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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hörvorrichtung mit
einem Gehäuse und einem Eingabeelement, das drehbeweglich
in oder an dem Gehäuse gelagert ist, zur manuellen Signaleingabe.
Unter dem Begriff „Hörvorrichtung" wird hier jedes
im oder am Ohr tragbare schallausgebende Gerät, insbesondere ein
Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und
dergleichen verstanden.
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Hörgeräte
sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von
Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen
Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche
Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte (HdO),
Hörgerät mit externem Hörer (RIC: receiver
in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (IdO),
z. B. auch Concha-Hörgeräte oder Kanal-Hörgeräte
(ITE, CC), bereitgestellt. Die beispielhaft aufgeführten
Hörgeräte werden am Außenohr oder im
Gehörgang getragen. Darüber hinaus stehen auf
dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen, implantierbare
oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei
erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs
entweder mechanisch oder elektrisch.
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Hörgeräte
besitzen prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler,
einen Verstärker und einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler
ist in der Regel ein Schallempfänger, z. B. ein Mikrofon,
und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z. B. eine
Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer
Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer
Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Der Verstärker
ist üblicherweise in eine Signalverarbeitungseinheit integriert.
Dieser prinzipielle Aufbau ist in 1 am Beispiel
eines Hinter-dem-Ohr-Hörgeräts dargestellt. In
ein Hörgerätegehäuse 1 zum Tragen
hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur Aufnahme
des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signal verarbeitungseinheit 3,
die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert
ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie.
Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3 wird
an einen Lautsprecher bzw. Hörer 4 übertragen,
der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über
einen Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang
fixiert ist, zum Trommelfell des Geräteträgers übertragen.
Die Stromversorgung des Hörgeräts und insbesondere
die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine
ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte
Batterie 5.
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Hörgeräte
wie auch andere Hörvorrichtungen weisen in der Regel ein
oder mehrere Eingabeelemente zum manuellen Einstellen der Hörvorrichtung
bzw. des Hörgeräts auf. Da die Geräte
am Kopf getragen werden, sind sie häufig auch Schweiß ausgesetzt.
Aufgrund dessen werden meist wasserdichte Hörgeräte
bzw. wasser- und schweißdichte Lautstärkesteller
der Hörgeräte angestrebt. Dabei besteht jedoch
die Problematik, dass drehende Lautstärkesteller zwar die
beste Bedienbarkeit bzw. Ergonomie aufweisen, jedoch sehr anfällig
gegen das Eindringen von Flüssigkeiten wie Schweiß oder
Wasser sind.
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Derzeit
werden Hörgeräte mit verschiedensten Lautstärkestellern
ausgestattet. So werden beispielsweise „analoge" Potentiometer,
Schalter mit digitaler Pulsabgabe, so genannte „Joysticks"
oder Doppeltaster für die Lautstärkeeinstellung
eingesetzt. Allerdings sind nur sehr wenige davon wasserdicht ausgeführt.
Dabei muss das Eindringen von Wasser meist durch aufwändige
mechanische Dichtungen verhindert werden, worunter in der Regel
aber die Ergonomie leidet.
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Aus
der Patentschrift
US
6,853,290 B2 ist beispielsweise ein Lautstärkesteller
bekannt, dessen elektronische Teile gegen Wasser dicht abgeschlossen
sind. Es handelt sich dabei um ein zahnradförmiges Stellelement,
das mit einem elektrischen Kontaktelement in Eingriff steht.
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Weiterhin
offenbart die Druckschrift
WO 01/73803
A2 ein wasserdichtes Schaltelement. Ein elektrischer Leiter
ist am Boden des Schaltelements angebracht, um bei vertikaler Betätigung
eines Knopfes elektrischen Kontakt zwischen den Anschlüssen herzustellen.
Abdichtmittel dienen zum wasserdichten Versiegeln des bewegbaren
Knopfs gegenüber dem Gehäuse.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hörvorrichtung
mit einem Eingabeelement bereitzustellen, das ergonomisch günstig
bedienbar ist und möglichst wasserdicht realisiert werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine Hörvorrichtung
mit einem Gehäuse und einem Eingabeelement, das drehbeweglich
in oder an dem Gehäuse gelagert ist, zur manuellen Signaleingabe,
wobei das Eingabeelement mehrere um die Achse angeordnete Segmente
oder Sektoren aufweist und in oder an dem Gehäuse ein Sensor
zum berührungslosen Abtasten des Eingabeelements angeordnet
ist, um in Abhängigkeit des oder der abgetasteten Segmente
oder Sektoren ein Signal zu erzeugen.
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In
vorteilhafter Weise ist das Eingabeelement drehbeweglich, so dass
es ergonomisch günstig von dem Träger der Hörvorrichtung
bedient werden kann. Darüber hinaus wird es berührungslos
abgetastet, so dass keine flüssigkeitsempfindlichen oder
-durchlässigen Teile in dem Gehäuse vorgesehen
sein müssen und eine Abdichtung leicht möglich ist.
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Entsprechend
einer ersten Ausführungsform besitzen die Segmente oder
Sektoren untereinander verschiedene Reflexionsgrade bezüglich
einer vorgegebenen Wellenlänge, und der Sensor erfasst
optische Reflexionen der Segmente oder Sektoren. Der optische Abgriff
erweist sich als sehr zuverlässig und eine Abdichtung eines
optischen Sensors gegenüber dem Gehäuse ist leicht
realisierbar.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform besitzen die Segmente oder Sektoren
untereinander verschiedene Magnetisierungen und der Sensor ist ein
Magnetfeldsensor. Insbesondere können die Segmente oder
Sektoren in unterschiedlichen Richtungen magnetisiert sein. Es besteht
aber auch die Möglichkeit, bestimmte Segmente nicht zu
magnetisieren, während andere Segmente bzw. Sektoren magnetisiert
sind. Das berührungslose Abtasten mit Hilfe von Magnettechnologie
erweist sich insbesondere hinsichtlich Verschmutzungen als unempfindlich.
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In
einer alternativen Ausführungsform besitzen die Segmente
oder Sektoren untereinander verschiedene Dielektrizitätskonstanten,
und der Sensor ist ein kapazitiver Sensor. Ein derartiger kapazitiver Sensor
lässt sich verhältnismäßig kostengünstig
realisieren.
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Der
Sensor kann eine Drehposition des Eingabeelements erfassen und in
ein positionsspezifisches Signal umsetzen. Um die absolute Drehposition
zu erfassen, wäre es darüber hinaus notwendig, das
Eingabeelement bzw. dessen Oberfläche entsprechend zu kodieren.
Dies hat den Vorteil, dass nicht aufwändige Berechnungen
zum Ermitteln der absoluten Position durchgeführt werden
müssen.
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Alternativ
kann der Sensor aber auch eine Bewegung des Eingabeelements erfassen
und in ein bewegungsspezifisches Signal umsetzen. Insbesondere lässt
sich so ein Inkrementalgeber realisieren. Dabei kann auch nur die
Richtung der Bewegung ausgewertet werden. Die Erfassung der Bewegung hat
den Vorteil, dass der gesamte Bewegungsumfang beispielsweise für
einen Schaltschritt genutzt werden kann und nicht auf mehrere Schaltschritte aufgeteilt
werden muss.
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Weiterhin
können die Segmente oder Sektoren untereinander in Umfangsrichtung
verschiedene Größen besitzen. Auf diese Weise
lässt sich z. B. eine Kodierung festlegen, mit Hilfe der
die Bewegung des Eingabeelements festgestellt werden kann.
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Entsprechend
einer bevorzugten Anwendungsform dient das Eingabeelement als Lautstärkesteller
der Hörvorrichtung. Damit kann das am häufigsten
verwendete Stellelement einer Hörvorrichtung bzw. eines
Hörgeräts drehbeweglich, also ergonomisch günstig
und darüber hinaus ohne hohen Aufwand wasserdicht in die
Hörvorrichtung eingebaut werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert, in denen zeigen:
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1 den
prinzipiellen Aufbau eines Hörgeräts gemäß dem
Stand der Technik;
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2 eine
Seitenansicht eines optischen, entkoppelten Lautstärkestellers;
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3 eine
Seitenansicht eines magnetischen, entkoppelten Lautsstärkestellers;
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4 eine
Kodierung des Umfangs des Eingabe- bzw. Bedienelements und
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5 einen
Querschnitt durch einen kapazitiven Lautstärkesteller.
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Die
nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
dar.
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Entsprechend
dem Grundgedanken der Erfindung wird zum einen ein ergonomisch günstiges drehbewegliches
Eingabeelement, in den folgenden Beispielen ein Drehrad, zur manuellen
Signaleingabe eingesetzt. Andererseits erfolgt eine physische Trennung
zwischen dem Eingabeelement bzw. Bedienelement (Human Interface)
und dem eigentlichen funktionalen Element. Somit kann das Bedienelement auch
von Wasser oder anderen Flüssigkeiten umspült
werden, ohne dass die Funktionalität darunter leiden würde.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel, nämlich einen
optischen, entkoppelten Lautstärkesteller mit spezieller
Segmentierung bzw. Sektorisierung. Das dazugehörige Eingabe-
bzw. Bedienelement 10 besitzt die Form eines Rads. Es ist
in einer Aussparung 11 eines Gehäuses 12 durch
einen Halter 13 um eine Achse 14 drehbeweglich
gelagert. Entsprechend dem Pfeil 15 kann das Bedienelement 10 so
eine Drehbewegung ausführen. In den Boden der Aussparung 11 ist
ein Reflexoptokoppler 16 mit einem Sender 17 und
einem Empfänger 18 wasserdicht eingebaut. Der
Sender 17 strahlt einen Lichtstrahl 19 ab, der
von dem Bedienelement 10 reflektiert wird und als Reflexionsstrahl 20 auf
den Empfänger 18 trifft.
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Damit
nun die Drehbewegung 15 oder die Position des Bedienelements 10 von
dem Reflexoptokoppler 16 erfasst werden kann, muss in das
Bedienelement 10 eine entsprechende Information kodiert
sein. Da es sich bei dem Bedienelement 10 um ein drehendes
Teil handelt, wird die Kodierung durch eine Segmentierung oder eine
Sektorisierung des Bedienelements 10 erreicht. Unter einer
Sektorisierung wird hier beispielsweise auch eine Oberflächenbeschichtung
oder Lackierung des Mantels (also radial sehr dünne Sektoren)
des Bedienelements 10 verstanden.
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In
dem Beispiel von 2, die einen optischen Lautstärkesteller
wiedergibt, ist das Bedienelement 10 in verschiedene Sektoren
unterteilt, wobei die einen Sektoren besser reflektieren als andere.
So können beispielsweise die dunkel eingezeichneten Sektoren 21 als „reflektierend"
und die heller eingezeichneten Sektoren 22 als „nicht
reflektierend" bezeichnet werden. Die Reflexionseigenschaften des Bedienelements 10 sowie
die Sende- und Empfangseigenschaften des Reflexoptokopplers 16 sind
dabei so ausgelegt, dass selbst bei Eindringen von Flüssigkeit
in die Aussparung 11 eine eindeutige Unterscheidung zwischen „reflektierenden"
und „nicht reflektierenden" Bereichen des Bedienelements 10 möglich ist.
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Die
Kodierung der Information im Bedienelement 10 kann dadurch
erreicht werden, dass die Abfolge der Segmente 21, 22 (das
Wort „Segment" wird hier auch für den Begriff „Sektor"
verwendet) nicht gleichmäßig ist. Das heißt,
dass die Größe (= Länge oder Drehwinkel)
eines gerade ausgewerteten Segments anders ist als die Größe
eines Nachbarsegments. Durch diese Kodierung lässt sich
beispielsweise die Absolutposition des Drehrads vom Sensor erfassen.
Alternativ können die Segmente auch gleiche Größe
besitzen und das Bedienelement 10 zusammen mit dem Sensor 16 wird
als Inkrementalgeber mit gleichmäßiger Schrittweite
eingesetzt. Bei gleichmäßiger Schrittweise ist
es gegebenenfalls über Flankenauswertung möglich,
die Drehrichtung zu erfassen. Bei ungleichmäßiger
Segmentierung bzw. Sektorisierung kann die Bewegungsrichtung z. B.
durch Impulsabfolge-Impulsdauer-Auswertung ermittelt werden.
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Der
vom Sensor 16 erzeugte Datenstrom (z. B. Bitstrom) wird
vorzugsweise einem DSP (Digitaler Signalprozessor) zur Dekodierung
zugeführt. Der DSP wertet die Sensorsignale aus und bestimmt
daraus die Drehrichtung und/oder den Drehwinkel. Aus diesen Größen
wiederum ermittelt er Kommandos zur Lautstärkeerhöhung
oder -verringerung.
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Ein
hinsichtlich seiner optischen Eigenschaften segmentiertes bzw. sektorisiertes
Bedienelement kann auch mit Hilfe einer Gabellichtschranke abgetastet
werden, wobei sich das radförmige Bedienelement zwischen
den Gabelarmen hindurch bewegt. Hierbei werden gegebenenfalls Löcher
in dem radförmigen Bedienelement erfasst.
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In 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Die Abbildung zeigt einen magnetischen Lautstärkesteller ebenfalls
mit spezieller Segmentierung bzw. Sektorisierung. Der Aufbau des
Lautstärkestellers entspricht im Wesentlichen dem von 2.
Hinsichtlich der einzelnen Segmente wird daher auf die Beschreibung von 2 verwiesen.
Der wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, dass in dem Beispiel
von 3 magnetische Eigenschaften des Bedienele ments 10 ausgenutzt
werden und nicht optische Eigenschaften wie in dem Beispiel von 2.
So sind hier die dunkel dargestellten Segmente 21 magnetisiert
und die heller dargestellten Segmente 22 nicht magnetisiert. Symbolisch
sind daher von den magnetisierten Segmenten 21 ausgehend
in 3 Magnetfeldlinien 23 eingezeichnet.
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Ein
in den Boden der Aussparung 11 wasserdicht eingepasster
Magnetfeldsensor registriert das von den Segmenten 21 ausgehende
Magnetfeld und kann somit feststellen, ob ihm ein magnetisiertes oder
nicht magnetisiertes Segement des Bedienelements 10 gegenüber
steht. Der Magnetfeldsensor 24 kann als Hallsensor, Reed-Kontakt,
GMR-Sensor (Giant Magnetoresistance) und dergleichen realisiert sein.
Die Gewinnung der Positions- bzw. Bewegungsinformation des Bedienelements 10 erfolgt
wie in dem Beispiel des optischen Lautstärkestellers von 2.
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In
dem obigen Beispiel sind die Segmente 21 magnetisiert und
die Segmente 22 nicht. Es ist jedoch auch möglich,
dass die einen Segmente in der einen Richtung und die anderen Segmente
in der anderen Richtung magnetisiert sind, so dass der Unterschied
zwischen beiden Segmenten besser detektiert werden kann.
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Ein
spezielles Kodierungsbeispiel ist in 4 wiedergegeben.
Sie zeigt den „abgerollten" Umfang des Bedienelements 10.
Die dunkleren Bereiche entsprechen den Sektoren bzw. Segmenten 21 und
die helleren Bereiche den Sektoren bzw. Segmenten 22. Im
Fall des optischen Kopplers sind die dunklen Segmente 21 reflektierend
und die hellen Segmente 22 nicht reflektierend. Im Fall
des magnetischen Kopplers sind die dunklen Segmente 21 magnetisiert
und die hellen Segmente 22 nicht magnetisiert. Den magnetisierten
bzw. reflektierenden dunklen Segmenten 21 ist hier der
binäre Wert „0" und den nicht magnetisierten bzw.
nicht reflektierenden hellen Segmenten 22 der binäre
Wert „1" zugeordnet. Jeder der binären Werte entspricht
dann einem Abtastzustand.
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Die
Drehrichtung des Bedienelements 10 wird nun wie folgt aus
der Dauer der Zustände ermittelt:
- – Drehrichtung
D1, wenn der auf einen „1"-Zustand folgende „0"-Zustand
wesentlich größer oder wesentlich kleiner als
der letzte „1"-Zustand ist oder wenn der auf einen „0"-Zustand
folgende „1"-Zustand in der Dauer bzw. in der Länge
dem letzten „0"-Zustand entspricht.
- – Drehrichtung D2, wenn der auf einen „0"-Zustand
folgende „1"-Zustand wesentlich größer oder
wesentlich kleiner als der letzte „0"-Zustand ist oder
wenn der auf einen „1"-Zustand folgende „0"-Zustand
in der Dauer bzw. in der Länge dem letzten „1"-Zustand
entspricht.
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Die
Bestimmung der Drehrichtung ist durch die Auswertung der Pulsdauer
relativ einfach mit Hilfe eines DSP möglich.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es handelt sich dabei um einen kapazitiven Lautstärkesteller.
Auch hier ist das Bedienelement 10 radförmig ausgebildet
und mit Hilfe einer Welle 25 in der Aussparung 11 des
Gehäuses 12 drehbar gelagert. In das Gehäuse 12 sind zwei
Kondensatorplatten 26 und 27 mit ihren Anschlüssen 28 und 29 eingegossen.
Die Kapazität des daraus entstehenden Kondensators wird
bestimmt durch das Dielektrikum zwischen den beiden Platten 26 und 27.
Das Bedienelement 10 kann nun wie in den Beispielen der 2 und 3 sektorisiert
sein. Die Sektoren 21 und 22 unterscheiden sich
im Falle des kapazitiven Sensors jedoch darin, dass sie eine unterschiedliche
Dielektrizitätskonstante besitzen. Dadurch ändert
sich bei dem Drehen des Bedienelements 10 die Kapazität
des Kondensators. Die Kapazitätsänderung lässt
sich beispielsweise ohne hohen Aufwand mit Hilfe eines Resonanzkreises
feststellen, in dem der Kondensator mit den Platten 26 und 27 als Resonanzkreiskondensator
dient.
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Jeder
der oben vorgestellten Lautstärkesteller lässt
sich praktisch verschleißfrei und ohne hohen Aufwand wasserdicht
realisieren. Auch sind einfache Farbanpassungen und/oder Geometrieanpassungen sowohl
beim Bedienelement als auch beim auswertenden Teil möglich.
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Die
oben dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich immer
auf Lautstärkesteller. Es ist jedoch ebenso möglich,
diese Steller als andere Eingabeelemente beispielsweise als Programmwähler,
als Balanceregler und dergleichen einzusetzen.
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Der
Sensor kann beispielsweise auch nach dem induktiven Prinzip arbeiten,
wobei eine entsprechende Spule in das Gehäuse eingelassen
ist und durch ferromagnetische Elemente im Bedienelement 10 verstimmt
wird. Die Auswertung kann wieder beispielsweise mit einem Resonanzkreis
erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6853290
B2 [0006]
- - WO 01/73803 A2 [0007]