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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Art. Eine solche Aufhängung
dient dem Zweck, das Antriebsaggregat des Fahrzeugs im Bereich zwischen
zwei parallelen Rahmenlängsträgern vibrations-
und rollschwingungsisolierend aufzuhängen. Der Begriff
Antriebsaggregat bezieht sich auf den Antriebsmotor des Fahrzeugs
mit zugehörigem Getriebe. Bei dem zum Antriebsaggregat
gehörenden Fahrzeugmotor handelt es sich vorzugsweise um
einen in Längsrichtung des Fahrzeugs eingebauten. Die Aufhängung
des Antriebsaggregats umfasst an dessen vorderem Teil zumindest
einen vorderen Aufhängepunkt, vorzugsweise zwei vordere
Aufhängepunkte, und am hinteren Teil des Antriebsaggregats zwei
in dessen Querrichtung voneinander getrennt angeordnete Aufhängepunkte.
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Aufhängungen
für Antriebsaggregate eines Kraftfahrzeugs sind aus dem
Stand der Technik bekannt. Zum allgemeinen Stand der Technik wird
auf die Dokumente
EP
1 008 478 A2 sowie
GB
593 121 verwiesen, in denen jeweils Dämpfungselemente
zur Motorlagerung beschrieben sind.
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Ferner
wird zum allgemeinen Stand der Technik auf den Artikel „Rechnerische
Ermittlung des Schwingungsverhaltens des elastisch gelagerten Motors
im Pkw” von Gerhard Dödlbacher in der Zeitschrift
Automobil-Industrie Ausgabe 1/82 verwiesen.
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In
US A 5.454.443 ist
ein Personenkraftwagen beschrieben, bei dem das Antriebsaggregat
(d. h. der Antriebsmotor mit zugehörigem Getriebe) als vibrationsabsorbierende
Masse benutzt wird, die dem Zweck dient, die Vibrationen der Fahrzeugkarosserie,
insbesondere die Torsionsschwingungen der Karosserie um die Rollachse,
wesentlich zu reduzieren. Die Aufhängung des Antriebsaggregats
am Fahrgestell umfasst drei elastische Lagerungen, die an Seiten-
und Querteilen der Karosserie angeordnet sind. Zu diesen drei Lagerungen
gehören eine mittige, auf der Rollachse liegende vordere
Lagerung am vorderen Teil des Motors sowie zwei quer zur Längsachse
des Fahrzeugs und voneinander getrennt liegende hintere Lagerungen,
welche in den äußeren Enden von quer verlaufenden,
seitlich am Motorsteuerungsgehäuse vorstehenden Trägerkonsolen
angeordnet sind. Die drei elastischen Lagerungen sind in einer Diagonalebene
angeordnet, die in Richtung zum hinteren Ende des Fahrzeugs hin
um einen Winkel α zur Waagrechten nach oben geneigt ist.
Die drei elastischen Lage rungen sind so positioniert, dass eine
Hauptträgheitsachse des Antriebsaggregats in der Fahrtrichtung
des Fahrzeugs verläuft und der Gesamtschwerpunkt des Antriebsaggregats
in der Diagonalebene liegt.
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Diese
bekannte Anordnung zur Lagerung eines Antriebsaggregats bei einem
Kraftfahrzeug ist in der Praxis nur anwendbar bei Personenkraftwagen, realistischerweise
jedoch nicht bei Lastkraftwagen mit einer Rahmenkonstruktion, bei
der das Antriebsaggregat zwischen einem Paar zur Rahmenkonstruktion
gehörender und ein U-förmiges Querschnittprofil aufweisender
Rahmenlängsträger angeordnet ist.
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Ein
vorrangiger Zweck der Erfindung besteht darin, eine dynamisch optimierte
Motoraufhängung zu erhalten. Um dies zu ermöglichen,
ist es erforderlich, die Starrkörpermodi des Antriebsaggregats
und insbesondere den Rollmodus um die durch den Gesamtschwerpunkt
des Antriebsaggregats in dessen Längsrichtung verlaufende
Hauptträgheitsachse zu entkoppeln. Unter „entkoppeln” ist
in diesem Fall zu verstehen, dass die Eigenschwingungen des Antriebsaggregats
von der Eigenschwingung des Fahrgestells abgekoppelt werden.
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Bei
einer Antriebsaggregataufhängung, welche die Herstellung
solcher Verhältnisse gestattet, sind die Vibrationsisolatoren
in der gleichen Ebene angeordnet, in der auch die längsgerichteten
und quergerichteten Hauptträgheitsachsen des Antriebsaggregats
liegen.
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Bei
Lastkraftwagen besteht jedoch keine Möglichkeit, ohne Komplikationen
und erhebliche Schwierigkeiten das Antriebsaggregat auf die letztgenannte,
optimale Art aufzuhängen. Diese Schwierigkeiten haben ihre
Ursache darin, dass bei Lastkraftwagen aufgrund verschiedener Konstruktionsbedingungen,
z. B. Gestaltung des Führerhauses und Anforderungen hinsichtlich
Bodenfreiheit usw., praktische Einschränkungen der Möglichkeiten
bestehen, eine solche Lösung des Problems in Verbindung
mit der Aufhängung des Antriebsaggregats zu wählen, die
eine Anordnung der Vibrationsisolatoren der Aufhängung
in der Hauptträgheitsebene des Antriebsaggregats gestattet,
oder – anders ausgedrückt – in der Ebene,
in deren Längsachse (x-Richtung) die Hauptträgheitsachse
(Jxx) liegt.
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Zur
Lösung der hiermit verbundenen Probleme ist an sich bereits
die Anwendung einer sog. „fokussierenden Antriebsaggregataufhängung” an
den vorderen Aufhängepunkten des Antriebsaggregats bekannt.
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Die
Ausnutzung einer gleichartigen fokussierenden Antriebsaggregataufhängung
an den hinteren Aufhängepunkten (am hinteren Teil des Aggregats) war
bisher noch nicht realisierbar bei hinteren Vibrationsisolatoren,
die innerhalb des Profilquerschnitts angeordnet waren, sondern diese
Art Aufhängung hat die Anordnung eines besonderen, zusätzlichen Trägers
zur Aufnahme der gewinkelt zueinander angeordneten fokussierenden
Isolatoren am hinteren Teil der Antriebsaggregataufhängung
erfordert. Ein solcher zusätzlicher Träger, der
quer zur Fahrzeuglängsrichtung unter und zwischen den Rahmenlängsträgern
montiert ist, bedeutet jedoch eine solche Erschwernis, dass es von
sehr großer Bedeutung ist, eine konstruktive Lösung
der Antriebsaggregataufhängung zu finden, die keinen solchen
zusätzlichen Träger erfordert.
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Ein
wesentlicher Zweck der vorliegenden Erfindung besteht deshalb auch
darin, eine Aufhängung zu erhalten, die bei den hinteren
Aufhängepunkten keinen solchen zusätzlichen Querträger
zwischen und unter den Rahmenlängsträgern erfordert.
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Dieser
Zweck wird gemäß der Erfindung dadurch erfüllt,
dass die in der Einleitung genannte Aufhängung die im Anspruch
1 aufgeführten kennzeichnenden Merkmale aufweist.
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Vorrangig
zeichnet sich diese konstruktive Lösung der Aufhängung
dadurch aus, dass sie an jedem der hinteren Aufhängepunkte
aus einer mit einem Vibrationsisolator integrierten Aufhängungseinheit
besteht, die in einem Halter befestigt ist, der am Steg des angrenzenden
Rahmenlängsträgers im Bereich zwischen den beiden
Flanschen des Trägers montiert ist. Jede der hinteren Aufhängungseinheiten ist
dabei so montiert und (im Verhältnis zum Steg des angrenzenden
Trägers und zur anderen Aufhängungseinheit) ausgerichtet,
dass die Hauptsteifigkeitsrichtungen der Aufhängungseinheiten
(in deren Kompressionsrichtungen) in einer gemeinsamen Querebene
zu den Rahmenlängsträgern liegen und aus einer
horizontalen Ebene (welche die Mitte der Aufhängungseinheiten
enthält) abwärts und in einem spitzen Orientierungswinkel
schräg nach innen gegen die längsgerichtete, vertikale
Symmetrieebene der Rahmenkonstruktion gerichtet ist, um eine – gerechnet
von der genannten Horizontalebene aus und nach unten zu dem Punkt,
in dem sich die längsgerichtete Hauptträgheitsachse
des Antriebsaggregats und die Querebene schneiden – korrekte
Fokussierungshöhe zu bilden.
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Zum
Begriff Fokussierungshöhe und dessen Verständnis
wird auf den Artikel „Rechnerische Ermittlung des Schwingungsverhaltens
des elastisch gelagerten Motors im PKW” von Gerhard Dödelbacher „Automobilindustrie
Nr. 1, 1982, Seite ... verwiesen.
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Gemäß der
Erfindung wird also eine fokussierende hintere Aufhängungseinheit
in den jeweiligen hinteren Vibrationsisolator eingebaut, und die
mit dem Vibrationsisolator somit integrierte Aufhängungseinheit
kann dadurch am jeweiligen Rahmenlängsträger zwischen
dessen beiden Flanschen eingebaut sein. Dadurch entfällt
die Notwendigkeit eines zusätzlichen Trägers zwischen
und unter den Rahmenlängsträgern vollständig.
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Durch
das gemäß der Erfindung gewählte Aufhängungsprinzip
werden die Eigenmodi des Antriebsaggregats entkoppelt, und dies
ist besonders vorteilhaft für den Rollmodus. Ein entkoppelter
Rollmodus bringt nämlich mit sich, dass man die Eigenfrequenzen
des Antriebsaggregats etwas anheben kann, ohne deshalb zu übermäßigen
Kompromissen in Bezug auf die Leerlaufeigenschaften des Motors gezwungen
zu sein. Eine Anhebung der Eigenfrequenzen bringt mit sich, dass
die Wirkung der fahrbahnbezogenen Störquellen entfällt,
die bei einem Lastkraftwagen vorkommen.
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Die
Steifigkeiten der Vibrationsisolatoren müssen im Prinzip
dem Fahrzeug angepasst werden, so dass die Aufhängungsfrequenzen
in möglichst großem Umfang den übrigen
Teilsystemen im Fahrzeug (Lastkraftwagen) optimal angepasst werden. Die
hinteren Aufhängungseinheiten werden außerdem
den vorderen angepasst, so dass in allen Vibrationsmodi eine Entkopplung
erhalten wird, was die günstige Wirkung hat, dass der allgemeine
Vibrationspegel gesenkt wird.
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Weiterentwickelnde
Ausführungsformen der Aufhängungseinheiten gemäß dem
Anspruch 1 können außerdem die zusätzlichen
kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 2 bis 6 aufweisen.
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In
Anspruch 2 sind ergänzende kennzeichnende Merkmale in Bezug
auf die Orientierung der Aufhängungseinheiten und deren
Richtung im Verhältnis zur vertikalen Symmetrieebene der
Rahmenkonstruktion angegeben. Der Orientierungswinkel der Hauptsteifheitsrichtungen
der hinteren Aufhängungseinheiten (in deren Kompressionsrichtungen) hat
vorzugsweise einen Wert im Winkelbereich von 1...45°.
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In
Anspruch 4 ist eine vorgezogene Ausführung der jeweiligen
hinteren Aufhängungseinheit angegeben. Diese umfasst eine
mit dem Getriebe fest verbundene Getriebehalterung mit einem äußeren Endbereich,
der über ein erstes, auf einem Bodenteil des Halters befestigtes,
kraftaufnehmendes/vibrationsisolierendes Gummielement und über
ein zweites, auf einem im Wesentlichen rechtwinklig zum Bodenteil
des Halters gerichtetes Seitenteil des Halters befestigtes kraftaufnehmendes/vibrationsisolierendes
Gummielement fest mit dem Getriebe verbunden ist. Hinzu kommen ein
oder mehrere, den Endbereich der Getriebehalterung abstützende
Gummielemente, welche für eine Kraftaufnahme und Vibrationsisolierung
in Längsrichtung der Rahmenlängsträger
zwischen dem Endbereich und den Stirnteilen des Halters angeordnet
sind.
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Der äußere
Endbereich der Getriebehalterung weist vorzugsweise zueinander gewinkelte
Begrenzungsflächen auf, in denen der Auflagekontakt mit
dem jeweiligen Gummielement stattfindet. Die Gummielemente können
z. B. aus Naturkautschuk hergestellt sein, aber es können
auch andere Kautschukwerkstoffe oder Kunststoffe mit entsprechenden
elastischen Eigenschaften verwendet werden.
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Im
Unteranspruch 6 schließlich sind adäquate konstruktive
Sondermerkmale für die auch mit Vibrationsisolatoren integrierten
vorderen Aufhängungseinheiten am vorderen Teil des Antriebsaggregats angegeben.
Bei Anwendung einer solchen, nach oben fokussierenden Aufhängung
am vorderen Teil des Antriebsaggregats werden für dessen
gesamte Aufhängung optimale vibrationsdämpfende
und vibrationsisolierende Eigenschaften erzielt.
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Die
Erfindung wird nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme
auf schematische Abbildungen der Aufhängung eines Antriebsaggregats
und auf ein erläuterndes Diagramm der Zusammenhänge charakteristischer
Parameter bei einer Aufhängung gemäß der
Erfindung beschrieben. Darüber hinaus zeigen die Figuren
in schematischer Darstellung eine einfache Ausführung der
Lagerung des äußeren Endbereichs der Getriebehalterung.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 in
schematischer Seitenansicht einen in einem Fahrzeug aufgehängten
Antriebsmotor mit dazu gehörendem Getriebe;
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1A die
axiale Endansicht in der Schnittebene A-A gemäß 1;
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1B den
Querschnitt in der Schnittebene B-B gemäß 1;
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2 ein
Diagramm charakteristischer Parameter bei einer Aufhängung
gemäß 1; und
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3 in
schematischer Darstellung in größerem Maßstab
die Lagerung/Aufhängung des äußeren Endbereichs
einer Getriebehalterung in einem Halter in einem Rahmenlängsträger.
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In 1 ist
ein Antriebsaggregat 2 dargestellt, das vibrationsisolierend
im Bereich zwischen zwei parallel zueinander angeordneten und zur
Rahmenkonstruktion eines Lastkraftwagens gehörenden Rahmenlängsträgern 4 (von
denen nur einer in der Figur erkennbar ist) aufgehängt
ist. Bei den Rahmenlängsträgern 4 handelt
es sich in diesem besonderen Fall um konventionelle U-Profile mit
einem Steg 4' und zwei parallelen Flanschen 4''.
Das Antriebsaggregat besteht aus einem in Längsrichtung
eingebauten Antriebsmotor 6 und einem mit diesem verblockten
Getriebe 8. Der Schwerpunkt des Motors 6 ist mit Tpm, der des Getriebes 8 mit Tpvxl bezeichnet. Der gemeinsame Schwerpunkt
des aus Motor und Getriebe bestehenden Antriebsaggregats 2 hat
die Bezeichnung Tp2. Die Hauptträgheitsachsen
des Antriebsaggregats 2 sind mit Jxx,
Jyy, Jzz bezeichnet.
Das Antriebsaggregat 2 ist in vier Punkten des Lastkraftwagens gelagert,
nämlich an zwei vorderen Aufhängepunkten (in der
Querebene A-A) unten am vorderen Ende des Motors 6 und
an zwei hinteren Aufhängepunkten (in der Querebene B-B)
auf gegenüberliegenden Seiten des Getriebes 8.
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Die
gesamte Aufhängung des Antriebsaggregats besteht in jedem
der vier Aufhängepunkte aus einer mit einem Vibrationsisolator
integrierten Aufhängungseinheit. Das neue und diese Erfindung kennzeichnende
Merkmal besteht unter anderem in der Ausgestaltung, Orientierung
und Anordnung der hinteren Aufhängungseinheiten 10;
die vorderen Aufhängungseinheiten 12 dagegen stellen
keine primären Kennzeichen der Erfindung dar, sondern können im
Rahmen des Erfindungsprinzips unterschiedliche Ausführungen,
Orientierungen und Anordnungen aufweisen. In 1A ist
eine vorgezogene Ausführung dargestellt, bei der die vorderen
Aufhängungseinheiten 12 aus einem Paar aufwärts-einwärts
fokussierten Einheiten bestehen.
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Wie
besonders aus 1B und 3 hervorgeht,
umfasst jede der hinteren Aufhängungseinheiten 10 eine
mit dem Getriebe 8 fest verbundene Getriebehalterung 14,
zum Beispiel in Form eines konsolenartigen Lagerarms aus Metall.
Der äußere Endbereich 16 der Getriebehalterung 14 ist
in einem Halter 18 gelagert, der am Steg 4' des
angrenzenden Rahmenlängsträgers 4 angebaut
ist. Der Endbereich 16 ist über ein erstes, auf
einem Bodenteil 22 des Halters 18 befestigtes,
kraftaufnehmendes und vibrationsisolierendes Gummielement 20 und über
ein zweites, auf einem Seitenteil 26 des Halters aufwärts gerichtetes, ähnliches
Gummielement 24 im Halter gelagert. Die Gummielemente 20, 24 sind
zum Beispiel am Endbereich 16 und an den Teilen 22, 26 festvulkanisiert.
An den gegenüberliegenden Enden weist der Halter 18 außerdem
Frontteile 28 (nur einer ist in 3 erkennbar)
auf, die in der Längsrichtung des Rahmenlängsträgers 4 eine
Stütze für kraft- und vibrationsaufnehmende Gummiblöcke
oder -kissen 30 bildet. Diese sind zwischen den in Längsrichtung des
Rahmenlängsträgers gerichteten Seitenflächen des
Endbereichs 16 und den Frontteilen 28 des Halters
eingesetzt.
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Gemäß 1B liegen
die Hauptsteifigkeitsrichtungen Rc der hinteren
Aufhängungseinheiten 10 in einer gemeinsamen Querebene
Stvär (= Querebene B-B) zu den
Rahmenlängsträgern 4, und sie sind in einem
spitzen Winkel φ schräg abwärts-einwärts
zur längsgerichteten, vertikalen Symmetrieebene Ssym der Rahmenkonstruktion gerichtet; dadurch
bilden sie eine erwünschte Fokussierungshöhe a
zwischen der Horizontalebene Shor, in der
das Zentrum der Aufhängungseinheiten 10 liegt,
und dem Punkt PBB, in dem die Hauptträgheitsachse
Jxx des Antriebsaggregats 2 die
Querebene Stvär schneidet. Der
halbe Abstand zwischen den hinteren Aufhängungseinheiten 10 ist
mit dem Bezugszeichen m versehen, d. h. der Abstand zwischen der
Ebene Ssym und dem Zentrum der Aufhängungseinheit 10 ist
gleich m. Wie aus 1B hervorgeht, schneiden die
Hauptsteifigkeitsrichtungen Rc der Aufhängungseinheiten 10 einander in
einem gedachten Punkt P0 senkrecht unter
dem Punkt PBB. Die Querebene Stvär stellt
in diesem Fall eine im Wesentlichen vertikale Querebene dar, sie muss
jedoch nicht vertikal sein. In bestimmten Fällen kann es
zweckmäßig sein, dass die Querebene im Verhältnis
zur Vertikalebene gewinkelt ist.
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Wie
vorstehend im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angeführt,
ist es wichtig, dass eine Entkopplung der Starrkörpermodi
des Antriebsaggregats 2 sowie eine korrekte Fokussierungshöhe
a erreicht werden. Dies geschieht durch eine Anpassung der übrigen
Parameter, die in folgender Formel enthalten sind: a/m
= tan(φ)(L – 1)/(1 + Ltan2(φ))
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Darin
bezeichnen: L = Kc/Ks; φ =
Orientierungswinkel für Rc, d.
h. der Schrägstellungswinkel der jeweiligen hinteren Aufhängungseinheit 10.
Die Parameter Kc und Ks sind
die Steifigkeitswerte des Gummielements 20 bzw. Gummielements 24.
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Für
eine bestimmte Fokussierungshöhe a sind mehrere unterschiedliche
Lösungen denkbar. In 2 sind in
Diagrammform die gemäß der vorstehenden Formel
geltenden Parameterzusammenhänge dargestellt. Im Diagramm
ist die elastische Mitte als Funktion des Winkels φ und
des Steifigkeitsquotienten L dargestellt. Elastische Mitte ist hier
die Bezeichnung des Quotienten a/m.
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In
der in 1A dargestellten Ausführung der
in der Ebene ShorA liegenden vorderen Aufhängungseinheiten 12 sind
die Hauptsteifigkeitsrichtungen mit RcA und
der Fokussierungswinkel mit φA bezeichnet.
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- 2
- Antriebsaggregat
- 4
- Rahmenlängsträger
- 6
- Antriebsmotor
- 8
- Getriebe
- 10
- Hintere
Aufhängungseinheit
- 12
- Vordere
Aufhängungseinheit
- 14
- Getriebehalterung
- 16
- Endbereich
- 18
- Halter
- 20
- Gummielement
- 22
- Bodenteil
- 24
- Gummielement
- 26
- Seitenteil
- 28
- Stirnteil
- 30
- Gummiblock/-kissen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1008478
A2 [0002]
- - GB 593121 [0002]
- - US 5454443 A [0004]