is closed Valve needle 6 on the valve body seat 24 of the valve body tip on.
  • At the lower tip of the valve body a plurality of injection holes 20 are provided, in the illustrated embodiment six in number (see Figure 4).
  • each associated with an injection hole 20 are and each approximately the same width as one Injection hole 20 have.
  • the groove-shaped recesses 38 each have a triangular cross-section, wherein a lower edge of the recess 38 each about on the same height as a lower edge of an injection hole 20th lies. The upper edge of each recess is closer to the first Cone portion 42, so that approximates a fuel flow twist-free can run inside the groove and in the direction the injection hole 20 is directed.
  • a blind hole 16 in the valve body tip It has a very small space and is closed Valve needle 6 leaves, so that only a small Damage volume in the fuel injection valve 2 according to the invention is formed.
  • FIG. 4 shows a plan view from below of FIG Needle tip 8 corresponding to FIG. 3.
  • the star-shaped are recognizable symmetrically arranged injection holes 20, each of which on the same longitudinal axis a recess 38 in the second Cone portion 44 of the needle tip 8 is assigned.
  • the recesses 38 each have an individual contour. In this way, unbalanced spray patterns of the Fuel injection valve 2 due to example one not centrally guided or laterally deflected valve needle 6 be balanced. Preferably, such asymmetrical spray patterns are determined in experiments and considered in the formation of the recesses 38 accordingly become.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, insbesondere für solche mit Direkteinspritzung.
Bei herkömmlichen Kraftstoffinjektoren für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen erfolgt die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung typischerweise mittels einer Ventilnadel, die in einem Ventilkörper eines Einspritzventils dichtend geführt und verschiebbar angeordnet ist. Die Ventilnadel weist an ihrer Spitze einen Ventilnadelsitz auf, der zusammen mit einem Ventilkörpersitz des Ventilkörpers wenigstens eine Düsenöffnung zum Brennraum der Brennkraftmaschine öffnet oder schließt. Die wenigstens eine Düsenöffnung ist typischerweise im Bereich des Ventilkörpersitzes angeordnet.
Der Einspritzdüse kommt die Aufgabe zu, den Brennraum der Brennkraftmaschine gezielt und dosiert mit Kraftstoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung wird durch die Einspritzdüse und den Verlauf des Einspritzvorganges wesentlich beeinflusst. Dieser wiederum kann die Verbrennung der Brennkraftmaschine wesentlich beeinflussen. Bei geschlossener Einspritzdüse, wenn der Konus der Düsennadel an der konischen Dichtfläche des Düsenkörpers anliegt, ist die Düsennadel durch diese Anlage im Düsenkörper zentriert. Beim Abheben der Düsennadel von der konischen Dichtfläche neigt die dann frei in die Spitze des Düsenkörpers ragende Düsennadel jedoch dazu, von der exakt zentrierten Lage abzuweichen. Dies hat zur Folge, dass die umlaufenden Einspritzlöcher nicht gleichmäßig freigegeben werden, was wiederum zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung führen kann, die den Verbrennungsverlauf und damit auch die Emissionswerte negativ zu beeinflussen vermag.
Dokument JP 2000 265 927 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil mit Einspritzlöchern und einer Ventilnadel, wobei die Nadelspitze mehrere nutförmige Aussparungen aufweist.
Um ein gleichmäßiges Strahlbild der verschiedenen Einspritzlöcher zu gewährleisten, wird in der DE 198 43 616 A1 vorgeschlagen, den Düsenkörper der Einspritzdüse im Bereich der Einspritzlöcher mit einer zylinderförmigen Aussparung im Innenraum der Spitze vorzusehen. Mit Hilfe der Nut wird die Strömung in die Lage versetzt, die Geometrie im Nadelsitz mit möglichst geringen Strömungsverlusten zu umgehen. Allerdings entsteht durch das Einbringen der Nut ein zusätzliches sogenanntes Schadvolumen, d.h. ein Volumen zwischen Düsenkörper und Düsennadel, das sich für die Motorfunktion bzgl. Abgasemissionen schädlich auswirkt.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffeinspritzventil zur Verfügung zu stellen, das bei minimalem Schadvolumen ein möglichst gleichmäßiges Spritzbild der Einspritzlöcher ermöglicht.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Um dieses Ziel der Erfindung zu erreichen, wird ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das einen Ventilkörper mit einer Spitze mit Einspritzlöchern und eine Ventilnadel aufweist, die im Ventilkörper axial beweglich angeordnet ist. Ein Konus an der Nadelspitze der Ventilnadel gibt einen Kraftstoffweg zu den Einspritzlöchern selektiv frei und sperrt ihn. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Nadelspitze der Ventilnadel jeweils eine jedem Einspritzloch zugeordnete, nutförmige Aussparung aufweist.
Mit diesem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil kann das für eine günstige Lenkung der Strömung unter dem Nadelsitz notwendige Volumen auf ein Minimum reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass anstatt einer kreisförmigen Nut um die Nadelspitze lediglich schmale Nuten in der Nadelspitze eingebracht sind.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils weist jede Aussparung eine Breite auf, die mindestens einen Durchmesser eines Einspritzlochs entspricht. Auf diese Weise kann das Schadvolumen auf ein Minimum reduziert werden, wobei dennoch eine optimale Strömungsumlenkung in Richtung der Spritzfläche gewährleistet bleibt.
Zur Vereinfachung der Fertigung können die Aussparungen jeweils eine bogenförmige oder gewölbte Kontur aufweisen. Eine solche bogenförmige bzw. gewölbte Kontur lässt sich auf einfache Weise beim Herstellungsvorgang der Düsennadel einbringen. So kann beispielsweise eine Ausführungsform vorsehen, dass die Aussparungen jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise weist die Düsennadel eine Längsführung zur Verhinderung von Drehbewegungen auf, so dass jederzeit die Ausrichtung der Nut gegenüber dem jeweiligen Eintritt ins Spritzloch gewährleistet ist. Eine derartige Längsführung der Düsennadel kann vorzugsweise durch eine Nut-Feder-Führung gebildet werden, so dass jederzeit eine Rotation der Düsennadel während des Betriebs verhindert wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass jedes Einspritzloch eine speziell angepasste Nut bekommt, wodurch sich unsymmetrische Strömungsbedingungen infolge von Nadelauslenkungen kompensieren lassen.
Die Erfindung besteht in der Lösung von zwei einander entgegenwirkenden Probleme. Zur Strömungsoptimierung wird ein zusätzliches Volumen vor den Eintrittskanten der Einspritzlöcher einer Einspritzdüse geschaffen, wobei gleichzeitig das Schadvolumen im Sackloch der Düse minimiert wird. Eine Fixierung der Nadel gegenüber dem Düsenkörper bei der Montage ermöglicht es, die Vorteile beider Aspekte zu verwirklichen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Figur 1
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil in schematischer Schnittansicht,
Figur 2
eine Draufsicht auf das Kraftstoffeinspritzventil gemäß Figur 1,
Figur 3
einen vergrößerten Ausschnitt der Nadelspitze des Ventils gemäß Figur 1 und
Figur 4
eine Draufsicht von unten auf die Nadelspitze entsprechend Figur 3.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil in schematischer Schnittansicht. Das Kraftstoffeinspritzventil 2 besteht aus einem Ventilkörper 4 und einer Ventilnadel 6, die mit einer Nadelführung 10 in dem Ventilkörper 4 dicht geführt ist. In einem Sackloch 16 des Ventilkörpers 4 ist eine bzw. sind mehrere Einspritzlöcher 20 vorgesehen. Die Ventilnadel 6 weist eine Nadelspitze 8 mit einer Sitzkante 18 und einem Ventilnadelsitz 22 auf. Dieser Ventilnadelsitz 22 sitzt auf einem Ventilkörpersitz 24 auf und dichtet somit das Einspritzventil 2 mit den Einspritzlöchern 20 ab.
Der Kraftstoff gelangt über einen Kraftstoffzulauf 30 und einen zwischen der Ventilnadel 6 und dem Ventilkörper 4 liegenden ringförmigen Druckraum 26 zur Sitzkante 18 und bei angehobener Ventilnadel 6 entlang des Ringraums 32 zwischen Ventilnadel 6 und Ventilkörperschaft weiter über das Sackloch 16 und die Einspritzlöcher 20 in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
Zwischen einer zylindrisch geformten Nadelführung 10 im oberen Bereich der Ventilnadel 6, die gegenüber dem Nadelschaft im Durchmesser vergrößert ist, und einer Führungsfläche 12 im Ventilkörper 4, die eine zylindrische Innenmantelfläche aufweist, befindet sich ein Dichtspalt 14. Durch diesen Dichtspalt 14 nimmt der im Druckraum 26 herrschende Hochdruck gegenüber einem Leckagebereich oberhalb der Ventilnadel 6 kontinuierlich ab.
Mittels einer Passfeder 34 im oberen Bereich der Nadelführung 10, die in einer entsprechenden Führungsnut 36 in der Führungsfläche 12 des Ventilkörpers 4 geführt ist, wird jederzeit eine Rotation der Ventilnadel 6 verhindert. Auf diese Weise bleiben die Aussparungen 38 in der Nadelspitze ihren jeweils korrespondierenden Einspritzlöchern zugeordnet.
Die Ausgestaltung der Nadelspitze 8 inklusive Ventilnadelsitz 22 und Ventilkörpersitz 24 wird anhand der Figuren 3 und 4 näher erläutert.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf das Kraftstoffeinspritzventil 2 gemäß Figur 1. Erkennbar ist hierbei insbesondere die Passfeder 34, die in eine entsprechende Nut im oberen Bereich der Nadelführung 10 eingepasst ist. Die Passfeder 34 greift in die entsprechend passende Führungsnut 36 im Ventilkörper 4 ein, so dass eine axiale Führung der Ventilnadel 6 mit geringem Spiel gewährleistet ist. Auf diese Weise bleibt jede Aussparung an der Nadelspitze 8 jeweils ihrem zugehörigen Einspritzloch 20 zugeordnet.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Nadelspitze 8 des Kraftstoffeinspritzventils 2 gemäß Figur 1. Die Ventilnadel 6 weist an ihrer Nadelspritze 8 einen ersten Kegelabschnitt 42 mit einem ersten Kegelwinkel auf, der in einen zweiten Kegelabschnitt 44 mit etwas stumpferen Kegelwinkel als der erste Kegelabschnitte 42 übergeht. Am Ende der Nadelspitze 8 ist der zweite Kegelabschnitt 44 abgeflacht und durch eine runde Stirnfläche 40 begrenzt. Der Übergang zwischen ersten Kegelabschnitt 42 und zweitem Kegelabschnitt 44 stellt gleichzeitig eine Sitzkante 18 dar, die einen Ventilnadelsitz 22 bildet. Dieser Ventilnadelsitz 22 liegt bei geschlossener Ventilnadel 6 am Ventilkörpersitz 24 der Ventilkörperspitze auf. An der unteren Spitze des Ventilkörpers sind mehrere Einspritzlöcher 20 vorgesehen, im gezeigten Ausführungsbeispiel sechs an der Zahl (vgl. Figur 4).
Im zweiten Kegelabschnitt 44 sind nutförmige Aussparungen 38 vorgesehen, die jeweils einem Einspritzloch 20 zugeordnet sind und die jeweils annährend die gleiche Breite wie ein Einspritzloch 20 aufweisen. Die nutförmigen Aussparungen 38 weisen jeweils einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei eine untere Kante der Aussparung 38 jeweils ungefähr auf gleicher Höhe wie eine untere Kante eines Einspritzlochs 20 liegt. Die obere Kante jeder Aussparung liegt näher zum ersten Kegelabschnitt 42, so dass eine Kraftstoffströmung annähernd drallfrei innerhalb der Nut verlaufen kann und in Richtung des Einspritzlochs 20 gelenkt wird.
Um die Stirnfläche 40 und die Spitze des zweiten Kegelabschnitts 44 ist ein Sackloch 16 in der Ventilkörperspitze ausgebildet, das einen nur sehr kleinen Raum bei geschlossener Ventilnadel 6 übrig lässt, so dass ein nur geringes Schadvolumen im erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil 2 gebildet wird.
Figur 4 zeigt schließlich eine Draufsicht von unten auf die Nadelspitze 8 entsprechend Figur 3. Erkennbar sind die sternförmig symmetrisch angeordneten Einspritzlöcher 20, denen jeweils auf gleicher Längsachse eine Aussparung 38 im zweiten Kegelabschnitt 44 der Nadelspitze 8 zugeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung können die Aussparungen 38 jeweils eine individuelle Kontur aufweisen. Auf diese Weise können unsymmetrische Spritzbilder des Kraftstoffeinspritzventils 2 aufgrund beispielsweise einer nicht zentrisch geführten oder seitlich ausgelenkten Ventilnadel 6 ausgeglichen werden. Vorzugsweise können derartige unsymmetrische Spritzbilder in Versuchen ermittelt werden und bei der Ausbildung der Aussparungen 38 entsprechend berücksichtigt werden.

Claims (6)

  1. Kraftstoffeinspritzventil (2) zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Ventilkörper (4) mit einer Spitze mit Einspritzlöchern (20) und mit einer Ventilnadel (6), die im Ventilkörper (4) axial beweglich angeordnet ist, wobei ein Konus an der Nadelspitze (8) der Ventilnadel (6) einen Kraftstoffweg zu den Einspritzlöchern (20) selektiv freigibt und sperrt, wobei
    jedem Einspritzloch (20) jeweils eine nutförmige Aussparung (38) in der Nadelspitze (8) der Ventilnadel (6) zugeordnet ist, darduch gekennzeichnet dass
    jede Aussparung (38) eine Breite aufweist, die mindestens einem Durchmesser eines Einspritzlochs (20) entspricht.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aussparungen (38) jeweils eine gestufte Kontur aufweisen.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aussparungen (38) jeweils einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Düsennadel (6) eine Längsführung zur Verhinderung von Drehbewegungen aufweist.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Längsführung durch eine Nut-Feder-Führung gebildet ist.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Passfeder (34) in einer Nadelführung (10) der Ventilnadel (6) in eine Führungsnut (36) in einer hohlzylindrischen Führungsfläche (12) im Ventilkörper (4) eingreift.
EP02776762A 2001-10-05 2002-10-01 Kraftstoffeinspritzventil Expired - Lifetime EP1432909B1 (de)

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DE10149277A DE10149277A1 (de) 2001-10-05 2001-10-05 Kraftstoffeinspritzventil
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EP1432909A1 EP1432909A1 (de) 2004-06-30
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EP (1) EP1432909B1 (de)
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