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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Lautsprecherpanels für einen Flächenlautsprecher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 20 2005 004 730 U1 ist bereits ein Flächenlautsprecher mit einem Lautsprecherpanel bekannt, bei dem zumindest eine äußere Oberfläche des Lautsprecherpanels durch eine Carbonfaserverstärkung gebildet wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, ein Verfahren zur Herstellung sowie einen Flächenlautsprecher mit einem Lautsprecherpanel bereitzustellen, bei dem zumindest eine äußere Oberfläche des Lautsprecherpanels durch eine Carbonfaserverstärkung gebildet wird und der unsichtbar in eine Wand integriert werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Flächenlautsprechers mit einem Lautsprecherpanel, bei dem zumindest eine äußere Oberfläche des Lautsprecherpanels durch eine Carbonfaserverstärkung gebildet wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass die äußere Oberfläche zumindest teilweise mit einer Oberflächenstrukturierung versehen wird, die eine Haftverbindung zwischen der Carbonfaserverstärkung und einer dekorativen Beschichtung verstärkt. Dadurch kann eine herkömmliche Beschichtung, wie sie insbesondere im Innenausbau zur Gestaltung von Wänden, Decken oder ähnlichem üblich ist, einfach auf das Lautsprecherpanel aufgebracht werden, wodurch das Lautsprecherpanel einfach in eine Wand, Decke oder ähnliches integriert werden kann, ohne dass während der Montage besondere Montageschritte notwendig werden. Ein Lautsprecherpanel mit einer Oberfläche, die durch eine Carbonfaserverstärkung gebildet wird, weist dabei im Vergleich mit herkömmlichen Lautsprecherpanelen aus anderen Materialen den Vorteil auf, dass sie ein besonders geringes Gewicht und gleichzeitig einen hohe Biegesteifigkeit aufweisen. Beides beeinflusst insbesondere eine Leistungsfähigkeit und/oder einen Wirkungsgrad des Flächenlautsprechers. Zudem erweitern das geringe Gewicht und die hohe Biegesteifigkeit Einsatzmöglichkeiten für den Flächenlautsprecher und beeinflussen eine Klagequalität des Flächenlautsprechers. Indem die Oberfläche mit einer Oberflächenstruktur versehen wird, kann ein solcher Flächenlautsprecher beschichtet werden. Dadurch ist es möglich, den Flächenlautsprecher unsichtbar in die Wand zu integrieren, ohne dass aufwendige, speziell auf die Carbonfaserverstärkung angepasste Maßnahmen notwendig sind, während gleichzeitig das geringe Gewicht und die hohe Biegesteifigkeit eine gute Wiedergabequalität ermöglichen. Unter einer „äußeren Oberfläche“ soll dabei insbesondere eine Oberfläche verstanden werden, die in Richtung eines Raumes gewandt ist, der durch die Wand, in die der Flächenlautsprecher integriert werden soll, begrenzt ist. Unter einer „Carbonfaserverstärkung“ soll insbesondere eine Deckschicht des Lautsprecherpanels verstanden werden, die zumindest teilweise aus einen Kohlenstofffaserverbundmaterial, wie insbesondere einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, gefertigt ist. Unter einer „dekorativen Beschichtung“ soll insbesondere eine Beschichtung verstanden werden, die zu gestalterischen Zwecken auf eine Wand, Decke oder ähnlichem aufgebracht wird, wie beispielsweise ein Putz, eine Tapete oder eine Farbe. Unter „Oberflächenstrukturierung zur Verstärkung einer Haftverbindung“ soll insbesondere eine makroskopische oder mikroskopische Strukturierung der Oberfläche verstanden werden, die eine Verbindung zwischen der Beschichtung und der Carbonfaserverstärkung im Vergleich zu einer unbehandelten Oberfläche einer Carbonfaserverstärkung verbessert.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Lautsprecherpanel in Sandwichbauweise aufgebaut ist, bei der ein Kernwerkstoff auf einer nach außen gewandten Seite und einer nach innen gewandten Seite jeweils mit einer Carbonfaserverstärkung versehen wird. Dadurch kann ein besonders leichtes und biegesteifes Lautsprecherpanel bereitgestellt werden, welches gute akustische Eigenschaften aufweist.
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Vorzugsweise wird lediglich die Carbonfaserverstärkung, die die äußere Oberfläche bildet, mit der Oberflächenstrukturierung versehen. Dadurch kann eine Veränderung der Oberfläche auf ein Minimum reduziert werden, wodurch Kosten für das Lautsprecherpanel reduziert werden können.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Carbonfaserverstärkung an der äußeren Oberfläche chemisch strukturiert wird. Dadurch kann mit einfachen Mittel eine Oberflächenstrukturierung erreicht werden, die eine gute Haftung für Beschichtungen wie Putz, Tapete oder Farbe ermöglicht. Grundsätzlich denkbar ist es aber auch, die Oberflächenstrukturierung mechanisch herzustellen.
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Indem auf die Oberfläche ein Primer aufgetragen wird, kann die Oberflächenstrukturierung besonders einfach chemisch hergestellt werden. Unter einem „Primer“ soll dabei insbesondere eine Substanz verstanden werden, die Oberflächeneigenschaften der Carbonfaserverstärkung verändert, wie beispielsweise ein Haftvermittler, der eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Carbonfaserverstärkung und der Beschichtung ermöglicht. Durch den Primer veränderte Oberflächeneigenschaften sind insbesondere eine Rauigkeit der Oberfläche und eine Haftzugfestigkeit, vorzugsweise nach DIN EN 13813 oder DIN EN 1015-12.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Primer nach einem Aushärten der Carbonfaserverstärkung auf die Oberfläche aufgetragen. Dadurch können die Oberflächeneigenschaften besonders vorteilhaft beeinflusst werden. Unter „Aushärten“ soll dabei insbesondere ein Härten der Carbonfaserverstärkung in einem Rohzustand bei Raumtemperatur verstanden werden. Insbesondere soll unter „Aushärten“ eine exotherme Reaktion von einem Matrixmaterial der Carbonfaserverstärkung verstanden werden, die nach einem Durchtränken von Kohlenstofffasern mit dem Matrixmaterial selbstständig einsetzt.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Primer vor einem Tempern der Carbonfaserverstärkung auf die Oberfläche aufgetragen wird. Dadurch kann die Oberflächenstruktur, falls diese bereits mit dem Auftragen des Primers hergestellt wurde, vorteilhaft fixiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann dadurch zudem ausgenutzt werden, dass der Primer während des Temperns sich, die Oberflächeneigenschaften und/oder die Oberflächenstrukturierung verändert. Unter „Tempern“ soll dabei insbesondere ein Aufheizen der Carbonfaserverstärkung für ein endgültiges Aushärten verstanden werden. Vorzugsweise wird dabei die Carbonfaserverstärkung, insbesondere nach dem Aushärten unter Raumtemperatur, auf eine Temperatur von über 600 °C erwärmt, wobei in Abhängigkeit von dem Matrixmaterial auch andere Temperaturbereiche gewählt werden können. Vorzugsweise erfolgt das Tempern unter Druck.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Lautsprecherpanel nach seiner Herstellung mit einem Putz als Beschichtung versehen werden kann. Dadurch kann der Flächenlautsprecher insbesondere in Wohnbereichen, in denen häufig Putz als dekorative Beschichtung von Wänden verwendet wird, gut eingesetzt werden und unsichtbar in Räume von Wohnbereichen integriert werden.
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Vorzugsweise wird für einen Putz als Beschichtung ein mittlerer Haftabzugswert von zumindest 0,1 N/mm2 auf dem Lautsprecherpanel erreicht. Dadurch kann eine ausreichende Festigkeit für den Putz sichergestellt werden, wodurch vermieden werden kann, dass sich der Putz bei einer normalen Beanspruchung von dem Lautsprecherpanel löst. Unter einem „Haftabzugswert“ soll dabei insbesondere eine Haftzugfestigkeit verstanden werden, d.h. eine senkrecht zu der Oberfläche wirkende Kraft pro Flächeneinheit, bei der sich der Putz von der Oberfläche löst. Der Haftabzugswert wird vorzugsweise ermittelt, indem ein Stempel mittels des Putzes auf der Oberfläche befestigt wird, welcher dann von der Oberfläche durch eine senkrecht wirkende Kraft gelöst wird. Vorzugsweise ist dabei der Stempel aus einem Material, welches eine bessere Verbindung mit dem Putz eingeht als die Oberfläche der Carbonfaserverstärkung. Unter einem mittleren Haftabzugswert soll insbesondere ein Mittelwert verstanden werden, der aus Messungen an zwei, vorzugsweise zumindest fünf Stellen der Oberfläche ermittelt wurde. Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Flächenlautsprecher mit einem Lautsprecherpanel vorgeschlagen, das eine Carbonfaserverstärkung aufweist, die zumindest eine äußere Oberfläche ausbildet, insbesondere ein mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Flächenlautsprecher, bei dem die äußere Oberfläche zumindest teilweise mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist, die dazu vorgesehen ist, eine Haftverbindung zwischen der äußeren Oberfläche und einer dekorativen Beschichtung zu verstärken.
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Vorzugsweise weist dabei der Flächenlautsprecher eine weitere Carbonfaserverstärkung auf, die eine innere Oberfläche mit von der äußeren Oberfläche abweichenden Oberflächeneigenschaften ausbildet. Unter „abweichenden Oberflächeneigenschaften“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass der mittlere Haftabzugswert der äußeren Oberfläche um zumindest einen Faktor 0,5 größer ist als ein mittlerer Haftabzugswert der inneren Oberfläche, die zur Befestigung eines Induktors vorgesehen ist.
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Außerdem wird eine Konstruktion mit einer Wand und/oder einer Decke und einem in die Wand oder die Decke integrierten erfindungsgemäßen Flächenlautsprecher vorgeschlagen, wobei die Wand und/oder die Decke eine homogene Beschichtung aufweisen, die zur einheitlichen Gestaltung auf die Wand und/oder die Decke und das Lautsprecherpanel aufgebracht ist.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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In der einzigen 1 ist eine Wandvorrichtung mit einer Wand 21 und einem in die Wand 21 integrierten Flächenlautsprecher 10 dargestellt. Der Flächenlautsprecher 10 umfasst ein in die Wand 21 eingelassenes Lautsprecherpanel 11 und einen Induktor 22, der dazu vorgesehen ist, das Lautsprecherpanel 11 zu Biegewellenschwingungen anzuregen. Der Induktor 22 ist mit einer nicht näher dargestellten Audioquelle verbunden und dazu vorgesehen, elektrische Signale aus der Audioquelle in mechanische Biegewellenschwingungen des Lautsprecherpanels 11 umzuwandeln. Die Audioquelle kann dabei grundsätzlich digitale Filtereinrichtungen aufweisen, durch die die elektrischen Signale an akustische Eigenschaften des Flächenlautsprechers 10 angepasst werden.
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Das Lautsprecherpanel 11 ist als eine biegesteife Platte ausgebildet. Es ist in Sandwichbauweise aufgebaut. Das Lautsprecherpanel 11 weist einen leichten Kernwerkstoff 17 auf, der auf einer nach innen gewandten Seite 20 und auf einer nach außen gewandten Seite 19 jeweils mit einer Carbonfaserverstärkung 13, 15 versehen ist. Der Kernwerkstoff 17 ist Polyurethan-Hartschaum. Grundsätzlich können aber auch andere Kernwerkstoffe verwendet werden, wie beispielsweise PIR-Hartschaum oder Polystyrol. Der Induktor 22, durch den das Lautsprecherpanel 11 mit Biegewellenschwingungen anregbar ist, ist auf der nach innen gewandten Seite 20 des Lautsprecherpanels 11 angeordnet.
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Um den Flächenlautsprecher 10 unsichtbar in die Wand 21 zu integrieren, wird er in eine Aussparung 18 in der Wand 21 eingesetzt, deren Abmessungen auf eine Größe des Lautsprecherpanels 11 angepasst sind. In vormontiertem Zustand bilden die Wand 21 und das Lautsprecherpanel 11 eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aus, die zu einem späteren Zeitpunkt mit einer dekorativen Beschichtung 16 versehen werden kann. Übliche dekorative Beschichtungen 16 sind dabei insbesondere Putz oder Tapete. Grundsätzlich könnten aber auch andere Beschichtungen 16 aufgebracht werden, die direkt auf die Oberfläche 12 des Lautsprecherpanels 11 und die Wand 21 aufgebracht werden können, wie beispielsweis eine Farbe oder ähnliches. In fertigem Zustand bedeckt die Beschichtung 16 dann das Lautsprecherpanel 11 und die Wand 21, wodurch sich nach außen hin ein homogenes Erscheinungsbild ergibt, durch das der Flächenlautsprecher 10 unsichtbar in die Wand 21 integriert ist.
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Um die Beschichtung 16 auf das Lautsprecherpanel 11 aufbringen zu können, wird die äußere Oberfläche 12 des Lautsprecherpanels 11, die durch die nach außen gewandte Carbonfaserverstärkung 13 gebildet wird, mit einer Oberflächenstrukturierung versehen. Die Oberflächenstrukturierung wird während einer Herstellung des Lautsprecherpanels 11 ausgeformt, d.h. bevor der Induktor 22 an dem Lautsprecherpanel 11 befestigt wird und bevor der Flächenlautsprecher 10 in die Wand 21 integriert wird. Während der Herstellung wird lediglich die Carbonfaserverstärkung 13 auf einer Seite, die später nach außen gewandt ist und die die äußere Oberfläche 12 bildet, mit der Oberflächenstrukturierung versehen.
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Die Herstellung der Carbonfaserverstärkungen 13, 15 umfasst jeweils im Wesentlichen drei Schritte. Die Carbonfaserverstärkungen 13, 15 werden mittels Carbonfasern und einem Matrixmaterial hergestellt. Das Matrixmaterial ist typischerweise ein Kunststoff, der einem nicht ausgehärteten Rohzustand flüssig oder pastös ist. Aus dem Matrixmaterial und den Carbonfasern wird im ersten Schritt ein Rohling gefertigt, indem die Carbonfasern mit dem nicht ausgehärteten Matrixmaterial durchtränkt werden. Die Rohlinge, die entsprechende Carbonfaserverstärkung 13, 15 in einem Rohzustand bilden, werden dabei mittels einer Form gestaltet, in die die Carbonfasern und das Matrixmaterial eingelegt werden.
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Im zweiten Schritt wird das Matrixmaterial ausgehärtet. Das Matrixmaterial verändert dabei seine chemische Struktur, wodurch sich eine Festigkeit der Carbonfaserverstärkungen 13, 15 erhöht. Nach dem Aushärten werden die Carbonfaserverstärkungen 13, 15 entformt, d.h. aus der Form entnommen. Im dritten Schritt werden die Carbonfaserverstärkungen 13, 15 getempert, d.h. sie werden auf eine Temperatur erwärmt, die typischerweise bei ca. 800–900 °C liegt. Durch das Tempern erhöht sich die Festigkeit der ausgehärteten Carbonfaserverstärkungen 13, 15 weiter.
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Die Carbonfaserverstärkung 13 wird an der äußeren Oberfläche 12 chemisch mikrostrukturiert. Zur Ausformung der Oberflächenstrukturierung wird auf die Oberfläche 12 ein Primer aufgebracht. Der Primer wird dabei zwischen dem zweiten Schritt und dem dritten Schritt der Herstellung auf die Oberfläche 12 aufgetragen, d.h. er wird nach einem Aushärten der Carbonfaserverstärkung 13 und vor einem Tempern der Carbonfaserverstärkung 13 auf die Oberfläche 12 aufgetragen.
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Alternativ kann die Carbonfaserverstärkung 13 auch mechanisch mikrostrukturiert werden, beispielsweise indem auf die Oberfläche 12 ein Abreißgewebe aufgelegt wird, bevor das Lautsprecherpanel 11 ausgehärtet wird. Das Abreisgewebe wird dabei auf die Carbonfaserverstärkung 13 im Rohzustand aufgebracht, wo es eine äußere Schicht bildet. Danach wird die Carbonfaserverstärkung 13 ausgehärtet und bei Bedarf getempert. Anschließend wird das Abreisgewebe entfernt. Durch das Abziehen des Abreisgewebes entsteht dann die Oberflächenstrukturierung.
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Zur Herstellung des Lautsprecherpanels 11 in Sandwichbauweise werden die nach innen gewandte Carbonfaserverstärkung 15, die unbehandelte Oberflächen aufweist, und die nach außen gewandte Carbonfaserverstärkung 13, bei der die Oberfläche 12 mit der Mikrostrukturierung versehen ist, durch den Kernwerkstoff 17 miteinander verbunden. Der Kernwerkstoff 17 verklebt die beiden Carbonfaserverstärkungen 13, 15 miteinander. Das Lautsprecherpanel 11 weist nach seiner Herstellung unterschiedliche Oberflächeneigenschaften an der äußeren Oberfläche 12 und der inneren Oberfläche 14 auf. Die Oberflächeneigenschaften der Oberflächen 12, 14 unterscheiden sich insbesondere in Haftabzugswerten für mineralische Beschichtungen 16, wie beispielsweise Putz, Fließenkleber oder ähnliches.
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Zur Fertigstellung des Flächenlautsprechers 10 wird der Induktor 22 an der inneren Oberfläche 14 der Carbonfaserverstärkung 15 befestigt, beispielsweise indem er mit der Carbonfaserverstärkung 15 verklebt wird. Für die Montage wird der Flächenlautsprecher 10 mit der Audioquelle verbunden und in die Aussparung 18, die in die Wand 21 eingebracht ist, eingesetzt. Sobald der Flächenlautsprecher 10 in der Aussparung 18 befestigt ist, können die Wand 21 und der Flächenlautsprecher 10 mit der Beschichtung 16 versehen werden, indem beispielsweise die Wand 21 und der Flächenlautsprecher 10 homogen verputzt werden. Durch die Beschichtung 16 weist die Wandvorrichtung eine einheitliche Wandfläche auf, in die der Flächenlautsprecher 10 unsichtbar integriert ist.
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Eine typische Beschichtung 16 ist, wie bereits ausgeführt wurde, Putz, der beispielsweise als ein Innenputz ausgebildet sein kann, wie er im Innenausbau von Wohn- oder Geschäftsräumen verwendet wird. Für Putz als Beschichtung 16 ergibt sich durch die Oberflächenstrukturierung ein Haftabzugswert von größer als 0,25 N/mm2. Ist der Wohn- und Geschäftsraum als ein Trockenraum ausgebildet, in dem weder eine gegenüber einer Umgebung erhöhte Luftfeuchtigkeit noch die Gefahr, dass die Wände 21 benässt werden, besteht, werden Haftabzugswerte von ca. 0,27 N/mm2 erreicht. Selbst nach einer länger anhaltenden Benetzung des Putzes als Beschichtung 16 mit Wasser können noch Haftabzugswerte besser als 0,2 N/mm2 erreicht werden. Der Flächenlautsprecher 10 kann somit auch in Nassräumen eingesetzt werden. Durch Verwendung eines geeigneten Putzes sind dabei auch nach Durchnässung Haftabzugswerte von ca. 0,26 N/mm2 erreichbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flächenlautsprecher
- 11
- Lautsprecherpanel
- 12
- äußere Oberfläche
- 13
- Carbonfaserverstärkung
- 14
- innere Oberfläche
- 15
- Carbonfaserverstärkung
- 16
- dekorative Beschichtung
- 17
- Kernwerkstoff
- 18
- Aussparung
- 19
- nach außen gewandte Seite
- 20
- nach innen gewandte Seite
- 21
- Wand
- 22
- Induktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005004730 U1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 13813 [0009]
- DIN EN 1015-12 [0009]
