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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Galvanisierungsmaske, eine Beschichtungsvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren.
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Stand der Technik
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Heutzutage können metallische Funktionsstrukturen, z. B. Leiterbahnen, unter anderem über Druckverfahren, beispielsweise Siebdruck, Tiefdruck, Flexodruck, Inkjet auf Substraten aufgetragen werden. Diese Verfahren bedingen insbesondere beim Auftragen der metallischen Funktionsstrukturen, dass das applizierte Funktionsmaterial in Form von Partikeln oder löslichen Metallverbindungen aufgetragen werden muss. Aus dieser Form des Auftrags resultiert, dass das Material der Funktionsstrukturen in seinen Eigenschaften, insbesondere der Leitfähigkeit, deutlich vom Bulkmaterial abweicht.
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Ein alternatives Herstellungsverfahren für metallische Funktionsstrukturen ist der vollflächige Auftrag einer Metallschicht auf einem Substrat mit anschließender Maskierung und Ätzstrukturierung.
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Ferner ist es möglich, metallische Funktionsstrukturen mittels Galvanotechnik auf Substrate aufzutragen. Unter Galvanotechnik – auch Elektroplattieren genannt – versteht man die elektrochemische Abscheidung von metallischen Materialien auf Gegenständen. Für die Herstellung der Funktionsstrukturen werden dabei Maskierungen verwendet, welche die nicht zu beschichtende Bereiche und Flächen während des Galvanisierens abdecken. Für die Maskierung in der Galvanik kommen derzeit insbesondere vor dem Prozess aufgetragene und strukturierte Isolationsfilme zum Einsatz. Diese Filme aufzutragen, zu entwickeln und im Nachgang zu entfernen stellt einen deutlichen Mehraufwand im Prozess dar.
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In der
DE 103 48 734 B4 ist ein Verfahren zum selektiven Galvanisieren von Metalloberflächen beschrieben. In diesem Verfahren werden die zu galvanisierenden Bereiche mit einer wachsartigen, mit Wasser ablösbaren Substanz maskiert. Dann werden die nicht zu galvanisierenden Bereiche mit einer dielektrischen Flüssigkeit maskiert. Nach dem Ablösen der wachsartigen Substanz werden die freien Bereiche galvanisiert.
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Für zusammenhängende metallische Funktionsstrukturen mit nur wenigen Aussparungen werden bereits Maskierungsschablonen eingesetzt, welche nicht zu beschichtende Bereiche auf dem Substrat abdecken. Die dabei verwendeten Maskierungsschablonen sind jedoch hinsichtlich der abbildbaren Geometrie in gewissem Maß eingeschränkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden eine Galvanisierungsmaske zur Herstellung von Leitbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung von Leitbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und ein Verfahren zur Herstellung von Leitbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 zur Verfügung gestellt.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Galvanisierungsmaske zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren, mit einem netzartigen Träger, auf welchem eine dielektrische Maske angeordnet ist.
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Ferner ist eine Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren vorgesehen, mit einer Halte-/Führungseinrichtung für ein zu beschichtendes Substrat; mit einer erfindungsgemäßen Galvanisierungsmaske; mit einer Presseinrichtung zum Anordnen der Galvanisierungsmaske auf dem Substrat; mit einer Galvanisierungseinrichtung zum Galvanisieren des Substrats.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnstrukturen auf einem Substrat durch Galvanisieren mit den folgenden Verfahrensschritten zur Verfügung gestellt: Bereitstellen eines Substrats; Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Galvanisierungsmaske; Anordnen der Galvanisierungsmaske auf dem Substrat; selektives Galvanisieren derjenigen Bereiche des Substrats, welche nicht von der dielektrischen Maske abgedeckt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Maske für die abzuschattenden Bereiche auf einem netzartigen Träger aufzubringen. Dadurch kann die Stabilität der Maske gesteigert werden. Durch das Auftragen der Maske auf einen netzartigen Träger wird die Formstabilität der Maske erhöht. Dadurch können feinere Strukturen auf das zu beschichtende Substrat aufgebracht werden, als dies mit herkömmlichen Galvanisierungsverfahren möglich ist. Ferner können auch andersartige Strukturen, wie z. B. Gitterstrukturen oder nicht zusammenhängende Funktionsstrukturen, erzeugt werden, welche mit den bisher verwendeten Maskierungs-Schablonen nicht erzeugt werden konnten. Der netzartige Träger weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch welche Elektrolyte einfach hindurchtreten können.
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Die Erfindung steigert die Formfreiheit der zu galvanisierenden Bereiche und ermöglicht damit das Aufwachsen von Funktionsstrukturen auf Substraten mittels Galvanik, wodurch Funktionsstrukturen mit Bulkeigenschaften entstehen.
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Kern der Erfindung ist die neuartige Galvanisierungsmaske. Die dielektrische Maske wird auf einem netzartigen Träger – im Fall einer Bandgalvanik auf einen Gewebezylinder ähnlich einem Grundkörper für den Rotationssiebdruck – aufgebracht. Insbesondere vorteilhaft ist dabei, dass die mechanische Stabilität und Positionierung durch den netzartigen Träger gewährleistet wird und somit die Maske in der Form frei gestaltbar ist.
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Ferner ermöglicht die Erfindung eine Wiederverwendung der Galvanisierungsmaske, da diese bei dem Galvanisierungsverfahren nicht beschädigt wird.
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Die Auflösung dieses Verfahrens liegt für Bandprozessierung entsprechend auf dem Niveau des Rotationssiebdrucks, im Fall flacher Bauteile in Batch-Prozessierung liegen Positioniergenauigkeit und Auflösung auf dem Niveau des Flach-Siebdrucks.
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Im Verfahren zum Herstellen von Leiterbahnstrukturen wird der netzartige Träger mit der Maske auf das zu beschichtende Substrat positioniert.
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Die erfindungsgemäße Galvanisierungsmaske kann bei elektrisch leitenden Substraten und elektrisch nicht leidenden Substraten verwendet werden. Im Falle eines elektrisch nicht leitenden Substrats kann mittels eines „Electroless Platings“-Verfahrens, z. B. stromloses chemisches Vernickeln, das Material der Funktionsstruktur auf dem Substrat abgeschieden werden. Das zu beschichtende Substrat wird dabei in spezielle Elektrolyte eingetaucht und ohne das Anlegen einer elektrischen Spannung scheidet sich auf der Oberfläche des Substrats das Material der Funktionsstruktur ab.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Maskierung des Substrats vorteilhaft durch einen rotierenden, elektrolytdurchlässigen, netzartigen Zylinder, welcher auf das Potential der Anode gelegt wird. Die Bereiche, in welchen kein galvanischer Auftrag erfolgen soll, werden durch die auf diesen Zylinder aufgebrachte dielektrische Maske abgedeckt. Durch diese Ausbildung ist es möglich, die Galvanisierungsmaske in der Bandgalvanik zu verwenden, wobei das Substrat als Bandmaterial vorliegt.
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In einer Abwandlung dazu erfolgt die Maskierung durch ein elektrolytdurchlässiges, netzartiges ebenes Trägersystem, z. B. ein Metallsieb, auf welches analog zu oben beschrieben die dielektrischen Maske aufgebracht wird und das ebenfalls als Anode geschaltet ist, während das zu beschichtende Substrat als Kathode dient. Das Band wird im Prozess mit der dielektrischen Maske auf das zu beschichtende Substrat gepresst, sodass in den freien Bereichen die galvanische Beschichtung erfolgt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der netzartige Träger für die dielektrische Maske ein Nichtleiter, z. B. ein Polymer. Auf diesen netzartigen Träger wird die nicht leitfähige Maske aufgebracht. Das elektrische Feld wird in dieser Ausführungsform direkt zwischen dem zu beschichtenden Substrat und einer flächigen Anode aufgebaut, welche in einer geeigneten Form an das zu beschichtende Substrat angeformt ist, z. B. für im Falle eines zylindrischen netzartigen Trägers in Form eines Halbrunds innerhalb des netzartigen Trägers, im Fall eines ebenen netzartigen Trägers als ebene Fläche.
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Für die stationäre Galvanisierung ist die Maske jeweils vorteilhaft als flexibler, flächiger Träger an Stelle eines Zylinders oder eines Bandes auszuführen. Analog zu oben beschriebenen besteht auch hier die Ausführungsmöglichkeiten des Trägers als elektrische leitenden Träger (Metallsieb) bzw. komplett nicht elektrisch leitenden Träger. Im Fall eines elektrisch nicht leitfähigen Trägers für die Maske ist zusätzlich eine Elektrode im Galvanikbad vorzusehen.
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Für die Maske können regelmäßig schachbrettartig angeordnete Quadrate verwendet werden, wodurch eine rechtwinklige Funktionsstruktur auf dem Substrat entsteht.
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In einer weiteren Ausführungsform werden regelmäßig angeordnete Sechsecke auf dem netzartigen Träger als Maske angeordnet, wodurch ein Waben-Gitter auf dem Substrat realisiert werden kann. In einer weiteren Ausführungsform können Quadrate auf dem netzartigen Träger als Maske angeordnet werden, wodurch ein rechtwinkliges Gitter auf dem Substrat erzeugt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der netzartige Träger 1–1000 Öffnungen pro Quadratzentimeter auf. Der netzartige Träger kann aus einem Metall und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sein. Der netzartige Träger kann auch als Folie ausgebildet sein, welche Perforationen aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der netzartige Träger nur in den Bereichen Öffnungen auf, in denen keine dielektrische Maske aufgebracht ist.
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Die dielektrische Maske kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Keramik ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann die Maske auch zumindest teilweise elastisch ausgebildet sein, um die Maske gut auf dem Substrat positionieren zu können und Leckagen zwischen der Galvanisierungsmaske und dem Substrat zu vermeiden. Beispielsweise kann die dielektrische Maske auch schichtweise aufgebaut sein, mit einer weichen Schicht, welche in Richtung des Substrats zeigt, und einer harten Schicht, welche in Richtung des netzartigen Trägers zeigt. Die weiche Schicht kann beispielsweise ein Elastomer sein, und die harte Schicht kann beispielsweise ein Duroplast sein.
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Als Substrate können verschiedene Metalle, Halbleiter und Kunststoffe verwendet werden, die zumindest auf ihrer zu beschichtenden Seite zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet sind. Beispielsweise können ITO-PET-Folien als Substrat verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Presseinrichtung einen Presskörper auf, welcher konvex gewölbt und/oder elastisch ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich die Galvanisierungsmaske gut und positionsgenau auf dem Substrat positionieren, ohne das Substrat zu beschädigen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Träger in einen Rahmen eingespannt, sodass die Stabilität der Galvanisierungsmaske erhöht werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform drückt der Presskörper die Galvanisierungsmaske derart auf das Substrat, dass das gesamte Substrat von der Galvanisierungsmaske bedeckt ist. Dadurch kann der Aufbau der Leiterbahnstrukturen sehr schnell erfolgen, da die Galvanisierungsmaske in Ihrer Position bezüglich des Substrats nicht verändert werden muss.
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Die mit diesen Verfahren und der Galvanisierungsvorrichtung hergestellten Substrate mit Leiterbahnstrukturen eignen sich besonders zur Verwendung als Frontfolien in Photovoltaikeinrichtungen. Ferner eigenen sich die Substrate gut für Beleuchtungseinrichtungen oder berührungsempfindliche Bildschirme.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Galvanisierungsmaske;
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2 eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsvorrichtung;
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3 eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsvorrichtung; und
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4 eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsvorrichtung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Galvanisierungsmaske 1. Die Galvanisierungsmaske 1 weist einen netzartigen Träger 2 auf. Der netzartige Träger 2 kann beispielsweise aus einzelnen Metallfasern ausgebildet sein. Eine Ausbildung des netzartigen Trägers 2 aus einem anderen Material, wie z. B. Kunststoff, ist jedoch auch möglich. Der netzartige Träger 2 weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch welche Elektrolyte auf einfache Weise und ungehindert hindurchtreten können. Auf dem netzartigen Träger 2 ist eine Maske 3 aufgebracht, welche für Elektrolyte undurchlässig ist. Die Maske 3 ist beispielsweise in der Art eines Siebdruckverfahrens auf den Träger 2 aufgebracht.
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Die Maske 3 kann beispielsweise aus Kunststoff und/oder Keramik ausgebildet sein. Aufgrund des netzartigen Trägers 2 bleibt die Maske 3 positionsgenau während des Galvanisierungsverfahrens. Ferner erhöht der netzartige Träger 2 die Formstabilität der Maske 3. Auf diese Weise kann die Komplexität der Maske 3 gesteigert werden, wodurch auch sehr feine Strukturen auf dem Substrat 6 realisiert werden können.
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In dem Bereich 4 der Galvanisierungsmaske 1 wird während des Galvanisierens das Material auf dem Substrat 6 abgeschieden, und in dem Bereich 5 wird auf dem Substrat 6 kein Material abgeschieden.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsvorrichtung 13. Die Beschichtungsvorrichtung 13 weist einen Presskörper 8 auf, welcher von einer Presseinrichtung angetrieben wird. Der Presskörper 8 ist in dieser Ausführungsform konvex gekrümmt ausgebildet und ist vorzugsweise elastisch ausgebildet, sodass das Substrat 6 und die Galvanisierungsmaske 1 während der Kontaktierung der Galvanisierungsmaske mit dem Substrat 6 nicht beschädigt werden.
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In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Träger 2 der Galvanisierungsmaske 1 in einen Rahmen 9 eingespannt, um die Formstabilität der Galvanisierungsmaske 1 weiter zu erhöhen. Unterhalb der Galvanisierungsmaske 1 ist ein Galvanisierungsbad 10 dargestellt, in welchen Elektrolyte gelöst sind. Zwischen dem Presskörper 8 und dem Galvanisierungsbad 10 ist ein zu beschichtendes Substrat 6 angeordnet.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsvorrichtung 13. In der dargestellten Schnittansicht wird das Substrat 6 galvanisiert. Das Substrat 6 wird auf die Galvanisierungsmaske 1 mittels des Presskörpers 8 gedrückt. Dabei werden die nicht zu galvanisierende Bereiche des Substrats 6 von der dielektrischen Maske 3 abgedeckt, sodass diese Bereiche nicht mit den in dem Galvanisierungsbad 10 gelösten Elektrolyten in Kontakt kommen können. Der Presskörper 8 ist hierfür so ausgestaltet, dass das ganze Substrat 6 von der Galvanisierungsmaske 1 abgedeckt wird. Nach einen Anlegen einer Spannung zwischen dem Substrat 6 und der Galvanisierungsmaske 1 mittels einer Spannungsquelle 12 scheiden sich die im Galvanikbad 10 gelösten Elektrolyte in den Bereichen des Substrats 6 ab, welche nicht von der dielektrischen Maske 3 abdeckt werden. Dadurch entstehen Leiterbahnstrukturen 14 oder Funktionsstrukturen 14 auf dem Substrat 6.
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Beschichtungsvorrichtung 13 nach dem Galvanisieren des Substrats 6. Man erkennt, dass durch das Galvanisieren sich eine Leiterbahnstruktur/Funktionsstruktur 14 auf dem Substrat 6 gebildet hat. Nach dem Galvanisieren kann das Substrat 6 aus der Beschichtungsvorrichtung 13 genommen und verwendet werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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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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