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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit wenigstens einem Spreizband,
welches mit einem ersten Ende mit einem Antriebsmittel in Form einer motorisch
angetriebenen Wickelspule und mit einem zweiten Ende mit einem Abtriebsmittel
verbunden ist, wobei das Spreizband im aufgewickelten Zustand auf der
Wickelspule flach und im abgewickelten Zustand zum Übertragen
von Zug und Druckkräften von der Wickelspule auf das Abtriebsmittel
gewölbt ist, wobei eine Oberseite des Spreizbandes eine
konvexe und eine Unterseite des Spreizbandes eine konkave Wölbung
aufweist, sowie mit einer Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung
der Wegposition des Spreizbandes.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
der
DE 38 35 064 C1 ist
ein Linearantrieb in Form eines Zugmitteltriebes bekannt, bei dem zur
Ausübung von Zug- und Druckkräften ein Spreizband
verwendet wird. Unter einem Spreizband versteht man ein in Querrichtung
bombiertes Band, welches, wenn man es sich selbst überlässt,
sich um eine seiner Längsachse parallele Achse wölbt
beziehungsweise einrollt, so dass die Oberseite des Spreizbandes
konvex und die Unterseite des Spreizbandes konkav gewölbt
ist. Solche beispielsweise aus Metall oder Kunststoff hergestellten
Bänder weisen infolge ihrer Wölbung eine beachtliche
Druckund Biegesteifigkeit auf, da sie anders als ein flaches Band
auch schubsteif sind, wobei letzteres nur auf Zug belastet werden
kann. Das Wirkprinzip von Spreizbändern ist seit langem
aus dem Bereich aufrollbarer Maßbänder bekannt
und es ist bereits vorgeschlagen worden, dieses Prinzip für
Linearantriebe und für Umschlingungstriebe zu nutzen.
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So
ist aus der
DE
10 2005 052 059 A1 ein Linearantrieb zum Öffnen
und Schließen eines Garagentors bekannt, bei dem ein Spreizband über
ein relativ kompliziert aufgebautes Getriebe Zug- oder Druckkräfte
auf ein Garagentor ausübt. Eine Positionserfassungseinrichtung
zur Erfassung der Wegposition des Spreizbandes ist bei diesem Linearantrieb nicht
vorgesehen.
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In
der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2006 059 187 wird ein Linearführungsmodul
mit einem auf einer Führungsschiene linearbeweglich gelagerten Führungswagen
beschrieben, welcher durch ein Verbindungselement in Form eines
Spreizbandes mit einem Antriebsmotor in Antriebsverbindung steht.
Eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Wegposition
des Spreizbandes ist auch bei diesem Linearführungsmodul
nicht vorgesehen, so dass diesbezüglich noch Raum für
Verbesserungen besteht.
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Aus
der
DE 10 2005
048 263 A1 ist schließlich ein gattungsgemäßer
Linearantrieb bekannt, bei dem das Spreizband auf einen Aktor in
Form eines pneumatischen Zylinders Druck- oder Zugkräfte
ausübt. Eine Positionserfassungseinrichtung in Form eines
elektrischen Inkrementalgebers erfasst die Rotation der Wickelspule
und übergibt ein Positions- und/oder Geschwindigkeitssignal
an eine Steuerung. Die Positionserfassungseinrichtung ist in die
Wickelspule integriert und beispielsweise oberhalb des Antriebsmotors
angeordnet bzw. bildet einen Bestandteil des Motors.
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Es
ist auch bekannt, zur Bestimmung der Position des mit dem Abtriebsmittel
verbundenen Endes des Spreizbandes ortsfest installierte Induktivsensoren
zu verwenden. Weiterhin ist bekannt, dass mittels eines Drehwinkelencoders
an der angetriebenen Wickelspule über Messung des Drehwinkels
der Wickelspule die ausgefahrene Länge des Spreizbandes und
daraus abgeleitet die Position des Endes des Spreizbandes bestimmt
wird.
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Nachteilig
bei den bekannten Positionserfassungseinrichtungen für
Linearantriebe mit Spreizbändern ist, dass die Messgenauigkeit
von ortsfest angebrachten Sensoren, wie Induktivsensoren, vom Abstand
zur Messstelle auf dem sich bewegenden Spreizband sowie von den
Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Bauraum, Störfeldern
oder anderen Faktoren abhängig ist. Bei einer Positionsbestimmung über
Drehwinkelencoder in der Antriebseinheit bleiben dagegen Einflüsse
wie Wärmedehnung, Durchbiegung, Schwingung des Bandes und
andere Faktoren unberücksichtigt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb zu schaffen,
der die geschilderten Nachteile beseitigt. Insbesondere ist es die
Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige und exakt arbeitende
Messeinrichtung zur Erfassung der Position eines definierten Punktes
auf dem Spreizband des Linearantriebes zu schaffen. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen aus der
DE 10 2006 059 187 bekannten
Linearantrieb hinsichtlich der Erfassung der Position eines definierten
Punktes auf dem Spreizband des Linearantriebes zu verbessern.
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Beschreibung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte
Aufgabe dadurch lösen lässt, dass das Spreizband
selbst mit einer Signalgebereinrichtung versehen ist, welche mit
einem Messsensor zusammenwirkt.
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Die
Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs
daher aus von einem Linearantrieb mit wenigstens einem Spreizband,
welches mit einem ersten Ende mit einem Antriebsmittel in Form einer
motorisch angetriebenen Wickelspule und mit einem zweiten Ende mit
einem Abtriebsmittel verbunden ist, wobei das Spreizband im aufgewickelten
Zustand auf der Wickelspule flach und im abgewickelten Zustand zum Übertragen
von Zug- und Druckkräften von der Wickelspule auf das Abtriebsmittel
gewölbt ist, wobei eine Oberseite des Spreizbandes eine
konvexe und eine Unterseite des Spreizbandes eine konkave Wölbung
aufweist, sowie mit einer Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung
der Wegposition des Spreizbandes. Außerdem ist vorgesehen,
dass die Oberfläche des Spreizbandes mit wenigstens einer
Signalgebereinrichtung der Positionserfassungseinrichtung versehen
ist.
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Durch
diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass die Position des Spreizbandes
direkt und sehr genau erfasst werden kann. Eine direkte Positions- oder
Wegerfassung des Spreizbandes beziehungsweise seiner Oberfläche
bietet den Vorteil, dass negative Einflüsse und Messfehler
so weit wie möglich ausgeschaltet werden können.
Ferner lässt sich die erfindungsgemäße
Ausgestaltung auf einfachste Weise realisieren und es lassen sich
bereits bestehende gattungsgemäße Linearantriebseinrichtungen auch
mit dem erfindungsgemäßen System nachrüsten.
Dabei können verschiedenste Arten von Signalgebereinrichtungen
und der damit korrespondierenden Positionserfassungseinrichtungen
realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, ein aus der
DE 10 2006 059 187 bekanntes
Linearführungsmodul mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Spreizband auszurüsten, da die Wegpositionsbestimmung des mit
dem zweiten Ende des erfindungsgemäß ausgestalteten
Spreizbands verbundenen Führungswagen, welcher das Abtriebselement
darstellt, noch präziser als bisher vorgenommen werden
kann.
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Außerdem
kann vorgesehen sein, dass die Signalgebereinrichtung als eine harmonische
oder disharmonische Abfolge von in das Spreizband eingebrachten
und dessen Topographie wellenartig verändernden Dellen
in Form von Aussparungen, Löchern oder Kerben, jeweils
mit kreisrunder, ovaler oder eckiger Grundform ist, welche entsprechend von
einem beispielsweise optischen Sensor erfasst werden.
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Des
Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Löcher jeweils
in den Zenit der Oberseite des gewölbten Spreizbandes eingebracht
sind. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Kerben
jeweils im seitlichen Rand des Spreizbandes eingeformt sind.
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In
anderen praktischen Weiterbildungen kann vorgesehen sein, dass die
Signalgebereinrichtung als eine harmonische oder disharmonische
Abfolge von auf das Spreizband aufgebrachten Skalenmarkierungen
ausgebildet ist, welche eine von der Oberfläche des Spreizbandes
abweichende Helligkeit aufweisen. Darunter ist zu verstehen, dass
die Skalenmarkierungen für elektromagnetische Wellen ein
anderes Rückstrahlvermögen aufweisen als ihre unmittelbare
Umgebung.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Signalgebereinrichtung
durch eine auf der Oberfläche des Spreizbandes aufgebrachte magnetisierbare
Beschichtung in Form eines Magnetstreifens gebildet ist. Ein solcher
Magnetstreifen kann beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoffmaterial
bestehen, welches eine magnetisierbare Beschichtung aufweist und
auf die Oberfläche des Spreizbandes aufgeklebt oder auf
derselben abgeschieden ist.
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In
einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Signalgebereinrichtung des Spreizbandes durch einen auf der
Oberfläche des Spreizbandes aufgebrachtes streifenförmiges
Sensorelement gebildet ist, welches mit einem Positionsmagneten
am zweiten Ende des Spreizbandes und mit einem in der Wickelspule
integrierten magnetorestriktiven Sensor zusammenwirkt, welcher die
Laufzeit eines Signals des Positionsmagneten am zweiten Ende des
Spreizbandes erfasst.
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Ebenso
liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Positionserfassungseinrichtung
ein optischer Sensor ist. Diese Ausgestaltung lässt sich
noch dadurch ergänzen, dass eine Lichtquelle im Bereich
der Unterseite des Spreizbandes und der optische Sensor im Bereich
der Oberseite des Spreizbandes angeordnet ist. In Umkehr diese Anordnungsverhältnisse
kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle im Bereich
der Oberseite des Spreizbandes und der optische Sensor im Bereich
der Unterseite des Spreizbandes angeordnet sind. Ferner lassen sich
diese Ausgestaltungen der Erfindung noch dadurch ergänzen,
dass der optische Sensor als ein Scanner-Laser ausgebildet ist.
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Besonders
vorteilhaft ist ebenso eine andere Variante der Erfindung, die sich
dadurch auszeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung einen
induktiv messenden Sensor aufweist.
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Es
liegt ebenso im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass die Positionserfassungseinrichtung
eine kapazitive Messeinrichtung umfasst. Ferner kann vorgesehen
sein, dass das Spreizband mit einer Ultraschallsonde als Signalgebereinrichtung verbunden
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung,
die sich dadurch auszeichnet, dass das Abtriebselement des Linearantriebs
ein Führungswagen gemäß der
DE 10 2006 059 187 ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nachfolgend
mehrere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten
Linearantriebs näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines erstes Ausführungsbeispiels
eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von der
Seite;
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2 den
Linearantrieb gemäß 1 von oben
gesehen;
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3 das
Spreizband des Linearantriebs gemäß den 1 und 2 im
Querschnitt sowie mit zwei Positionserfassungseinrichtungen;
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4 eine
schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von oben;
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5 das
Spreizband des Linearantriebs gemäß 4 im
Querschnitt und mit einer Positionserfassungseinrichtung;
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6 eine
schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von oben;
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7 das
Spreizband des Linearantriebs gemäß 6 im
Querschnitt und mit einer Positionserfassungseinrichtung;
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8 eine
schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels
eines Linearantriebs gemäß der Erfindung von der
Seite gesehen;
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9 den
Linearantrieb gemäß 8 von oben
gezeigt;
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10 das
Spreizband des Linearantriebs der 8 und 9 im
Querschnitt sowie mit einer Positionserfassungseinrichtung.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den 1 bis 10 ist jeweils schematisch von
der Seite, von oben oder im Querschnitt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen
Linearantriebs 1 dargestellt, wobei für gleiche
Bauteile die gleichen Bezugsziffern verwendet werden.
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Der
Linearantrieb 1 besteht im Wesentlichen aus einem Spreizband 2,
welches mit einem ersten Ende 3 auf ein Antriebsmittel
in Form einer motorisch angetriebenen Wickelspule 4 aufwickelbar
und von dieser abwickelbar ist, und welches mit einem zweiten Ende 5 mit
einem nicht dargestellten Abtriebsmittel verbunden ist, welches
durch das Spreizband 2 auf Zug oder auf Druck belastbar
und betätigbar, beispielsweise auf Führungsschienen
verfahrbar ist. Das erste Ende 3 des Spreizbandes 2 ist
drehfest mit der Wickelspule 4 verbunden, wozu dieses erste Ende 3 des
Spreizbandes 2 in einen Schlitz 6 in der Wickelspule 4 eingeführt
und mit dieser kraftschlüssig verbunden ist.
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Das
Spreizband 2 ist im aufgewickelten Zustand flach und im
abgewickelten Zustand zum Übertragen von Zug- und Druckkräften
von der Wickelspule 4 auf das Abtriebsmittel gewölbt,
wobei eine Oberseite 7 des Spreizbandes 2 eine
konvexe und eine Unterseite 8 des Spreizbandes 2 eine
konkave Wölbung aufweist.
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Zur
Erfassung der Position des Spreizbandes
2 und damit des
Abtriebsmittels, das vorzugsweise ein aus der
DE 10 2006 059 187 bekannter
Führungswagen ist, ist die Oberfläche
9 des
Spreizbandes
2 mit wenigstens einer Signalgebereinrichtung
10 versehen.
Die Signalgebereinrichtung
10 wirkt jeweils mit einer jeweils
nur angedeuteten Positionserfassungseinrichtung
11 zusammen,
welche die Signale der Signalerfassungseinrichtung
10 erfasst
und einer Steuerungseinrichtung, beispielsweise einer elektronischen
Steuer- und Rechnereinheit, zuführt. Aus den von der Positionserfassungseinrichtung
11 erfassten
Signalen des Spreizbandes
2 wird die lineare Wegposition
des Spreizbandes
2 bzw. des mit dem Abtriebsmittel versehenen
Endes und damit des Abtriebsmittels erfasst sowie bestimmt, so dass
im Bedarfsfall die Steuerungseinrichtung korrigierend einwirkt,
indem die Wickelspule
4 durch einen nicht dargestellten
Motor gedreht wird.
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Die
direkte Erfassung der Position des Spreizbandes 2 durch
die auf der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 aufgebrachte
Signalgebereinrichtung 10 lässt sich auf einfachste
und genaueste Weise die jeweilige Position des zweiten Endes 5 des Spreizbandes 2 berechnen,
so dass Störfaktoren, wie Winkeländerungen, Dehnungserscheinungen und
dergleichen ausgeschaltet werden können.
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In
den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 dargestellt.
Bei diesem weist die Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 eine
Abfolge von in das Spreizband 2 eingebrachten und dessen
Topographie wellenartig verändernden Dellen 12 in
Form von Löchern 13 und Kerben 14 auf,
welche die Signalgebereinrichtung 10 bilden. Die Löcher 13 sind
jeweils in den Zenit der gewölbten Oberseite 7 eingebracht
und durchbrechen das Spreizband 2 jeweils. Die Kerben 14,
von denen in 1 nur drei Kerben 14 dargestellt sind,
sind im seitlichen Rand 15 des Spreizbandes 2 eingeformt,
wobei die Kerben über die gesamte Länge des Spreizbandes 2 in
den Rand 15 eingeformt sind. Die Abfolge der Kerben 14 bildet
ein wellenartiges Muster.
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Die
Dellen 12 sind jeweils als harmonische Abfolge in das Spreizband 2 eingebracht.
Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Dellen 12 in
disharmonischer Abfolge anzuordnen. Ebenso ist es möglich,
entweder nur Löcher 13 oder nur Kerben 14 in
das Spreizband 2 einzubringen. Auch ihre Grundform kann
von der dargestellten Konfiguration abweichen. Anstelle von kreisrunden
Löchern lassen sich auch solche mit einer ovalen oder eckigen
Grundform in das Spreizband 2 einformen.
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Die
Dellen 12 und ihre Lage werden jeweils durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst. Bei
dieser handelt es sich gemäß der Ausführungsform
nach 1 bis 3 um einen optischen Sensor 16,
welcher Hell-/Dunkeländerungen des längs des Sensors 16 verfahrenden
Spreizbandes 2 erfasst. Um diese durch die Dellen 12 hervorgerufenen Helligkeitsveränderungen
zu verstärken, ist eine nur angedeutete Lichtquelle 17 im
Bereich der Unterseite 8 des Spreizbandes 2 angeordnet,
wobei die Lichtquelle 17 durch die Löcher 13 Licht
in Richtung zu dem optischen Sensor 16 strahlen lässt.
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In
den 4 und 5 ist eine zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 von
oben und im Querschnitt dargestellt, bei dem die Signalgebereinrichtung 10 des
Spreizbandes 2 als eine axialen Abfolge von auf das Spreizband 2 aufgebrachten
Skalenmarkierungen 18 ausgebildet ist, welche jeweils eine
von der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 abweichende
Helligkeit aufweisen. Bei diesen Skalenmarkierungen 18 handelt
es sich um dunkle Striche 19, die ähnlich einem
Strichcode wirken und entsprechend ausgebildet sein können,
also durch eine Abfolge von unterschiedlich breiten oder gleichbreiten
Strichen 19, welche dem ebenfalls optischen Sensor 16 ein
entsprechendes Signal liefern. Die unterschiedlichen Strichbreiten
der Striche 19 bieten zudem die Möglichkeit, die
aktuelle Bewegungsrichtung des Spreizbandes 2 zu ermitteln.
Es ist auch möglich, die Skalenmarkierungen 18 als
Punkte oder als andere Symbole auszugestalten. Der optische Sensor 16 kann
ein handelsüblicher Scanner-Laser sein.
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In
den 6 und 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 von
oben und im Querschnitt dargestellt, bei dem die Signalgebereinrichtung 10 des
Spreizbandes 2 durch eine auf der Oberfläche 9 des
Spreizbandes 2 aufgebrachte magnetisierbare Beschichtung
in Form eines aufgeklebten Magnetstreifens 20 gebildet ist.
Die im magnetisierbaren Magnetstreifen 20 enthaltenen Informationen
können durch verschiedenartige Positionserfassungseinrichtungen 11 erfasst werden.
Angedeutet ist eine Positionserfassungseinrichtung 11 in
Form eines an sich bekannten und nur angedeuteten Magnetstreifenlesegeräts 21.
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In
den 8 bis 10 ist ein viertes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs 1 von
der Seite, von oben bzw. im Querschnitt dargestellt, bei dem die
Signalgebereinrichtung 10 des Spreizbandes 2 durch
einen auf der Oberfläche 9 des Spreizbandes 2 aufgebrachtes streifenförmiges
Sensorelement 22 gebildet ist, welches mit einem Positionsmagneten 23 am
zweiten Ende 5 des Spreizbandes 2 und mit einem
in der Wickelspule 4 integrierten magnetorestriktiven Sensor 24 zusammenwirkt.
Dieser magnetorestriktive Sensor 24 erfasst die Laufzeit
eines Signals des Positionsmagneten 23 am zweiten Ende 5 des
Spreizbandes 2. Das Sensorelement 22, das ebenfalls
als magnetische Beschichtung ausgebildet sein kann, dient der Leitung
magnetischer Wellen vom Positionsmagneten 23 zum magnetorestriktiven
Sensor 24 in der Wickelspule 4.
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Andere,
nicht dargestellte Möglichkeiten zur Positionserfassung
des Spreizbandes 2, welche aber ebenfalls im Rahmen der
Erfindung liegen, weisen einen induktiv messenden Sensor als Positionserfassungseinrichtung 11 auf.
Hierbei wird die Oberflächenstruktur der Dellen 12 aus
den 1 bis 3 durch einen entsprechenden,
induktiv messenden Sensor abgetastet. Das resultierende Signal wird
in eine Positionsangabe umgewandelt.
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Ebenfalls
möglich ist eine kapazitive Messung. Hierbei dient eine
leitende Beschichtung auf der Oberfläche 9 des
Spreizbandes 2 als Kondensatorfläche, die zum
Spreizband 2 isolierend aufgebracht wird. Die Umgebungsluft
stellt dabei das Dielekrikum dar.
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Ebenso
kann das Prinzip der Sonographie genutzt werden. Hierbei wird am
Spreizband 2 eine Ultraschallsonde angebracht bzw. mit
diesem in Kontakt gebracht, deren Lage mit einem Positionsmesssystem
einer Steuereinheit überwacht wird.
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Des
Weiteren kann das Prinzip der Widerstandsmessung genutzt werden.
Dabei wird das Maß für die ausgezogene Spreizbandlänge
L über den elektrischen Widerstand zwischen dem zweiten
Ende 5 des Spreizbandes 2 und der leitfähigen
Wickelspule 4 hergeleitet. Das Spreizband 2 weist
nämlich einen spezifischen elektrischen Widerstand auf.
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Das
Spreizband 2 besteht bevorzugt aus einem Band aus Federstahl,
welches nach dem Abwickeln in seine gewölbte Form zurückgehrt.
Es ist jedoch auch möglich, ein Spreizband 2 zu
verwenden, welches aus Kunststoff besteht.
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- 1
- Linearantrieb
- 2
- Spreizband
- 3
- Erstes
Ende des Spreizbandes 2
- 4
- Aufwickelspule
- 5
- Zweites
Ende des Spreizbandes 2
- 6
- Schlitz
- 7
- Oberseite
des Spreizbandes 2
- 8
- Unterseite
des Spreizbandes 2
- 9
- Oberfläche
des Spreizbandes 2
- 10
- Signalgebereinrichtung
- 11
- Positionserfassungseinrichtung
- 12
- Delle
- 13
- Loch
- 14
- Kerbe
- 15
- Seitlicher
Rand des Spreizbandes 2
- 16
- Optischer
Sensor
- 17
- Lichtquelle
- 18
- Skalenmarkierung
- 19
- Strich
- 20
- Magnetstreifen
- 21
- Magnetstreifenlesegerät
- 22
- Sensorelement
- 23
- Positionsmagnet
- 24
- Magnetorestriktiver
Sensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3835064
C1 [0002]
- - DE 102005052059 A1 [0003]
- - DE 102006059187 [0004, 0008, 0011, 0020, 0035]
- - DE 102005048263 A1 [0005]