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EP1557849B1 - Zündspule für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Zündspule für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1557849B1
EP1557849B1 EP05000165.0A EP05000165A EP1557849B1 EP 1557849 B1 EP1557849 B1 EP 1557849B1 EP 05000165 A EP05000165 A EP 05000165A EP 1557849 B1 EP1557849 B1 EP 1557849B1
Authority
EP
European Patent Office
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coil
combustion engine
shell
ignition coil
engine according
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP05000165.0A
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English (en)
French (fr)
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EP1557849A2 (de
EP1557849B8 (de
EP1557849A3 (de
Inventor
Friedhelm Rosemann
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.)
Pulse Electronics GmbH
Original Assignee
Pulse GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Pulse GmbH and Co KG filed Critical Pulse GmbH and Co KG
Publication of EP1557849A2 publication Critical patent/EP1557849A2/de
Publication of EP1557849A3 publication Critical patent/EP1557849A3/de
Publication of EP1557849B1 publication Critical patent/EP1557849B1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1557849B8 publication Critical patent/EP1557849B8/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/361—Electric or magnetic shields or screens made of combinations of electrically conductive material and ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F2027/348—Preventing eddy currents
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/04—Leading of conductors or axles through casings, e.g. for tap-changing arrangements
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Definitions

  • the invention relates to an ignition coil for an internal combustion engine having a primary winding bearing cylindrical primary coil body, a low voltage terminal region for connecting the primary winding to a low voltage, a secondary winding inductively coupled to the primary winding, for providing a high voltage for a spark plug of the internal combustion engine, wherein the secondary winding of one of
  • the secondary coil body encloses a cylindrical magnetic core and primary coil body and secondary coil body are jointly surrounded by an electrically and magnetically conductive sleeve, wherein the sleeve has a continuous longitudinal slot, as well as primary coil body concentrically surrounded secondary coil body a process for their preparation.
  • An ignition coil of this kind is from the DE 100 57 567 known.
  • EP 0 796 993 discloses an ignition coil according to the preamble of claim 1.
  • the generic ignition coil is a so-called.
  • “Rod coil for ignition systems of internal combustion engines” which has an elongated shape, so that it can be arranged in the available limited space in the engine block of the internal combustion engine. Above that Low-voltage terminal region is applied to the primary winding to a primary voltage, which is due to the inductive coupling between the primary and secondary winding as a highly transformed voltage at the high voltage terminal region of the secondary winding available and there acts on the spark plug.
  • a magnetic circuit is formed by primary and secondary coil and the cylindrical magnetic core and the magnetically conductive sleeve. To avoid eddy current losses in the electrically conductive sleeve, this carries a continuous longitudinal slot, so that induced electrical eddy currents are minimized.
  • both supply lines of the primary winding protrude beyond the same end of the primary coil body, so that there can be directly connected to the low-voltage supply line.
  • the layer number is odd, the winding leads extend beyond opposite ends of the primary bobbin, ie one of the two winding leads must be returned to the opposite side to the low-voltage terminal region.
  • a primary winding with an odd number of layers eg three, is required. Because of the required electrical characteristics of the ignition coil namely a two-layer winding is often not sufficient, while a four-layer primary winding would lead to a large diameter of the coil.
  • the invention has the object, further develop an ignition coil of the type mentioned in that in the case of an odd number of layers of the primary winding improved mechanical and electrical reliability is achieved.
  • n 1,2,3, ... layers existing primary winding 1
  • the winding lead away from the low-voltage terminal is guided so along the extension region of the longitudinal slot of the sleeve it extends at least partially within the outer circumference of the sleeve.
  • the invention is characterized in that the return of the winding supply line takes place through a space, which must be present in any case constructively, so that no additional design measures, such as the production of a groove, are required. Thus, no additional mechanical predetermined breaking points can arise. Seen electrically, the region of the longitudinal slot for the return of the supply line is a conceivable favorable location, since it is so far outside the electrically active region of the primary and secondary coil that there is no longer any influence on the electromagnetic properties. On the other hand, the return of the supply line does not require an increase in the volume of the coil, since the diameter of the lead, possibly including its insulation, is such that it is always located within the outer periphery of the entire ignition coil, which is limited by the outer circumference of the sleeve ,
  • the method-related aspect of the invention has the particular advantage that the fixation of the supply line within the region of the longitudinal slot is particularly easy.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of an ignition coil according to the invention, which has a low-voltage terminal 10 in its upper region, at which the ignition coil is subjected to the required low voltage. In its lower portion, the ignition coil has a high-voltage terminal portion 5 in which a connecting portion opens with a spark plug (not shown).
  • the ignition coil has a cylindrical design. Inside the ignition coil, a cylindrical magnetic core 6 is formed, which consists of layered magnetic sheets, in particular iron silicon sheets. Individual magnetic sheets of different widths are stacked and connected to each other to the core 6 with approximately circular contour with isolation of the individual sheets.
  • the core 6 is surrounded by a secondary coil body 4, which carries a secondary winding 3, which is electrically connected to the high voltage terminal region 5.
  • the secondary coil body 4 is concentrically surrounded by a primary coil body 2, which carries a primary winding 1.
  • the primary winding 1 is in the illustrated embodiment, a three-layer winding.
  • the coil unit is surrounded by a sleeve 7, which consists of an electrically conductive and simultaneously magnetically conductive material, in particular iron silicon sheet.
  • the sleeve 7 is formed by two mutually insulated roll-formed magnetic sheets.
  • the outer circumference of the sleeve 7 simultaneously forms the outer periphery of the ignition coil described.
  • the sleeve 7, the primary winding 1, the secondary winding 3 and the core 6 form a magnetic circuit for generating the required ignition energy, with which the spark plug is acted upon. For reasons of avoiding eddy currents in the region of the magnetically conductive sleeve 7, this is provided with a continuous longitudinal slot 8.
  • one of the leads of the primary winding 1, namely the one which is led out of the primary coil body 2 in the lower region of the primary winding 1 and as well as the lead out of the primary coil body 2 must be connected to the low-voltage terminal 10.
  • the winding feed line 9 running along the longitudinal slot 8 is fixed by way of an insulation layer within the slot area by the winding feed line 9 being correspondingly suitable Embedding material is fixed.
  • the embedding is preferably carried out by means of epoxy resin.
  • the cylindrical region formed between the lead-out of the ends of the secondary winding 3 and the high-voltage terminal 5 serves, on the one hand, for accommodating a resistor 11 serving as a suppression element and, on the other hand, for accommodating a diode 12, by means of which a rectification of the current flowing into the spark plug is achieved. that the negative useful pulse for the ignition is transmitted, the positive disturbing pulse is suppressed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Primärwicklung tragenden zylindrischen Primärspulenkörper, einem Niederspannungsanschlussbereich zum Anschließen der Primärwicklung an eine Niederspannung, einer mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten Sekundärwicklung, zum Bereitstellen einer Hochspannung für eine Zündkerze der Brennkraftmaschine, wobei die Sekundärwicklung von einem vom Primärspulenkörper konzentrisch umgebenen Sekundärspulenkörper getragen wird, einem Hochspannungsanschlussbereich, in welchem die Sekundärwicklung die Zündkerze kontaktiert, wobei der Sekundärspulenkörper einen zylindrischen magnetischen Kern umschließt und Primärspulenkörper und Sekundärspulenkörper gemeinsam von einer elektrisch und magnetisch leitfähigen Hülse umgeben sind, wobei die Hülse einen durchgehenden Längsschlitz aufweist, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Eine Zündspule dieser Art ist aus der DE 100 57 567 bekannt.
  • EP 0 796 993 offenbart eine Zündspule gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei der gattungsgemäßen Zündspule handelt es sich um eine sog. "Stabspule für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen", welche eine längliche Bauform aufweist, damit sie in dem zur Verfügung stehenden eng begrenzten Raum im Motorblock der Brennkraftmaschine angeordnet sein kann. Über dem Niederspannungsanschlussbereich liegt an der Primärwicklung eine Primärspannung an, welche aufgrund der induktiven Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung als hochtransformierte Spannung am Hochspannungsanschlussbereich der Sekundärwicklung zur Verfügung steht und dort die Zündkerze beaufschlagt. Bei der bekannten Zündspule wird durch Primär- und Sekundärspule sowie den zylindrischen magnetischen Kern und die magnetisch leitfähige Hülse ein magnetischer Kreis gebildet. Zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten in der auch elektrisch leitfähigen Hülse trägt diese einen durchgehenden Längsschlitz, so dass induzierte elektrische Wirbelströme minimiert werden.
  • Aufgrund der gestellten Anforderungen an die Zündspule ist es erforderlich, die Primärwicklung auf dem die Sekundärwicklung umgebenden Primärspulenkörper mehrlagig auszuführen. Bei geradzahliger Lagenzahl ragen beide Zuleitungen der Primärwicklung am selben Ende des Primärspulenkörpers hinaus, so dass dort direkt ein Anschluss an die Niederspannungszuleitung erfolgen kann. Ist jedoch die Lagenzahl ungeradzahlig, ragen die Wicklungszuleitungen an entgegengesetzten Enden des Primärspulenkörpers hinaus, d.h. eine der beiden Wicklungszuleitungen muss auf die gegenüber liegende Seite zum Niederspannungsanschlussbereich zurückgeführt werden. In der Praxis ist eine Primärwicklung mit ungeradzahliger Lagenzahl, z.B. drei, gefordert. Aufgrund der erforderlichen elektrischen Kennwerte der Zündspule reicht nämlich eine zweilagige Wicklung häufig nicht aus, während eine vierlagige Primärwicklung zu einem zu großen Durchmesser der Spule führen würde.
  • Bei aus der Praxis bekannten Zündspulen erfolgt dabei die Rückführung der Wicklungszuleitung dadurch, dass der Primärspulenkörper innenseitig eine Nut aufweist, innerhalb der die Zuleitung geführt ist. Es hat sich dabei allerdings als nachteilig herausgestellt, dass diese Nut einerseits eine mechanische Schwächungsstelle für die Zündspule darstellt, so dass eine Sollbruchstelle vorprogrammiert ist, und dass andererseits das die Zuleitung umgebende elektromagnetische Feld sich nachteilig auf die Festigkeitseigenschaften der Zündspule auswirkt. Eine andere aus der Praxis bekannte Lösung sieht vor, dass die elektrische Rückführung durch einen flächigen Leiter, beispielsweise in Form einer Folie, ausgeführt ist, die sich entlang der zylindrischen Oberfläche des Primärspulenkörpers erstreckt. Auch diese Lösung ist hinsichtlich der mechanischen Festigkeit nicht zufriedenstellend und hinsichtlich der Herstellbarkeit teuer und risikobehaftet.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündspule der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass im Falle einer ungeradzahligen Lagenzahl der Primärwicklung eine verbesserte mechanische und elektrische Zuverlässigkeit erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer aus (2n-1), n= 1,2,3, ... Lagen bestehenden Primärwicklung 1 die vom Niederspannungsanschluss entfernt austretende Wicklungszuleitung derart entlang des Erstreckungsbereichs des Längsschlitzes der Hülse geführt ist, dass sie zumindest teilweise innerhalb des äußeren Umkreises der Hülse verläuft.
  • Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückführung der Wicklungszuleitung durch einen Raum erfolgt, welcher konstruktiv ohnehin vorhanden sein muss, so dass keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen, wie beispielsweise das Herstellen einer Nut, erforderlich sind. Somit können keine zusätzlichen mechanischen Sollbruchstellen entstehen. Elektrisch betrachtet ist der Bereich des Längsschlitzes für die Rückführung der Zuleitung ein denkbar günstiger Ort, da dieser soweit außerhalb des elektrisch aktiven Bereichs der Primär- und Sekundärspule ist, dass keine Beeinflussung der elektromagnetischen Eigenschaften mehr erfolgt.
    Andererseits verlangt die Rückführung der Zuleitung keine Vergrößerung des Bauvolumens der Spule, da der Durchmesser der Zuleitung, eventuell einschließlich ihrer Isolation, so bemessen ist, dass er immer innerhalb der äußeren Peripherie der gesamten Zündspule angeordnet ist, die durch den äußeren Umkreis der Hülse begrenzt ist.
  • Der verfahrensbezogene Aspekt der Erfindung weist den besonderen Vorteil auf, dass die Fixierung der Zuleitung innerhalb des Bereichs des Längsschlitzes besonders einfach möglich ist.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße. Zündspule nach dem Ausführungsbeispiel;
    Fig. 2
    einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zündspule, die in ihrem oberen Bereich einen Niederspannungsanschluss 10 aufweist, an der die Zündspule mit der erforderlichen Niederspannung beaufschlagt wird. In ihrem unteren Bereich weist die Zündspule einen Hochspannungsanschlussbereich 5 auf, in der ein Verbindungsabschnitt.mit einer (nicht dargestellten) Zündkerze mündet.
  • Die Zündspule weist eine zylindrische Bauform auf. Im Inneren der Zündspule ist ein zylindrischer magnetischer Kern 6 ausgebildet, der aus geschichteten magnetischen Blechen, insbesondere Eisensiliziumblechen, besteht. Einzelne magnetische Bleche unterschiedlicher Breite sind so gestapelt und unter Isolation der einzelnen Bleche gegeneinander zum Kern 6 mit näherungsweise kreisförmiger Kontur verbunden. Der Kern 6 ist von einem Sekundärspulenkörper 4 umgeben, welcher eine Sekundärwicklung 3 trägt, die elektrisch mit dem Hochspannungsanschlussbereich 5 verbunden ist. Die Verbindung der Sekundärwicklung 3 mit dem Hochspannungsanschlussbereich 5 erfolgt über einen im wesentlichen der Entstörung dienenden elektrischen Widerstand 11 und eine Gleichrichterdiode 12, welche in einem Gehäuse 13 untergebracht ist.
  • Der Sekundärspulenkörper 4 ist konzentrisch von einem Primärspulenkörper 2 umgeben, welcher eine Primärwicklung 1 trägt. Die Primärwicklung 1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine dreilagige Wicklung. Die Spuleneinheit ist von einer Hülse 7 umgeben, welcher aus einem elektrischleitfähigen und gleichzeitig magnetischleitfähigen Material, insbesondere Eisensiliziumblech, besteht.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist die Hülse 7 durch zwei gegeneinander isolierte rollgeformte magnetische Bleche gebildet. Der äußere Umkreis der Hülse 7 bildet gleichzeitig die äußere Peripherie der beschriebenen Zündspule. Die Hülse 7, die Primärwicklung 1, die Sekundärwicklung 3 und der Kern 6 bilden einen magnetischen Kreis zur Erzeugung der erforderlichen Zündenergie, mit der die Zündkerze beaufschlagt wird. Aus Gründen der Vermeidung von Wirbelströmen im Bereich der magnetischleitfähigen Hülse 7 ist diese mit einem durchgängigen Längsschlitz 8 versehen. Entlang des Längsschlitzes 8 erstreckt sich eine der Zuleitungen der Primärwicklung 1, und zwar diejenige, die im unteren Bereich der Primärwicklung 1 aus dem Primärspulenkörper 2 herausgeführt ist und ebenso wie die oberseitig aus dem Primärspulenkörper 2 herausgeführte Zuleitung mit dem Niederspannungsanschluss 10 verbunden sein muss. Die entlang des Längsschlitzes 8 verlaufende Wicklungszuleitung 9 ist dabei über eine Isolationsschicht innerhalb des Schlitzbereichs fixiert, indem die Wicklungszuleitung 9 in entsprechend geeignetem Einbettungsmaterial fixiert ist. Die Einbettung erfolgt vorzugsweise mittels Epoxydharz.
  • Der zwischen der Herausführung der Enden der Sekundärwicklung 3 und dem Hochspannungsanschluss 5 ausgebildete zylinderförmige Bereich dient zum einen zur Unterbringung eines als Entstörelement dienenden Widerstands 11 und zum anderen zur Unterbringung einer Diode 12, durch welche eine Gleichrichtung des in die Zündkerze fließenden Stroms dahingehend erreicht wird, dass der negative Nutzimpuls für die Zündung durchgelassen, der positive störende Impuls jedoch unterdrückt wird.

Claims (9)

  1. Zündspule für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Primärwicklung (1) tragenden, vorzugsweise zylindrischen, Primärspulenkörper (2),
    einem Niederspannungsanschlussbereich (10) zum Anschließen der Primärwicklung (1) an eine Niederspannung,
    einer mit der Primärwicklung (1) induktiv gekoppelten Sekundärwicklung (3) zum Bereitstellen einer Hochspannung für eine Zündkerze der Brennkraftmaschine, wobei die Sekundärwicklung (3) von einem vom Primärspulenkörper (2) konzentrisch umgebenen Sekundärspulenkörper (4) getragen wird,
    einem Hochspannungsanschlussbereich (5), in welchem die Sekundärwicklung (3) die Zündkerze kontaktiert,
    wobei der Sekundärspulenkörper (4) einen zylindrischen magnetischen Kern (6) umschließt und Primärspulenkörper (2) und Sekundärspulenkörper (4) gemeinsam von einer elektrisch und magnetisch leitfähigen Hülse (7) umgeben sind, wobei die Hülse (7) einen durchgehenden Längsschlitz (8) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei einer aus (2n-1), n= 1,2,3, ... Lagen bestehenden Primärwicklung (1) die vom Niederspannungsanschluss (10) entfernt austretende Wicklungszuleitung (9) derart entlang des Erstreckungsbereichs des Längsschlitzes (8) der Hülse (7) geführt ist, dass sie zumindest teilweise innerhalb des äußeren Umkreises der Hülse (7) verläuft.
  2. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Primärwicklung (1) dreilagig ausgeführt ist.
  3. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekenntzeichnet, dass
    die Wandstärke der Hülse 0,8 bis 1,2 mm, insbesondere 1 mm, beträgt.
  4. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hülse (7) aus weichmagnetischem Blech, insbesondere Fe-Si Blech oder Edelstahlblech, besteht.
  5. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hülse (7) mehrlagig, insbesondere zweilagig, aufgebaut ist.
  6. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die entlang des Schlitzbereichs verlaufende Wicklungszuleitung (9) einen Durchmesser von 0,5 bis 0,8 mm, insbesondere 0,75 mm, aufweist.
  7. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die entlang des Schlitzbereichs verlaufende Wicklungszuleitung (9) eine isolierende Ummantelung trägt.
  8. Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die entlang des Schlitzbereichs verlaufende Wicklungszuleitung (9) in isolierende Vergussmasse, insbesondere Vergussharz, eingebettet ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Zündspule für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei einer aus (2n-1), n=1, 2, 3, ... Lagen bestehenden Primärwicklung die vom Niederspannungsanschluss entfernt angeordnete Wicklungszuleitung derart innerhalb des Bereich des Längsschlitzes der Hülse geführt wird, dass sie innerhalb des äußeren Umkreises der Hülse fixiert verläuft.
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Application Number Priority Date Filing Date Title
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DE102004003216A DE102004003216B3 (de) 2004-01-22 2004-01-22 Zündspule für eine Brennkraftmaschine

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EP (1) EP1557849B8 (de)
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DE (1) DE102004003216B3 (de)
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