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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Infrarotstrahlungsquelle in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs, die während des Betriebs elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich emittieren kann, und ein Gehäuse, innerhalb dessen oder an dem die mindestens eine Infrarotstrahlungsquelle angeordnet ist.
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Moderne Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen sind im Hinblick auf ihren Kraftstoffverbrauch mittlerweile sehr effizient. Auf Grund dieser Effizienz steht insbesondere in der Kaltstartphase nur relativ wenig Abwärme zur Verfügung, die für eine rasche Aufheizung des Fahrgastraums genutzt werden kann. Für die Erwärmung des Fahrgastraums werden daher häufig elektrische oder mit Kraftstoff betriebene Zusatzheizvorrichtungen eingesetzt. Bei Kraftfahrzeugen mit einem Elektroantrieb entsteht bauartbedingt nur wenig zu Heizzwecken nutzbare Abwärme. Für die Erwärmung des Fahrgastraums werden bei derartigen Fahrzeugen häufig elektrische Zusatzheizvorrichtungen eingesetzt.
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Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, Heizvorrichtungen mit mindestens einer Infrarotstrahlungsquelle, die während des Betriebs elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich emittieren kann, im Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu verbauen. Die
DE 198 08 571 A1 offenbart eine Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge, die insbesondere als Zusatzheizvorrichtung zu einer konventionellen Heiz- und/oder Klimaanlage ausgeführt ist. Die Heizvorrichtung besteht aus mindestens einer Infrarotstrahlungsquelle, die im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs im Randbereich des Dachhimmels, in den A-, B- oder C-Säulen, im Fußraum, in den Dachholmen oder im Innenspiegelbereich fest eingebaut ist. Die Infrarotstrahlungsquelle ist durch einen gezielten Luftstrom kühlbar. Für eine intensive Kühlung wird die Infrarotstrahlungsquelle vorzugsweise in einem separaten, diese umhüllenden Gehäuse angeordnet, durch das der Luftstrom geführt wird. Eine konstruktiv sehr ähnlich ausgeführte Heizvorrichtung ist in der
US 2010/0187211 A1 gezeigt. Die
US 3,619,555 offenbart eine Infrarot-Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge, die unterhalb der Instrumententafel angeordnet ist.
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In der gattungsfremden
EP 1 236 593 A2 ist eine Klimaanlage mit einer Vorrichtung zur Regelung des thermischen Komforts in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen eine sich räumlich erstreckende Messfläche berührungslos erfassenden Temperatursensor und einen Ausströmer zur gerichteten Ausströmung von Luft in einen Ausströmbereich. Die von dem Temperatursensor erfasste Messfläche entspricht in etwa der durch die Ausrichtung des Ausströmers vorgegebenen Luftanströmfläche.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine gezielte, effiziente Erwärmung des Innenraums des Kraftfahrzeugs ermöglicht und einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse ein Luftausströmergehäuse ist, das im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mit einer Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs in Strömungsverbindung steht. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung ermöglicht eine effiziente Erwärmung des Innenraums des Kraftfahrzeugs und ist einfach und kostengünstig herstellbar, da als Gehäuse ein ohnehin im Innenraum des Kraftfahrzeugs vorhandenes Luftausströmergehäuse verwendet wird. Die Luftströmung der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ist in der Lage, die Infrarotstrahlungsquelle während des Betriebs mit einem kühlenden Luftstrom zu beaufschlagen. Im Ergebnis ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Bauraumoptimierung, da kein zusätzliches Gehäuse und keine zusätzlichen Kühlungsmöglichkeiten für die Infrarotstrahlungsquelle geschaffen werden müssen. Vorzugsweise bildet die erfindungsgemäße Heizvorrichtung eine Zusatzheizvorrichtung für eine konventionelle Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung so ausgebildet ist, dass die Luftausströmungsrichtung der mittels der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung zugeführten Luft koaxial zur Strahlungsrichtung der Infrarotstrahlungsquelle ist. Dadurch erwärmen bei Einsatz sowohl der Infrarotstrahlungsquelle als auch von ausströmender Warmluft aus der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung beide Wärmequellen den gleichen Zielbereich und heizen diesen dadurch rascher auf.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Luftausströmungsrichtung und/oder die Strahlungsrichtung der Infrarotstrahlungsquelle einstellbar sind/ist. Dadurch kann ein Benutzer die Heizwirkung der Heizvorrichtung gezielt und individuell auf einen Zielbereich ausrichten. Wenn die Luftausströmungsrichtung und die Strahlungsrichtung der Infrarotstrahlungsquelle einstellbar sind, ist es von besonderem Vorteil, wenn diese Einstellung gemeinsam, insbesondere mit Hilfe eines oder mehrerer gemeinsamer Bedienmittel erfolgt. Dadurch kann die Handhabung vereinfacht werden.
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Um die Abstrahlcharakteristik der Infrarotstrahlungsquelle zu verbessern, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Heizvorrichtung ein Reflektormittel aufweist, das so ausgebildet ist, dass es zumindest einen Teil der von der Infrarotstrahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs reflektieren kann. Dieser reflektierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung soll nachfolgend als indirekter Anteil bezeichnet werden. Demgegenüber soll der nicht von dem Reflektormittel reflektierte Anteil der elektromagnetischen Strahlung nachfolgend auch als direkter Anteil bezeichnet werden. Die Luftströmung der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ist dazu in der Lage, das Reflektormittel während des Betriebs der Infrarotstrahlungsquelle ebenfalls mit einem kühlenden Luftstrom zu beaufschlagen und dadurch wirksam zu kühlen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das Reflektormittel einen hohlen, vorzugsweise paraboloidartig geformten Reflektorkörper umfasst, innerhalb dessen die Infrarotstrahlungsquelle angeordnet ist und der eine der Infrarotstrahlungsquelle zugewandte Reflexionsschicht aufweist, die zumindest einen Teil der von der Infrarotstrahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung reflektieren kann. Dadurch kann eine kompakte Bauform erreicht werden, die zudem eine gleichmäßige Abstrahlung der von der Infrarotstrahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht. Um eine homogenere Abstrahlcharakteristik zu erhalten, kann die Reflexionsschicht vorzugsweise facettiert ausgebildet sein.
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Um eine hohe Reflektivität für die von der Infrarotstrahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung zu erhalten, kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Reflexionsschicht aus Gold, Silber und/oder Aluminium, insbesondere aus poliertem Aluminium, bestehen. Eine Reflexionsschicht aus Gold oder Silber kann zum Beispiel durch Bedampfen des Reflektorkörpers erhalten werden.
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Um das Reflektormittel kostengünstig herstellen zu können, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass der Reflektorkörper aus Aluminium besteht. Dadurch wird erreicht, dass die Reflexionsschicht aus demselben Material wie der Reflektorkörper besteht. Nach der Herstellung des Reflektorkörpers kann derjenige Bereich des Reflektorkörpers, der der Infrarotstrahlungsquelle zugewandt ist, poliert werden, um dadurch eine polierte Reflexionsschicht aus Aluminium zu erhalten. Thermische Spannungen zwischen der Reflexionsschicht und dem Reflektorkörper können so wirksam vermieden werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Infrarotstrahlungsquelle und das Reflektormittel eine bauliche Einheit bilden, die lösbar in oder an dem Luftausströmergehäuse angeordnet ist. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, das Reflektormittel mit der Infrarotstrahlungsquelle bei Bedarf von dem Luftausströmergehäuse zu lösen, wenn von einem Benutzer – zum Beispiel bei mittleren oder hohen Umgebungstemperaturen – keine (Zusatz-)Heizfunktion gewünscht ist, oder wenn ein Austausch der Infrarotstrahlungsquelle gewünscht wird.
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Um die Richtung der Wärmeabstrahlung auf einfache Weise einstellen zu können, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Luftausströmergehäuse Luftlenkmittel umfasst, an denen das Reflektormittel angebracht ist und die vorzugsweise bewegbar ausgebildet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Infrarotstrahlungsquelle Abschirmmittel aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie die von der Infrarotstrahlungsquelle emittierte Strahlung teilweise derart abschirmen können, dass nur ein indirekter, an der Reflexionsschicht des Reflektorkörpers reflektierter Anteil elektromagnetischer Strahlung in den Innenraum abgestrahlt werden kann.
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Um zu verhindern, dass ein Benutzer das Reflektormittel berühren kann, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Reflektormittel ein für elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich zumindest teilweise durchlässiges Abdeckmittel, insbesondere ein Abdeckgitter oder eine Abdeckscheibe, aufweist. Das Abdeckmittel kann insbesondere so angeordnet sein, dass es die Reflektoröffnung abdeckt.
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Die Abdeckscheibe kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform als Filterscheibe ausgeführt sein, die so ausgebildet ist, dass sie für elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich eine hohe Transmissivität und für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich keine oder zumindest nur eine geringe Transmissivität aufweist. Die Filterscheibe ist mit anderen Worten also so ausgebildet, dass sie für infrarote elektromagnetische Strahlung transparent ist und für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich nur teilweise oder überhaupt nicht transparent ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Austritt sichtbarer elektromagnetischer Strahlung aus der Heizvorrichtung ganz oder zumindest teilweise verhindert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Luftausströmergehäuse in oder an einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Dadurch wird eine kostengünstige Herstellung der Heizvorrichtung ermöglicht, da Kraftfahrzeuge üblicherweise ohnehin mindestens ein Luftausströmergehäuse, welches in oder an der Instrumententafel ausgebildet ist, aufweisen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
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1 eine schematisch stark vereinfachte Funktionsdarstellung einer Heizvorrichtung, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
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2 eine perspektivische Ansicht zweier Heizvorrichtungen nach Art der 1, die in einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
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Eine Heizvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, weist eine Infrarotstrahlungsquelle 2 und ein Reflektormittel 3 auf, die in oder an einem Luftausströmergehäuse 4 im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Wie weiter unten unter Bezugnahme auf 2 noch erläutert werden wird, kann das Luftausströmergehäuse 4 zum Beispiel in oder an einer Instrumententafel 5 des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
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Das Reflektormittel 3 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen hohlen Reflektorkörper 30, der paraboloidartig geformt ist und eine der Infrarotstrahlungsquelle 2 zugewandte Reflexionsschicht 31 aus einem Material aufweist, welches elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich wirksam reflektieren kann. Die Reflexionsschicht 31 kann zum Beispiel eine durch Bedampfen des Reflektorkörpers 30 erhältliche Goldschicht oder Silberschicht sein. Alternativ kann die Reflexionsschicht 31 auch aus Aluminium, insbesondere aus poliertem Aluminium, bestehen. Um das Reflektormittel 3 besonders kostengünstig herstellen zu können, kann der Reflektorkörper 30 aus Aluminium hergestellt sein, so dass die Reflexionsschicht 31 aus demselben Material wie der Reflektorkörper 30 besteht. Nach der Herstellung muss lediglich die Reflexionsschicht 31 poliert werden, um einen besonders gut reflektierenden, polierten Aluminiumreflektor zu erhalten.
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Die Infrarotstrahlungsquelle 2 ist mit Hilfe geeigneter, hier nicht explizit dargestellter Haltemittel innerhalb des Reflektorkörpers 30 angeordnet und kann während des Betriebs elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich emittieren. Die elektromagnetische Strahlung kann teilweise als so genannte direkte Strahlung – also ohne Reflexion an der Reflexionsschicht 31 des Reflektorkörpers 30 – und teilweise als so genannte indirekte Strahlung nach der Reflexion an der Reflexionsschicht 31 aus dem Reflektormittel 3 in die Umgebung abgestrahlt werden. Um die gegebenenfalls nicht erwünschte direkte Abstrahlung infraroter Strahlung während des Betriebs der Heizeinrichtung 1 zu vermeiden, besteht auch die Möglichkeit, dass die Infrarotstrahlungsquelle 2 Abschirmmittel aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie die von der Infrarotstrahlungsquelle 2 emittierte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in der Weise abschirmen können, dass nur der indirekte, an der Reflexionsschicht 31 des Reflektorkörpers 30 reflektierte Anteil elektromagnetischer Strahlung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgestrahlt wird.
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Das Luftausströmergehäuse 4 steht mit einer konventionellen Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs über mindestens einen Strömungskanal in Strömungsverbindung. Während des Strömungsbetriebs des Strömungskanals der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung wird das Reflektormittel 3 mit der in dem Reflektorkörper 30 angeordneten Infrarotstrahlungsquelle 2 von einem von der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung erzeugten Luftstrom 7 umströmt, so dass das Reflektormittel 3 mit der Infrarotstrahlungsquelle 2 wirksam gekühlt werden kann.
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Die hier vorgestellte, in oder an einem Luftausströmergehäuse 4 angeordnete Heizvorrichtung 1 mit der Infrarotstrahlungsquelle 2 ermöglicht eine effiziente und schnell zu regulierende Erwärmung des Fahrzeuginnenraums. Die Infrarotstrahlungsquelle 2 kann insbesondere eine Zusatzheizeinrichtung bilden, die zusätzlich zu einer konventionellen Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung betrieben werden kann. Vorzugsweise bilden das Reflektormittel 3 und die in dem Reflektorkörper 30 angeordnete Infrarotstrahlungsquelle 2 eine bauliche Einheit, die lösbar in oder an dem Luftausströmergehäuse 3 angeordnet ist. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise eine einfache Demontierbarkeit des Reflektormittels 3 und der Infrarotstrahlungsquelle 2 erreicht. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, das Reflektormittel 3 mit der Infrarotstrahlungsquelle 2 bei Bedarf von dem Luftausströmergehäuse 4 zu lösen, wenn von einem Benutzer – zum Beispiel bei hohen Umgebungstemperaturen im Sommer – keine (Zusatz-)Heizfunktion gewünscht ist, oder wenn die Infrarotstrahlungsquelle 2 ausgetauscht werden soll.
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In 2 sind zwei Heizvorrichtungen 1 der vorstehend beschriebenen Art in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Luftausströmergehäuse 4 sind in eine Instrumententafel 5 eines Kraftfahrzeugs integriert und weisen bewegbar ausgebildete Luftlenkmittel 6 auf, um den von der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs erzeugten Luftstrom in der gewünschten Weise zu lenken. Die Luftlenkmittel 6 können zum Beispiel als in bekannter Weise in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verschwenkbare oder auch drehbare Luftleitlamellen im Luftausströmergehäuse 4 ausgebildet sein, um dadurch den von der Belüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtung erzeugten Luftstrom 7 lenken zu können. Das Reflektormittel 3 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel – vorzugsweise lösbar – an den Luftlenkmitteln 6 angebracht. Mit Hilfe eines vorliegend im Wesentlichen zylindrisch geformten, knopfartigen Bedienmittels 8 können die Luftlenkmittel 6 und das daran angebrachte Reflektormittel 3 von einem Benutzer einfach und in der gewünschten Weise auf einen Zielbereich ausgerichtet werden und erwärmen diesen dadurch bei gleichzeitigem Einsatz der Infrarotstrahlungsquelle 2 und eines Warmluftstroms aus der Ausströmöffnung des Luftausströmergehäuses 4 besonders rasch. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Reflexionsschicht 31 jedes der beiden Reflektormittel 3 facettiert ausgebildet, um eine homogene Abstrahlcharakteristik der an diesen reflektierten infraroten Strahlung zu erhalten.
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Um zu verhindern, dass ein Benutzer das Reflektormittel 3 berühren kann, besteht die Möglichkeit, dass das Reflektormittel 3 ein für elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich zumindest teilweise durchlässiges Abdeckmittel, insbesondere ein Abdeckgitter oder eine Abdeckscheibe, aufweist. Das Abdeckmittel, das hier nicht explizit dargestellt ist, kann insbesondere so angeordnet sein, dass es die Reflektoröffnung abdeckt. Die Abdeckscheibe kann zum Beispiel als Filterscheibe ausgeführt sein, die so ausgebildet ist, dass sie für elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich eine hohe Transmissivität und für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich keine oder zumindest nur eine geringe Transmissivität aufweist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Austritt sichtbarer elektromagnetischer Strahlung aus der Heizvorrichtung 1 ganz oder zumindest teilweise verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizvorrichtung
- 2
- Infrarotstrahlungsquelle
- 3
- Reflektormittel
- 4
- Luftausströmergehäuse
- 5
- Instrumententafel
- 6
- Luftleitmittel
- 7
- Luftstrom
- 8
- Bedienmittel
- 30
- Reflektorkörper
- 31
- Reflexionsschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19808571 A1 [0003]
- US 2010/0187211 A1 [0003]
- US 3619555 [0003]
- EP 1236593 A2 [0004]
