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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Hand-Mikrometer und insbesondere ein Hand-Mikrometer mit einem Konstantkraft-Federantrieb, um eine Spindel in Kontakt mit einem Werkstück zu bewegen.
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Hintergrund
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Im Stand der Technik sind verschiedene Mikrometervorrichtungen zur Durchführung von hoch präzisen Messungen von Werkstücken unter Verwendung eines handgehaltenen Mechanismus bekannt. Die
US-Patente Nr. 1,132,704 ;
3,849,890 ;
4,485,556 ;
4,561,185 und
8,091,251 (hierin als das '704-, '890-, '556-, '185- und '251-Patent bezeichnet), die jeweils in ihrer Gesamtheit hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind, offenbaren Mikrometervorrichtungen. Im einzelnen umfassen moderne Mikrometer, wie etwa das in dem
US-Patent Nr. 5,495,677 (das '677-Patent), welches in seiner Gesamtheit hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist, aufgezeigte, einen digitalen Linearsensor zur Bestimmung von Messungen, anstatt sich auf exakte Mikrometergewinde in Kombination mit einer Vorrichtung zum Erfassen der Drehposition zu verlassen. Die Verwendung eines digitalen Linearsensors beseitigt das Erfordernis, exakte oder Feingewinde für den Antrieb des Mikrometers zu verwenden.
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Verschiedene Verfahren sind zur Bereitstellung einer Konstantkraft in Hand-Messwerkzeugen bekannt. Beispielsweise offenbart das
US-Patent Nr. 4,035,922 (das '922-Patent), welches in seiner Gesamtheit hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist, ein digitales Mikrometer oder Messwerkzeug, welches eine Konstantkraftfeder enthält, um zwei Ambosse gegeneinander anzutreiben. Diese besondere Anordnung ist jedoch sperrig und hat eine möglicherweise kurze Lebensdauer. Wenn diese Konstruktion ferner kompakter wäre, könnte die Konstantkraftfeder keine ausreichende Kraft bereitstellen, um die Ambosse ordnungsgemäß gegeneinander anzutreiben.
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Kurzbeschreibung
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Diese Kurzbeschreibung soll eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einführen, die nachstehend in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Kurzbeschreibung soll keine Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands bezeichnen noch soll sie als Hilfsmittel zur Bestimmung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
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In hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen bewegt ein Mikrometer eine Spindel durch eine begrenzte Bewegung seitens des Benutzers rasch in eine gewünschte Position, während die Spindel mit einer Konstantkraft gegen den Amboss angetrieben wird. Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen umfassen eine kompakte Konstruktion, eine durch eine Konstantkraftfederanordnung bereitgestellte größere Kraft und eine verlängerte Lebensdauer von Federspulen gegenüber bekannten Konfigurationen. Verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen stellen ergonomische, rasche und praktische Funktionalität für den Benutzer bereit.
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Beispielsweise wird hierin ein Mikrometer beschrieben, das eine Konstantkraft-Federantriebskonfiguration enthält, die kompakter ist, eine größere Kraft ausübt und eine längere Lebensdauer als bekannte Konfigurationen, wie etwa das
'922 -Patent, hat. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das Mikrometer einen Rahmen, der einen Amboss, eine Spindel, einen Linearverschiebungssensor, der eine Verschiebung der Spindel erfasst, und eine Antriebseinrichtung aufweist, die einen an der Spindel angebrachten Knopf enthält, der dafür konfiguriert ist, die Spindel auf den Amboss zu oder von diesem weg zu bewegen. Die Spindel ist an einem Konstantkraft-Federantrieb angebracht, der mindestens zwei Konstantkraft-Federspulen aufweist, die parallel zu der Spindel hin verlaufen und zwischen der Spindel und dem Rahmen dergestalt befestigt sind, dass die Summe ihrer Kräfte die Spindel mit einer Konstantkraft gegen den Amboss antreibt.
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In einigen Ausführungsformen kann jede der Federspulen des Konstantkraft-Federantriebs eine Kraft von mindestens 0,05 N bereitstellen.
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In einigen Ausführungsformen können die Konstantkraft-Federspulen Material aufweisen, welches höchstens 0,4 mm dick ist.
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In einigen Ausführungsformen können die Konstantkraft-Federspulen Material aufweisen, welches länger ist als der Bewegungsbereich der Spindel.
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In einigen Ausführungsformen kann der Konstantkraft-Federantrieb eine Breite aufweisen, die höchstens 25 mm beträgt.
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In einigen Ausführungsformen kann der Konstantkraft-Federantrieb im vollständig aufgewickelten Zustand einen Durchmesser aufweisen, der weniger als 35 mm beträgt.
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In einigen Ausführungsformen können die Konstantkraft-Federspulen parallel zur Richtung der Spindel sein.
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In einigen Ausführungsformen können die mindestens zwei parallelen Konstantkraft-Federspulen in einen Griff des Mikrometers entlang der Spindel verlaufen, wenn die Spindel in den Griff zurückgezogen ist.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält das Mikrometer einen Rahmen, welcher enthält: einen Amboss, eine Spindel, einen Linearverschiebungssensor, der eine Verschiebung der Spindel erfasst, und einen Antrieb, der einen an der Spindel befestigten Knopf aufweist, der dafür konfiguriert ist, die Spindel zu dem Amboss oder von diesem weg zu bewegen. Die Spindel ist an einem Konstantkraft-Federantrieb angebracht, der mindestens eine Konstantkraft-Federspule aufweist, die sich zu der Spindel erstreckt und zwischen der Spindel und dem Rahmen dergestalt befestigt ist, dass sie die Spindel mit einer konstanten Kraft zum Amboss hin antreibt. Die mindestens eine Konstantkraft-Federspule erstreckt sich in einen Griff des Mikrometers entlang der Spindel, wenn die Spindel in den Griff zurückgezogen ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehend beschriebenen Aspekte und viele der zugehörigen Vorteile dieser Offenbarung sind einfacher zu würdigen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich werden.
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1 ist eine Darstellung einer Basis-Mikrometerschraube, welche an die hierin offenbarten Prinzipien angepasst werden kann;
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2 ist eine Querschnittsdarstellung der in 1 gezeigten Mikrometerschraube, die weitere Einzelheiten zeigt;
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3 ist eine Querschnittsdarstellung der in den 1 und 2 gezeigten Mikrometerschraube, die weitere Einzelheiten zeigt;
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4 ist eine Darstellung eines Satzes von Konstantkraft-Federspulen, die in 3 gezeigt sind;
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5 ist eine Querschnittsdarstellung der in den 1 bis 4 gezeigten Mikrometerschraube; und
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6 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung der in den 1 bis 5 gezeigten Mikrometerschraube, die weitere Einzelheiten zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 ist eine Darstellung einer Basis-Mikrometerschraube, welche an die hierin offenbarten Prinzipien angepasst werden kann. Das Mikrometer aus
1 kann Elemente des gemeinsam übertragenen
'677 -Patents enthalten und kann zusätzlich angepasst sein, so dass er in den
3 und
4 beschriebene Elemente enthält.
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Wie 1 zeigt, hat eine Mikrometerschraube 1 mit Digitalanzeige einen Hauptkörper 2, der als geschlossener, wasser-/staubdichter Aufbau gebildet ist. Eine Spindel 3 ist dafür ausgelegt, dass sie aus dem Hauptkörper 2 vorspringt und in diesen zurückziehbar ist. Ein in 1 gezeigtes Abdeckelement 8 ist an der Vorderfläche des U-förmigen Hauptrahmens 4 vorgesehen. Eine digitale Anzeigeeinrichtung 9 und eine Vielzahl von Bedienungsschaltern 10 sind an der Vorderfläche des Abdeckelements 8 vorgesehen.
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Der U-förmige Hauptrahmen 4 hat zwei nach außen verlaufende Enden, die eine Öffnung bilden, wobei ein Amboss 11 an einem der Enden angeordnet ist, wie 1 zeigt. Am anderen Ende des Hauptrahmens 4 ist die Spindel 3 dergestalt gelagert, dass sie durch Verschieben eines Betätigungsknopfes 17 axial verschoben werden kann. Ein Ende der Spindel 3 ist dafür ausgelegt, an dem Amboss 11 anzuschlagen. Ein Griffelement 16 und eine Endkappe 27 decken die Verbindung zwischen dem Betätigungsknopf 17 und der Spindel 3 ab.
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1 zeigt Linien C-C und D-D. Andere Figuren zeigen Querschnittsansichten entlang dieser Linien.
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2 ist eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Mikrometerschraube 1 entlang der Linie D-D. Wie 2 zeigt, ist zwischen dem Abdeckelement 8 und dem Hauptrahmen 2 eine Elektronikplatine 8' angeordnet. Die Elektronikplatine 8' ist dafür konfiguriert, Positionssignale zu verarbeiten, die eine Position der Spindel 3 relativ zu dem Amboss 11 angeben, sowie Signale zum Anzeigen einer Angabe dieser Position auf der digitalen Anzeigeeinrichtung 9 bereitzustellen und Eingaben von den Betätigungsschaltern 10 zu empfangen und zu verarbeiten.
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3 ist eine Querschnittsansicht der in den 1 und 2 gezeigten Mikrometerschraube 1 entlang einer Linie A-A (in 2 gezeigt), welche durch die Spindel 3 verläuft, wobei weitere Einzelheiten dargestellt sind. Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält der Hauptkörper 2 einen U-förmigen Hauptrahmen 4, einen Spindelantriebsmechanismus 5 (oder Spindelantrieb), um das Vorschieben und Zurückziehen der Spindel 3 zu veranlassen, und einen Positionsgeber 6 zum Erfassen des Verschiebungsausmaßes der Spindel 3. Der Spindelantriebsmechanismus 5 schließt den Betätigungsknopf 17 und einen Konstantkraft-Federantrieb 21 ein. Der Positionsgeber 6 ist ein Linear-Encoder, der innerhalb des U-förmigen Hauptrahmens 4 mittels eines Spaltsteuermechanismus (nicht dargestellt) und einer Hauptskala 31 (siehe 6) angeordnet ist. Die Hauptskala 31 ist an der Spindel 3 mittels eines Skalenbefestigungselements 30 befestigt. Das Skalenbefestigungselement 30 und die Spindel 3 bewegen sich innerhalb des Griffelements 16, welches durch eine Endkappe 27 verschlossen ist. Die Spindel 3 ist allgemein von einer Buchse 28 umgeben, welche das Ende des Hauptrahmens 4 verschließt.
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Der Positiongeber
6 ist mit der in
1 gezeigten digitalen Anzeigeeinrichtung
9 durch herkömmliche elektrische Einrichtungen, wie etwa einen Zähler und eine Zentraleinheit (nicht dargestellt) verbunden. Der Positiongeber
6 verwendet einen Encoder des fotoelektrischen Typs, wie in
2 schematisch gezeigt. Beispielsweise könnte der in dem
US-Patent Nr. 5,026,164 , dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbarte Encoder des fotoelektrischen Typs verwendet werden. Der Positionsgeber
6 kann in alternativen Ausführungsformen auch einen Encoder des kapazitiven oder induktiven Typs verwenden.
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Wie ebenfalls 3 zeigt, ist über einen Stift 18 ein Betätigungsknopf 17 an einer Buchse 19 angebracht, die an dem Skalenbefestigungselement 30 angebracht ist. Der Betätigungsknopf 17 ist dafür konfiguriert, die Spindel 3 von dem Amboss 11 weg oder zu diesem hin zu bewegen. Das Skalenbefestigungselement 30 ist durch eine Schraube 25 an dem Konstantkraft-Federantrieb 21 angebracht. Der Konstantkraft-Federantrieb 21 umfasst einen Satz Konstantkraft-Federspulen 22, die parallel zu der Spindel 3 verlaufen und zwischen der Spindel 3 und dem Hauptrahmen 4 dergestalt befestigt sind, dass die Summe ihrer Kräfte die Spindel 3 mit einer Konstantkraft zu dem Amboss 11 hin antreibt. Der Konstantkraft-Federantrieb 21 weist ferner eine Nabe 23 und eine Ansatzschraube 24 auf. Der Satz der Konstantkraft-Federspulen 22 ist um die Nabe 23 gewickelt, welche an dem Hauptrahmen 4 mit der Ansatzschraube 24 befestigt ist. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der Betätigungsknopf 17 ein Daumenschieber, der mit dem Daumen eines Benutzers ergonomisch betätigt werden kann. In einigen Ausführungsformen enthält der Satz der Konstantkraft-Federspulen 22 mindestens zwei Konstantkraft-Federspulen.
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In einigen Ausführungsformen kann eine einzelne Konstantkraft-Federspule eine ausreichende Kraft bereitstellen, um die Spindel 3 anzutreiben. Eine einzelne Konstantkraftfeder, die aus einigen Materialien (z. B. Beryllium-Kupferlegierungen oder Verbundmaterialien) hergestellt ist, kann eine ausreichende Menge Kraft, um die Spindel 3 anzutreiben, sowie eine annehmbare Lebensdauer bieten. Es versteht sich, dass die Fortschritte bei diesen Materialien eine einzelne Konstantkraft-Federspule erstrebenswerter machen können. In einigen Ausführungsformen kann jedoch eine einzelne Konstantkraft-Federspule, die in den durch den Hauptrahmen 4 gebotenen Raum passt, keine ausreichende Kraft bieten, während sie gleichzeitig eine ausreichende Lebensdauer für den Antrieb der Spindel 3 ermöglicht. Wie in 3 und 4 gezeigt, können daher zwei oder mehr parallele Konstantkraft-Federspulen gleichzeitig um die Nabe 23 gewickelt werden, um eine ausreichende Menge Kraft bereitzustellen und durch Aufteilen der Kraft zwischen mehreren Federn die erwartete Lebensdauer zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen biete jede der Federspulen des Konstantkraft-Federantriebs eine Kraft von mindestens 0,05 N. Die Vergrößerung des Durchmessers der Nabe 23 reduziert die Belastung der Konstantkraftfedern, wodurch die Lebensdauer erhöht wird. Es versteht sich, dass ein Maximaldurchmesser der Nabe 23 und des Satzes der Konstantkraft-Federspulen 22 existiert, der in den Mikrometerhauptrahmen 4 passt. Es versteht sich, dass in der Praxis eine Begrenzung der Anzahl der Konstantkraft-Federspulen vorhanden ist, die um die Nabe 23 gewickelt werden können, da jede Federspule den Durchmesser des Konstantkraft-Federantriebs 21 beim vollständigen Aufwickeln vergrößert. In einigen Ausführungsformen weist im vollständig aufgewickelten Zustand der Konstantkraft-Federantrieb 21 einen Durchmesser auf, der kleiner als 35 mm ist. Darüber hinaus kann die Länge jeder Federspule ebenfalls ein beschränkender Faktor sein, da jede Windung um die Nabe 23 den Gesamtdurchmesser des Konstantkraft-Federantriebs 21 vergrößert. In einigen Ausführungsformen weist der Konstantkraft-Federantrieb 21 Material auf, welches mindestens 5 mm länger ist als der Bewegungsbereich der Spindel 3. Beispielsweise kann ein typisches Mikrometer eine Spindel aufweisen, die sich über einen Bereich von 30 mm bewegt, und daher hat in diesen Ausführungsformen im vollständig ausgezogenen Zustand jede Federspule weniger als 35 mm Länge. Die Breite jeder Federspule muss unter Berücksichtigung der räumlichen Einschränkungen betrachtet werden, da eine eingeschränkte Breite zwischen der Elektronikplatine 8' und dem Hauptrahmen 4 vorhanden ist. Es versteht sich, dass in der Praxis eine Beschränkung hinsichtlich der Breite des Satzes der Konstantkraft-Federspulen 22 vorhanden ist, die es den Federspulen erlaubt, in den Mikrometerhauptrahmen zu passen. In einigen Ausführungsformen weist der Konstantkraft-Federantrieb 21 eine Breite auf, die höchstens 25 mm beträgt. Federspulen sind allgemein im Hinblick auf die Anzahl der Aufwickel- und Abwickelvorgänge vor dem mechanischen Versagen auf eine beschränkte Lebensdauer ausgelegt. Beispielsweise sind Federn der Serie L von Vulcan Spring, Telford, PA auf 25.000 Vorgänge ausgelegt. Die Nennlebensdauer wird allgemein reduziert, wenn Federspulen durch einen Stift oder dergleichen umgelenkt werden, da dies eine zusätzliche Belastung für die Konstantkraftfedern darstellt. Um die Nennlebensdauer des Konstantkraft-Federantriebs 21 aufrechtzuerhalten, verlaufen in einigen Ausführungsformen die Konstantkraft-Federspulen parallel zur Richtung der Spindel. Daher sind Konstantkraft-Federspulen, die parallel zur Richtung der Spindel verlaufen, in einer Ausführungsform eingeschlossen.
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4 ist eine Darstellung des Satzes von Konstantkraft-Federspulen 22 aus 3. In der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst der Satz der Konstantkraft-Federspulen 22 Konstantkraft-Federspulen 22A, 22B und 22C. Es versteht sich, dass diese Ausführungsform nur beispielhaft und nicht einschränkend ist. Jeder Satz von Konstantkraft-Federspulen, der mindestens zwei Konstantkraft-Federspulen aufweist, kann in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Prinzipien verwendet werden. Ferner ist es in einigen Ausführungsformen wünschenswert, dass ein derartiger Satz Konstantkraft-Federspulen den im Hinblick auf 3 beschriebenen und in weiteren Einzelheiten in Bezug auf 5 beschriebenen Parametern folgt.
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5 ist eine Querschnittsdarstellung der in den 1 bis 4 gezeigten Mikrometerschraube 1 entlang der Linie C-C. Die Dicke jeder Konstantkraft-Federspule oder genauer ausgedrückt die Summe ihrer Dicken ist ein begrenzender Faktor bei der Konstruktion der Mikrometerschraube 1. Wie 5 zeigt, umfasst der Satz Konstantkraft-Federspulen 22 Federspulen mit Dicken, die sich zu einer Gesamtdicke t addieren. Die Gesamtdicke t muss klein genug sein, dass das Ende der Schraube 25 zwischen das Skalenelement 30 und den Hauptrahmen 4 passt. In einigen Fallen kann dies eine sehr enge Raumtoleranz lassen, um ein funktionsfähiges Mikrometer bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann jede Spule des Satzes der Konstantkraft-Federspulen 22 Material aufweisen, welches höchstens 0,4 mm dick ist. Somit ist in einer Ausführungsform mit zwei parallelen Konstantkraft-Federspulen die Gesamtdicke t geringer als 0,8 mm, oder in einer Ausführungsform mit drei Spulen (z. B. der in 4 gezeigten Ausführungsform) ist die Gesamtdicke t geringer als 1,2 mm.
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6 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung der in den 1 bis 5 gezeigten Mikrometerschraube 1, die zusätzliche Einzelheiten zeigt. Wie 6 zeigt, ist der Betätigungsknopf 17 so konfiguriert, dass er die Spindel zu dem Amboss hin oder von diesem weg bewegt, wenn er den Stift 18 durch eine Nut 20 in dem Griffelement 16 bewegt.
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Zahlreiche Variationen der dargestellten und beschriebenen Anordnungen der Merkmale und Betriebsabläufe sind für den Fachmann auf der Grundlage dieser Offenbarung offensichtlich. Somit versteht sich, dass darin verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne den Gedanken und Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands zu verlassen.
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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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- US 1132704 [0002]
- US 3849890 [0002]
- US 4485556 [0002]
- US 4561185 [0002]
- US 8091251 [0002]
- US 5495677 [0002, 0022]
- US 4035922 [0003, 0006]
- US 5026164 [0028]
