ITMI20062149A1 - TRIBOSISTEMA AND VALVE FOR COMMANDING A FLUID WITH THIS TRIBOSYSTEM - Google Patents
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Description
ΪΤ2056/06/Β STUDIO BREVETTI JAUMANN ΪΤ2056 / 06 / Β JAUMANN PATENT STUDY
di Jaumann P. & C. Sas by Jaumann P. & C. Sas
Via San Giovanni sul Muro, 13 Via San Giovanni sul Muro, 13
20121 MILANO 20121 MILAN
Ditta: ROBERT BOSCH GMBH Company: ROBERT BOSCH GMBH
Con sede a Stoccarda (Germania) Based in Stuttgart (Germany)
DESCRIZIONE fi! 12006 -A DESCRIPTION fi! 12006 -A
STATO DELL' ARTE STATE OF THE ART
La presente invenzione concerne un tribosistema a secco ed una valvola per comandare un fluido, specialmente per comandare un gas con un tale tribosistema. The present invention relates to a dry tribosystem and a valve for controlling a fluid, especially for controlling a gas with such a tribosystem.
I tribosistemi (sistemi di frizione) contemplano un primo ed un secondo partner di frizione, i quali vengono mossi l'uno relativamente all'altro, laddove si ha frizione. Nei tribosistemi a secco i due partner di frizione sfregano l'uno sull'altro senza un lubrificante liquido. Nei tribosistemi a secco è per esempio noto utilizzare lubrificanti solidi. I tribosistemi si trovano per esempio in valvole. Tribosystems (friction systems) contemplate a first and a second friction partner, which are moved relative to each other, where friction occurs. In dry tribosystems the two friction partners rub against each other without a liquid lubricant. For example, in dry tribosystems it is known to use solid lubricants. Tribosystems are found for example in valves.
Valvole per comandare fluidi sono per esempio note in motori a combustione interna sottoforma di valvole di iniezione. Oltre ai noti carburanti liquidi recentemente vengono sempre più utilizzanti anche gas come combustibile, per esempio in celle a combustiene oppure in motori a gas. Al riguardo vengono spesso utilizzate valvole noce di me tori a combustione interna per Valves for controlling fluids are for example known in internal combustion engines in the form of injection valves. In addition to the known liquid fuels, gases have recently been increasingly used as fuel, for example in combustion cells or gas engines. In this regard, internal combustion nut valves are often used for
l ΰ NOI 2M IT2056/06/B l ΰ US 2M IT2056 / 06 / B
carburanti liquidi. Quando come carburante si utilizzano gas si verificano qui tuttavia specialmente problemi di attrito dovuti alle proprietà non lubrificanti del carburante gassoso, che portano ad una breve vita utile delle valvole. liquid fuels. However, when gases are used as fuel, friction problems especially arise here due to the non-lubricating properties of the gaseous fuel, which lead to a short service life of the valves.
Dal documento DE 103 22 916 Al è nota una valvola per comandare un fluido, nella quale su un indotto del magnete, in corrispondenza del lato di questo opposto rispetto ad un organo di chiusura della valvola, si trova un rivestimento di Cromo. Questi rivestimento riduce in special modo un'usura nella zona di impatto dell'indotto del magnete con un nucleo polare. From document DE 103 22 916 A1 a valve for controlling a fluid is known, in which a chromium coating is found on an armature of the magnet, in correspondence with the side of this opposite with respect to a valve closing member. This coating especially reduces wear in the impact zone of the magnet armature with a polar core.
VANTAGGI DELL'INVENZIONE ADVANTAGES OF THE INVENTION
Il tribosistema conforme all'invenzione, avente le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1, presenta invece il vantaggio che esso può assicurare una lubrificazione sufficiente anche quando non viene utilizzato alcun lubrificante liquido. Il tribosistema è in proposito strutturato in maniera semplice è può essere fabbricato facilmente ed economicamente. Conformemente all'invenzione il tribosistema contempla un primo partner di frizione ed un secondo partner di frizione, laddove il primo IT2056/06/B The tribosystem according to the invention, having the characteristics of claim 1, on the other hand, has the advantage that it can ensure sufficient lubrication even when no liquid lubricant is used. The tribosystem is structured in a simple way for this purpose and can be manufactured easily and economically. According to the invention, the tribosystem contemplates a first friction partner and a second friction partner, whereas the first IT2056 / 06 / B
e/oppure il secondo partner di frizione contemplano un doppio strato comprendente uno strato base duro ed uno strato di scorrimento esterno. Lo strato di scorrimento esterno è uno strato di lubrificante solido. Lo strato di scorrimento esterno è perciò riportato su uno strato base duro, cosicché lo strato base duro supporta lo strato di lubrificante solido. and / or the second friction partner comprise a double layer comprising a hard base layer and an outer sliding layer. The outer sliding layer is a solid lubricant layer. The outer sliding layer is thus brought back onto a hard base layer, so that the hard base layer supports the solid lubricant layer.
Le rivendicazioni subordinate indicano preferiti sviluppi dell'invenzione. The subordinate claims indicate preferred developments of the invention.
Lo strato di lubrificante solido è in maniera particolarmente preferita uno strato di carbonio, per esempio di grafite, oppure una vernice scorrevole, oppure uno strato di solfuro di molibdeno, oppure uno strato contenente PTFE. The solid lubricant layer is particularly preferably a carbon layer, for example graphite, or a flowable paint, or a molybdenum sulfide layer, or a PTFE-containing layer.
Lo strato base duro è preferibilmente uno strato temprato della zona marginale di un materiale base. Il materiale base è preferibilmente un materiale base a basso campo coercitivo . The hard base layer is preferably a hardened layer of the edge region of a base material. The base material is preferably a low coercive field base material.
In alternativa io strato base duro è preferibilmente uno strato riportato su un materiale base. Lo strato base duro riportato su un materiale base è preferibilmente uno strato di Cromo, oppure uno strato contenente Cromo, uno IT2056/06/B Alternatively, the hard base layer is preferably a layer applied to a base material. The hard base layer applied to a base material is preferably a chromium layer, or a layer containing chromium, one IT2056 / 06 / B
strato di Boruro, oppure uno strato contenente Boro, oppure uno strato di Nickel chimico. Boride layer, or a layer containing Boron, or a chemical Nickel layer.
In maniera ulteriormente preferita una valvola per comandare un fluido contempla un tribosistema conforme all'invenzione. La valvola conforme all'invenzione per comandare un fluido presenta il vantaggio di presentare un'elevata stabilità nel tempo. Conformemente all'invenzione viene in proposito conseguita un'usura particolarmente modesta della guida. Le forze trasversali sussistenti possono inoltre essere ridotte conformemente all'invenzione per mezzo di uno strato di separazione a-magnetico. Ciò viene ottenuto conformemente all'invenzione per il fatto che è prevista una prima zona di guida di un indotto del magnete, consistente in un materiale a basso campo coercitivo, che con una seconda zona di guida di un componente contiguo forma un sistema tribologico, laddove la prima e/oppure la seconda zona di guida contemplano un doppio strato comprendente uno strato base duro ed uno strato esterno di scorrimento. Conformemente all'invenzione, almeno uno dei partner di frizione presenta quindi un doppio strato, laddove uno strato base presenta una durezza sufficiente e IT2056/06/B In a further preferred way a valve for controlling a fluid contemplates a tribosystem according to the invention. The valve according to the invention for controlling a fluid has the advantage of having a high stability over time. According to the invention, a particularly low wear of the guide is achieved in this regard. The transverse forces that exist can also be reduced according to the invention by means of an a-magnetic separating layer. This is achieved in accordance with the invention due to the fact that a first guiding zone of an armature of the magnet is provided, consisting of a material with a low coercive field, which with a second guiding zone of a contiguous component forms a tribological system, where the first and / or the second guiding zone comprise a double layer comprising a hard base layer and an external sliding layer. According to the invention, at least one of the friction partners therefore has a double layer, wherein a base layer has sufficient hardness and IT2056 / 06 / B
sullo strato base duro è riportato uno strato di scorrimento esterno. Può in seguito a ciò essere con sicurezza messo a disposizione l'effetto portante, conforme all'invenzione, da parte dello strato base duro per lo strato esterno di scorrimento, avente funzione lubrificante. Questo doppio strato può essere messo a disposizione in maniera relativamente semplice ed economica, per cui specialmente quando la valvola viene utilizzata con fluidi gassosi si consegue una vita utile della valvola significativamente più lunga. Conformemente all'invenzione un'usura della guida sull'indotto del magnete può così essere nettamente ridotta a motivo della supplementare durezza del componente. Un ulteriore vantaggio risulta dal fatto che lo strato base duro non è magnetizzabile oppure lo è solo in misura modesta. Esso rappresenta così un "Tra ferro" magnetico, vaie a dire una zona sostanzialmente a-magnetica, che riduce le forze trasversali magnetiche in una valvola elettromagnetica. on the hard base layer there is an external sliding layer. As a result, the bearing effect according to the invention can be safely provided by the hard base layer for the outer sliding layer, which has a lubricating function. This double layer can be made available relatively simply and economically, whereby a significantly longer service life of the valve is achieved especially when the valve is used with gaseous media. In accordance with the invention, wear of the guide on the magnet armature can thus be significantly reduced due to the additional hardness of the component. A further advantage results from the fact that the hard base layer is either not magnetizable or only to a modest extent. It thus represents a magnetic "Between iron", ie a substantially a-magnetic zone, which reduces the magnetic transverse forces in an electromagnetic valve.
Una delle zona di guida della valvola è preferìbilmente realizzata sottoforma dì doppio strato e l'altra zona dì guida è preferibilmente formata da un unico strato che presenta un basso IT2056/06/B One of the valve guide area is preferably made in the form of a double layer and the other guide area is preferably formed by a single layer which has a low IT2056 / 06 / B
coefficiente di attrito. Tra le due zone di guida viene in seguito a ciò ottenuta una coppia di frizione che è realizzabile in maniera particolarmente economica, in quanto soltanto una delle zone di guida è realizzata sottoforma di doppio strato e presenta un migliore comportamento nei confronti dell'usura. Friction coefficient. As a result, a friction pair is obtained between the two guiding areas which can be produced in a particularly economical way, since only one of the guiding areas is made in the form of a double layer and exhibits a better behavior against wear.
La seconda zona di guida della valvola, che serve a guidare l'indotto del magnete, è preferibilmente disposta su un lato interno di un componente cilindrico. Il componente cilindrico è in proposito preferìbilmente stato sottoposto ad un'operazione di calibratura, cosicché esso presenta una dimensione interna precisa. The second guide zone of the valve, which serves to guide the armature of the magnet, is preferably arranged on an internal side of a cylindrical component. The cylindrical component has preferably been subjected to a calibration operation in this regard, so that it has a precise internal dimension.
In modo ulteriormente preferito sull'indotto del magnete è ricavato direttamente, rispettivamente formando un pezzo unico, un organo di chiusura della valvola. È possibile in seguito a ciò ottenere una valvola particolarmente compatta . In a further preferred way, on the armature of the magnet, a valve closure member is obtained directly, respectively forming a single piece. As a result, it is possible to obtain a particularly compact valve.
I. fluido, che viene comandato dalla valvola conforme all'invenzione, è preferibilmente un fluido gassoso, specialmente per la propulsione di un veicolo per mezzo di una cella a combustione oppure di un motore a gas. La valvola può The fluid, which is controlled by the valve according to the invention, is preferably a gaseous fluid, especially for propelling a vehicle by means of a combustion cell or a gas engine. The valve can
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naturalmente essere anche utilizzata in un impianto stazionario. of course it can also be used in a stationary system.
DISEGNO DRAWING
In appresso, con rifferimento al disegno allegato, vengono descritti in dettaglio esempi di realizzazione dell'invenzione. Nel disegno fanno vedere : Below, with reference to the attached drawing, examples of embodiment of the invention are described in detail. In the drawing they show:
figura 1 una vista in sezione schematica di una parte di una valvola conformemente ad un primo esempio di realizzazione dell' invenzione, Figure 1 a schematic sectional view of a part of a valve according to a first embodiment of the invention,
figura 2 una vista in sezione schematica dì una parte di una valvola conformemente ad un secondo esempio dì realizzazione della presente invenzione, e Figure 2 a schematic sectional view of a part of a valve according to a second embodiment of the present invention, and
figura 3 una vista in sezione schematica di una parte di una valvola conformemente ad un terzo esempio di realizzazione della presente invenzione. Figure 3 is a schematic sectional view of a part of a valve according to a third embodiment of the present invention.
DESCRIZIONE DEGLI ESEMPI DI REALIZZAZIONE DESCRIPTION OF THE REALIZATION EXAMPLES
La figura 1 fa vedere una parte di una valvola 1 conformemente ad un primo esempio di realizzazione della presente invenzione, che presenta un tribosistema a secco conforme all'invenzione. La valvola 1 è una valvola IT2056/06/B Figure 1 shows a part of a valve 1 according to a first embodiment of the present invention, which has a dry tribosystem according to the invention. Valve 1 is an IT2056 / 06 / B valve
elettromagnetica che contempla una non rappresentata unità dì azionamento elettromagnetica comprendete un indotto 2 del magnete. L'indotto 2 del magnete è fabbricato utilizzando un materiale base a basso campo coercitivo ed è disposto in un componente di guida 3 cilìndrico. Il componente di guida 3 cilindrico può essere un manicotto imbutito, oppure un tubo trafilato senza saldatura. L'indotto 2 del magnete è inoltre realizzato integralmente con un organo di chiusura della valvola 4, sul cui lato frontale è disposto un elemento di tenuta 5. L'indotto 2 del magnete, come indicato nella figura 1 dalla doppia freccia A, può sollevarsi ed abbassarsi linearmente, nel senso assiale x-x della valvola, relativamente al componente di guida 3 cilindrico. Per effetto dì questo movimento lineare di sollevamento e di abbassamento l'indotto 2 del magnete può in proposito abilitare, rispettivamente chiusure un'apertura 7 della valvola in quando l'organo di chiusura della valvola 4 interagisce con una sede 6 della vaLvola. electromagnetic which includes an electromagnetic drive unit, not shown, comprises an armature 2 of the magnet. The magnet armature 2 is manufactured using a low coercive field base material and is arranged in a cylindrical guide component 3. The cylindrical guide component 3 can be a drawn sleeve or a seamless drawn tube. The armature 2 of the magnet is also made integrally with a closing member of the valve 4, on the front side of which there is a sealing element 5. The armature 2 of the magnet, as indicated in Figure 1 by the double arrow A, can rise and lowering linearly, in the axial direction x-x of the valve, relative to the cylindrical guide component 3. As a result of this linear movement of lifting and lowering the armature 2 of the magnet can in this regard enable or close an opening 7 of the valve, since the closing member of the valve 4 interacts with a seat 6 of the valve.
Nella condizione aperta, fatta vedere nella figura 1, il fluido può defluire da una camera di ΪΤ2056/06/Β In the open condition, shown in figure 1, the fluid can flow out of a chamber of ΪΤ2056 / 06 / Β
mandata 8, passando per l'apertura 7 della valvola, per essere iniettato per esempio in una camera di scoppio di un motore a combustione interna . delivery 8, passing through the valve opening 7, to be injected, for example, into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Sul perimetro esterno dell'indotto 2 del magnete è inoltre formata una prima zona dì guida 9 (primo partner di frizione), la quale, per guidare l'indotto 2 del magnete, interagisce con una seconda zona di guida 10 (secondo partner di frizione) sul lato interno del componente di guida 3 cilindrico. Come si evince dalla figura 1, la prima zona di guida 9 sull'indotto 2 del magnete è formata da uno strato base 11 duro e da uno strato di scorrimento 12 esterno. Lo strato base 11 duro è uno strato temprato della zona marginale del materiale base a basso campo coercitivo dell'indotto del magnete. Lo strato di scorrimento 12 esterno è, nel primo esempio di realizzazione, uno strato di lubrificante solido, consistente in Grafite, avente uno spessore minore od uguale a 10 μτη. La prima zona dì guida 9 recante lo strato base 11 duro e lo strato di scorrimento 12 esterno è in proposito formata lungo il perìmetro complessivo dell'indotto 2 del magnete, si noti che l'indotto del magnete può essere anche dotato IT2056/06/B A first guide zone 9 (first friction partner) is also formed on the outer perimeter of the armature 2 of the magnet, which, to guide the armature 2 of the magnet, interacts with a second guide zone 10 (second friction partner ) on the inside of the cylindrical guide component 3. As can be seen from Figure 1, the first guiding zone 9 on the armature 2 of the magnet is formed by a hard base layer 11 and by an external sliding layer 12. The hard base layer 11 is a hardened layer of the marginal zone of the base material with a low coercive field of the magnet armature. The outer sliding layer 12 is, in the first embodiment, a solid lubricant layer, consisting of Graphite, having a thickness less than or equal to 10 μτη. The first guide zone 9 bearing the hard base layer 11 and the outer sliding layer 12 is formed along the overall perimeter of the magnet armature 2, it should be noted that the magnet armature can also be equipped with IT2056 / 06 / B.
di svariate zone di guida separate, in corrispondenza delle quali sono di volta in volta realizzati i doppi strati. La seconda zona di guida 10 è formata dalla superficie interna della parete del componente di guida 3 cilindrico. Grazie all'utilizzo dello strato base il inferiore, temprato, e dello strato di scorrimento 12 esterno, riportato sul precedente, può essere ottenuta una migliorata stabilità nel tempo della valvola, anche in presenza di elevate sollecita zioni a vibrazione. Può inoltre essere assicurata un minor usura della guida. La valvola 1 conforme all'invenzione, secondo il primo esempio di realizzazione, è in proposito particolarmente adatta a fluidi gassosi, nei quali, a motivo del gas secco, si ha minor azione lubrificante. Inoltre, per effetto dello strato base 11 temprato, si è sicuri che, a motivo dello strato base temprato, non magnetizzabile, si vengano ad avere minori forze trasversali, cosicché viene significativamente ridotta una posizione di sbieco dell'indotte 2 del magnete. può in seguito a ciò essere anche assicura un comportamento può favorevole dell'indotto 2 del magnete all'atto dell'apertura e delia chiusura. of several separate guiding areas, in correspondence with which the double layers are made from time to time. The second guiding zone 10 is formed by the inner surface of the wall of the cylindrical guiding component 3. Thanks to the use of the lower base layer, tempered, and of the external sliding layer 12, carried over on the previous one, an improved stability of the valve over time can be obtained, even in the presence of high vibration stresses. Less wear of the guide can also be ensured. The valve 1 according to the invention, according to the first example of embodiment, is particularly suitable in this regard for gaseous fluids in which, due to the dry gas, there is less lubricating action. Moreover, due to the effect of the hardened base layer 11, it is certain that, due to the hardened base layer, which cannot be magnetized, there are fewer transverse forces, so that a bias position of the armature 2 of the magnet is significantly reduced. consequently, it can also ensure a favorable behavior of the armature 2 of the magnet upon opening and closing.
IT2056/06/B IT2056 / 06 / B
Lo strato base inferiore, temprato, fornisce in The lower, hardened base layer provides in
proposito inoltre un'azione di supporto per lo strato di scorrimento 12 esterno avente funzione lubrificante . it also concerns a supporting action for the outer sliding layer 12 having a lubricating function.
In appresso, con riferimento alla figura 2, viene descritta una valvola 1 conforme ad un secondo esempio di realizzazione dell'invenzione, laddove parti uguali, rispettivamente funzionalmente uguali sono identificate con gli stessi contrassegni utilizzati nel primo esempio di realizzazione. Hereinafter, with reference to Figure 2, a valve 1 is described according to a second embodiment of the invention, wherein equal, respectively functionally identical parts are identified with the same marks used in the first embodiment.
Il secondo esempio di realizzazione corrisponde sostanzialmente al primo esempio di realizzazione, laddove, a differenza del primo esempio di realizzazione, sul componente di guida 3 cilindrico, in corrispondenza della seconda zona di guida 10 interna di questo, è disposto un supplementare strato di scorrimento 13. Lo strato di scorrimento 13 è realizzato, nel senso assiale x-x, su11'intera 1unghezza della corsa dell'indotto 2 del magnete e sull'intero perimetro interno del componente di guida 3. Il secondo strato di scorrimiento 13 è in questo esempio di realizzazione un lubrificante solido. La prima zona di guida 9 sull'indotto 2 dei magnete è IT2056/06/B The second embodiment substantially corresponds to the first embodiment, where, unlike the first embodiment, an additional sliding layer 13 is arranged on the cylindrical guide component 3, in correspondence with the second inner guide zone 10 thereof. The sliding layer 13 is formed, in the axial direction x-x, over the entire length of the stroke of the armature 2 of the magnet and over the entire inner perimeter of the guide component 3. The second sliding layer 13 is in this example of embodiment a solid lubricant. The first guide zone 9 on the armature 2 of the magnet is IT2056 / 06 / B
formata, come nel primo esempio di realizzazione, da un doppio strato, laddove sullo strato basse 11 temprato è parimenti previsto, in qualità di strato di scorrimento 12, uno strato di lubrificante solido. Il sistema tribologico del secondo esempio di realizzazione contempla perciò da un lato un doppio strato, formato da uno strato base temprato e da un lubrificante solido, e dall'altro lato uno strato consistente in un lubrificante solido. Lo strato di lubrificante solido è per esempio formato da Grafite oppure da una vernice scorrevole. formed, as in the first example of embodiment, of a double layer, where a layer of solid lubricant is likewise provided on the hardened base layer 11 as the sliding layer 12. The tribological system of the second embodiment therefore contemplates on the one hand a double layer, formed by a hardened base layer and a solid lubricant, and on the other side a layer consisting of a solid lubricant. The solid lubricant layer is formed, for example, of Graphite or a sliding varnish.
In appresso, con riferimento alla figura 3, viene descritta una valvola 1 conforme ad un terzo esempio di realizzazione dell'invenzione, laddove parti uguali, rispettivamente funzionalmente uguali sono identificate con contrassegni uguali a quelli utilizzati negli esempi di realizzazione che precedono. Hereinafter, with reference to Figure 3, a valve 1 is described according to a third embodiment of the invention, where identical parts, respectively functionally identical, are identified with marks identical to those used in the preceding embodiments.
A differenza degli esempi di realizzazione che precedono, nel caso della valvola 1 conforme al terzo esempio di realizzazione tanto sull'indotto 2 dei magnete è formato un doppio strato, costituito da strato base 11 duro e da strato di scorrimento 12, come anche sui IT2056/06/B Unlike the above embodiments, in the case of the valve 1 according to the third embodiment example, a double layer is formed on the armature 2 of the magnet, consisting of a hard base layer 11 and a sliding layer 12, as also on the IT2056 / 06 / B
componente di guida 3 cilindrico è formato un doppio strato contemplante uno strato base 14 duro ed uno strato di scorrimento 15. Il sistema tribologico conforme al terzo esempio di realizzazione contempla perciò un accoppiata di scorrimento costituita da due doppi strati. Sull'indotto 2 del magnete sono in proposito formati uno strato base 11 temprato ed uno strato di scorrimento 12 e sul componente di guida 3 cilindrico sono formati uno strato base 14 temprato ed uno strato di scorrimento 15 esterno. Gli strati base 11 e 14 possono essere strati esterni temprati del materiale base, oppure possono essere riportati sul materiale base sottoforma di strato base, duro, e possono per esempio consistere in Cromo oppure in Nickel chimico . cylindrical guide component 3 a double layer is formed comprising a hard base layer 14 and a sliding layer 15. The tribological system according to the third embodiment example therefore contemplates a sliding coupling consisting of two double layers. A hardened base layer 11 and a sliding layer 12 are formed on the armature 2 of the magnet and a hardened base layer 14 and an outer sliding layer 15 are formed on the cylindrical guide component 3. The base layers 11 and 14 can be hardened outer layers of the base material, or they can be applied to the base material in the form of a hard base layer, and can for example consist of chromium or chemical nickel.
Si noti che in tutti gli esempi di realizzazione descrìtti specialmente il componente di guida 3 cilindrico può essere portato, al fine dì ulteriormente migliorare il coefficiente di attrito, ad una dimensione precìsa per mezzo di un'operazione dì calibratura. L'operazione di calibratura può per esempio essere realizzata inserendo a forza una sfera oppure una spina. It should be noted that in all the embodiments described especially the cylindrical guide component 3 can be brought, in order to further improve the friction coefficient, to a precise dimension by means of a calibration operation. The calibration operation can for example be carried out by forcibly inserting a ball or a pin.
IT2056/06/B IT2056 / 06 / B
Possono in seguito a ciò specialmente essere compensate dispersioni degli strati esterni sul componente di guida cilindrico As a result, dispersions of the outer layers on the cylindrical guide component can especially be compensated for
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