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Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingangsschaltung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Eingangsschaltung, ein Feldgerät und ein Verfahren zur Bereitstellung einer Energieversorgung.
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Feldgeräte, wie sie bspw. von der Anmelderin vertreiben werden, benötigen zu deren Betrieb eine Energieversorgung. Eine derartige Energieversorgung bspw. in Form einer Versorgungsspannung kann den Feldgeräten heutzutage auf verschiedene Weise bereitgestellt werden. So ist es bspw. aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 076 708 A1 bekannt geworden, ein Feldgerät über ein Netzteil mit elektrische Energie zu versorgen. Daneben besteht die Möglichkeit ein Feldgerät mit elektrischer Energie aus einer Brennstoffzelle oder einem Solarpanel mit elektrischer Energie zu versorgen. Daneben ist es bekannt geworden Feldgeräte über eine sog. Zwei-Leiter-Stromschleife mit Energie zu versorgen.
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Unter Feldgerät werden dabei sämtliche prozessnahe, d.h. in einer industriellen Anlage, verwendeten Geräte, wie bspw. Anzeigeeinheiten, Sensoren, Aktoren, Datenlogger oder Funkeinheiten verstanden.
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Nachteilig bei den bekannten Feldgeräten ist jedoch, dass diese nur für eine Form der o.g. Energieversorgung ausgelegt sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die es ermöglicht, ein Feldgerät auf verschiedene Weise mit der zum Betrieb erforderlichen Energie zu versorgen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Eingangsschaltung, ein Feldgerät, ein Verfahren sowie die Verwendung der Eingangsschaltung gelöst.
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Hinsichtlich der Eingangsschaltung wird die Aufgabe durch eine Eingangsschaltung zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung gelöst, welche Eingangsschaltung eingangsseitig einen ersten Eingang aufweist, wobei die Eingangsschaltung ausgangsseitig einen Ausgang aufweist, der dazu dient, eine Elektronikeinheit anzuschließen, wobei die Versorgungsspannung über den ersten Eingang an den Ausgang der Eingangsschaltung übertragbar ist, wobei der erste Eingang der Eingangsschaltung über einen ersten Pfad mit dem Ausgang der Eingangsschaltung verbunden ist, wobei in dem ersten Pfad eine Schalteinheit vorgesehen ist, die zum Verbinden des ersten Eingangs mit einem Hilfsanschluss der Eingangsschaltung dient.
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Vorzugsweise die dient die Schalteinheit dabei zum elektrischen Verbinden des ersten Eingangs mit dem Hilfsanschluss bzw. zum Umleiten wenigstens eines Teils der über den ersten Eingang eingebrachten elektrischen Leistung an den Hilfsanschluss der Eingangsschaltung.
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Die Eingangsschaltung kann also zum Anschließen der Elektronikeinheit an eine Energieversorgung dienen. Die Elektronikeinheit kann somit über die Eingangsschaltung mit einer Energieversorgung, die eine elektrische Versorgungsspannung bereitstellt verbunden. Bei der Elektronikeinheit handelt es sich bevorzugt um eine Betriebselektronik, die zum Betreiben eines Gerätes, wie bspw. eines Feldgerätes dient.
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Die Eingangsschaltung ist vorzugsweise auf einem Trägerelement, wie bspw. einer Leiterplatte, aufgebracht, die zumindest Anschlüsse in Form des ersten Eingangs, des Ausgangs und des Hilfsanschlusses aufweist. Der erste Pfad kann also demnach bspw. aus einer Leiterbahn, die den ersten Eingang mit dem Ausgang verbindet, bestehen. Über einen weiteren Pfad kann der Hilfsanschluss mit der Schalteinheit verbunden sein. Auch dieser zweite Pfad kann aus einer Leiterbahn bestehen. Alternativ können auch ein oder mehrere Kabel vorgesehen sein vermittels denen die o.g. Bauteile verbunden sind.
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In einer Ausführungsform der Eingangsschaltung dient die Schalteinheit zum Unterbrechen des ersten Pfades. Durch das Unterbrechen des ersten Pfades kann die Verbindung zw. dem ersten Eingang und dem Ausgang und somit die Energieversorgung des Betriebselektronik über den ersten Pfad unterbrochen werden. Zudem kann somit eine Verbindung zw. dem ersten Eingang und dem Hilfsanschluss hergestellt werden. Zu diesem Zweck ist die Schalteinheit entsprechend in dem ersten Pfad angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient der Hilfsanschluss dazu, ein Schaltnetzteil anzuschließen. Der Hilfsanschluss kann ebenso wie der erste Eingang bzw. der Ausgang der Eingangsschaltung einen oder mehrere Kontakte zum Anschließen eines Schaltnetzteils, einer Energieversorgung bzw. der Elektronikeinheit aufweisen. Alternativ kann der Ausgang direkt, d.h. ohne entsprechende Kontakte, mit der Elektronikeinheit verbunden sein. Die Eingangsschaltung würde dann in einem solchen Fall Kontakte zum Anschließen an den ersten Eingang und an den Hilfsanschluss aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung weist die Eingangsschaltung eingangsseitig einen zweiten Eingang auf, wobei der zweite Eingang der Eingangsschaltung über einen zweiten Pfad mit dem Ausgang der Eingangsschaltung verbunden ist, wobei die Versorgungsspannung zum Betreiben der Elektronikeinheit über den ersten und/oder den zweiten Eingang an den Ausgang der Eingangsschaltung übertragbar ist. Der zweite Eingang kann ebenfalls Kontakte zum Anschließen aufweisen. Der zweite Pfad kann wie oben geschildert aus einer leiterbahn oder einem Kabel bestehen. Vermittels der Schalteinheit kann somit eine an den ersten Eingang eine Versorgungspannung, die durch eine Energiequelle bereit gestellt wird, über den zweiten Pfad an dem Ausgang bereit gestellt werden. Dabei kann die Versorgungsspannung die über den ersten Eingang eingebracht wird, teilweise über den ersten Pfad, über den Hilfsanschluss und über den zweiten Eingang umgeleitet und schließlich über den zweiten Pfad am Ausgang der Elektronikeinheit zur Verfügung gestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung ist, vorzugsweise zwischen dem ersten Eingang und der Schalteinheit, ein Abgriff an dem ersten Pfad vorhanden, über den wenigstens ein Teil der über den ersten Eingang eingebrachten elektrischen Leistung, vorzugsweise an den Hilfsanschluss, umgeleitet werden kann. Der Abgriff bildet dabei einen elektrischen Kontakt mit dem der erste Pfad mit dem Hilfsanschluss verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient der zweite Eingang zur Aufnahme wenigstens eines Teils der von dem Abgriff an dem ersten Pfad über den Hilfsanschluss, und vorzugsweise das Schaltnetzteil, umgeleiteten elektrischen Leistung.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient der Abgriff dazu, die eingebrachte elektrische Leistung über den zweiten Eingang und/oder den zweiten Pfad an den Ausgang der Eingangsschaltung wenigstens teilweise umzuleiten.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient der Abgriff dazu, die über den ersten Eingang eingebrachte elektrische Leistung zumindest teilweise über den Hilfsanschluss umzuleiten, besonders bevorzugt wenn die Schalteinheit den ersten Pfad unterbrochen hat.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung ist in dem ersten Pfad, vorzugsweise zwischen dem ersten Eingang und der Schalteinheit, eine Überwachungseinheit zur Strom- bzw. Spannungsüberwachung vorgesehen ist. Die Überwachungseinheit kann also dazu dienen, die über den ersten Eingang eingebrachte elektrische Leistung zu überwachen. Entsprechende Spannungsüberwachungen wie bspw. in Form einer Komparatorschaltung sind dem Fachmann bekann.t
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung ist die Überwachungseinheit derart ausgelegt, dass in dem Fall dass an dem ersten Eingang ein Strom bzw. eine Spannung anliegt, die einen vorgegeben Schwellwert überschreitet, der erste Pfad vermittels der Schalteinheit unterbrochen wird. Somit kann bspw. in dem Fall dass die Energieversorgung eine Versorgungsspannung ausgibt, die nicht den erforderlichen zum Betreiben der Elektronikeinheit benötigten Wert aufweist, über den zweiten Pfad an den Ausgang geleitet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient die Überwachungseinheit zum Ansteuern der Schalteinheit. Zu diesem Zweck kann die Überwachungseinheit ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellen, das zum Ansteuern der Schalteinheit dient.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient der erste Eingang der Eingangsschaltung dazu, eine Netzspannung oder eine andere Energiequelle zur Energieversorgung wie bspw. ein Solarpanel anzuschließen. Alternativ kann der erste Eingang ebenfalls dazu dienen, eine Batterieeinheit anzuschließen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltung dient der zweite Eingang der Eingangsschaltung dazu, ein Schaltnetzteil oder einer Batterieeinheit anzuschließen. Vorzugsweise dient der zweite Eingang lediglich zum Anschließen eines Schaltnetzteils.
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Hinsichtlich des Feldgerätes wird die Aufgabe durch ein Feldgerät mit einer Eingangsschaltung nach einer der vorherigen Ausführungsformen. Die Betriebselektronik kann dabei die Eingangsschaltung mit umfassen. Die Eingangsschaltung kann also Teil der Betriebselektronik des Feldgerätes sein. Unter Betriebselektronik des Feldgerätes werden dabei alle Elektronikeinheiten eines Feldgerätes verstanden, die zum Ausführen der Funktionen und/oder Funktionalitäten des Feldgerätes dienen bzw. dazu erforderlich sind.
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In einer Ausführungsform des Feldgerätes weist das Feldgerät ein Schaltnetzteil auf, das zwischen den Abgriff an dem ersten Pfad mit dem zweiten Eingang der Eingangsschaltung angeordnet ist. Das Schaltnetzteil kann dabei über den Hilfsanschluss und den zweiten Eingang mit der Eingangsschaltung verbunden sein. Das Schaltnetzteil kann also zwischen den Hilfsanschluss und den zweiten Eingang geschleift werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes weist das Feldgerät eine Batterieeinheit auf, die an den zweiten Eingang angeschlossen ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes befindet sich ein Anschluss für den ersten Eingang der Eingangsschaltung außerhalb des Gehäuses oder am Gehäuse des Feldgerätes, insbesondere in Form einer Klemme.
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In einer weiteren Ausführungsform des Feldgerätes befindet sich ein Anschluss für den zweiten Eingang der Eingangsschaltung innerhalb eines Gehäuses des Feldgerätes.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Energieversorgung gelöst, welche Energieversorgung vorzugsweise zum Betreiben einer Elektronikeinheit eines Feldgerätes dient, wobei eine Eingangsschaltung vorgesehen ist, die eingangsseitig einen ersten Eingang, wobei eine Elektronikeinheit über die Eingangsschaltung mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei in dem Fall, dass eine Energiequelle an den ersten Eingang angeschlossen wird, die Elektronikeinheit (BE) über einen ersten Pfad (P!) zwischen dem ersten Eingang (E1) und dem Ausgang (A1) mit elektrischer Energie versorgt wird,
wobei in dem Fall, dass die über den ersten Eingang (E1) eingebracht elektrische Leistung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, der erste Eingang mit einem Hilfsanschluss der Eingangsschaltung verbunden wird.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Eingangsschaltung einen zweiten Eingang auf, wobei in dem Fall, dass eine Energiequelle an den zweiten Eingang angeschlossen wird, die Elektronikeinheit über einen zweiten Pfad zwischen dem zweiten Eingang und dem Ausgang mit elektrischer Energie versorgt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird in dem Fall, dass die über den ersten Eingang eingebracht elektrische Leistung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, der erste Pfad unterbrochen.
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Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe durch die Verwendung der Eingangsschaltung nach einer der o.g. Ausführungsformen zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung zum Betreiben einer Elektronikeinheit eines Feldgerätes gelöst.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Eingangsschaltung,
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2: eine schematische Darstellung eines Feldgerätes.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Eingangsschaltung E die einen ersten Eingang E1 und einen zweiten Eingang E2 als auch einen Ausgang A1 aufweist. Zudem weist die Eingangsschaltung E einen Hilfsanschluss H1 auf. Der erste Eingang E1 ist dabei über einen ersten Pfad P1 mit dem Ausgang A1 verbunden. Der zweite Eingang E2 ist über einen zweiten Pfad P2 mit Ausgang A1 verbunden. Der erste und der zweite Pfad P1, P2 verlaufen zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Eingang E1, E2 und dem Ausgang A1 parallel. Der Hilfsanschluss H1 ist mit dem ersten Pfad P1 über einen Abgriff G verbunden.
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Der Abgriff G ist dabei zwischen dem ersten Eingang E1 und einem Gleichrichter W bzw. einer Spannungsüberwachung SP bzw. einer Schalteinheit S angeordnet.
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Die Schalteinheit S kann bspw. aus einem Relais oder einem anderen Bauteil bestehen, das zum Unterbrechen des ersten Pfads P1 dient. Alternativ kann bspw. auch ein Transistor vorgesehen sein, der die über den ersten Pfad P1 an den Ausgang A1 übertragene elektrische Leistung regelt bzw. steuert.
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Der erste Eingang E1, der zweite Eingang E2 und der Hilfsanschluss H1 können über entsprechende Kontaktelemente, wie bspw. Klemmen oder Steckkontakte kontaktiert, werden.
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Im ersten Pfad P1 ist zwischen dem ersten Eingang E1 und dem Ausgang A1 die Spannungsüberwachung SP angeordnet. Bspw. kann dazu eine Wheatstone-Brücke vorgesehen sein.
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Ferner ist zwischen der Spannungsüberwachung SP bzw. dem Abgriff G am ersten Pfad P1 für die Spannungsüberwachung SP und dem Ausgang A1 die Schalteinheit S angeordnet. Vorliegend besteht die Schalteinheit S aus Elementen zur Unterbrechung des ersten Pfades P1. Alternativ kann wie bereits beschrieben auch nur eine teilweise Unterbrechung vorliegen, so dass die über den ersten Eingang E1 eingebrachte Leistung bzw. Energie an den Hilfsanschluss H1 umgeleitet wird. Um diese elektrische Leistung am Hilfsanschluss H1 abzugreifen ist ein entsprechender Abgriff G im ersten Pfad zwischen dem ersten Eingang und dem Gleichrichter W bzw. der Spannungsüberwachung SP vorgesehen.
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Der zweite Eingang E2 der Eingangsschaltung E ist über einen zweiten Pfad P2 mit dem Ausgang A1 der Eingangsschaltung E verbunden. Vorzugsweise sind wie in 1 gezeigt keine weiteren Bauteile im zweiten Pfad P2 zwischen dem zweiten Eingang E2 und dem Ausgang A1 vorhanden.
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Die Eingangsschaltung E kann dann in einem ersten Betriebsmodus über den ersten Pfad P1 elektrische Energie an eine nachgeordnete am Ausgang A1 anschließbare Elektronikeinheit BE leiten. Bspw. kann zu diesem Zweck ein Solarpanel, das eine vergleichsweise geringe Spannung von bspw. 24 V ausgibt an den ersten Eingang E1 angeschlossen werden.
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Andererseits kann der erste Eingang E1 in einem zweiten Betriebsmodus der Eingangsschaltung E mit Netzspannung – also bspw. ca. 220V – versorgt werden. In einem solchen Fall würde die Spannungsüberwachung SP das Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts detektieren und den ersten Pfad P1 unterbrechen. Dafür kann die Spannungsüberwachung SP ein entsprechendes Steuersignal an die Schalteinheit S ausgeben. Die Netzspannung wäre dann am Hilfsanschluss H1 abgreifbar. Über diesen Hilfsanschluss H1 und ein damit verbundenes Schaltnetzteil, nicht gezeigt, könnte dann die Netzspannung auf die von der Elektronikeinheit BE benötigte Versorgungsspannung transformiert werden. Diese Versorgungsspannung könnte dann vom Netzteil über den zweiten Eingang E2 an den Ausgang A1 der Eingangsschaltung E ausgegeben werden.
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In einem dritten Betriebsmodus der Eingangsschaltung E kann eine Batterieeinheit, nicht gezeigt, an den zweiten Eingang E2 der Eingangsschaltung E angeschlossen werden und die von der Batterieeinheit abgegebene elektrische Leistung als Versorgungspannung über den zweiten Pfad P2 an den Ausgang A1 der Eingangsschaltung E übertragen werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Feldgerätes F mit einem außen am Feldgerätegehäuse G angeordneten ersten Eingang. Alternativ kann der erste Eingang E1 außerhalb des Gehäuses G angeordnet sein. Der erste Eingang E1 ist mit der in 1 gezeigten Eingangsschaltung E verbunden bzw. teil derselben. Während der erste Eingang E1 der Eingangsschaltung E somit außen am Gehäuse G bzw. außerhalb des Gehäuses G angeordnet ist, ist der zweite Eingang E2 innerhalb des Gehäuses G angeordnet. Bspw. kann das Gehäuse eine Kammer aufweisen, die zur Aufnahme einer Batterieeinheit und/oder eines Schaltnetzteils dient. In dieser Kammer können dann auch der zweite Eingang E2 und der Hilfsanschluss H1 der Eingangsschaltung E angeordnet sein.
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Das in 2 gezeigte Feldgerät F weist zudem ein Display D zur Anzeige von bspw. Messwerte auf. Ferner weist das in 2 gezeigte Feldgerät F ein Sensorelement SE zur Bestimmung einer Prozessgröße auf.
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Bezugszeichenliste
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- E1
- Erster Eingang
- E2
- Zweiter Eingang
- H1
- Hilfsanschluss
- G
- Abgriff für den Hilfsanschluss
- P1
- Erster Pfad
- P2
- Zweiter Pfad
- W
- Gleichrichter
- SP
- Spannungsüberwachung
- S
- Schalteinheit
- A1
- Ausgang
- BE
- Elektronikeinheit
- F
- Feldgerät
- D
- Display
- G
- Gehäuse
- SE
- Sensorelement
- E
- Eingangsschaltung
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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 102011076708 A1 [0002]
