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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluid-führendes System, insbesondere ein Kühlmittelsystem.
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Aufgrund der wachsenden Komplexität bei gleichzeitigen Beschränkungen hinsichtlich eines zur Verfügung stehenden Bauraums ist aus Fluid-führenden Systemen bekannt, dass sich innerhalb eines derartigen Systems Gasansammlungen bilden können. Diese Ansammlungen können sich während des Betriebes oder aufgrund einer nur unzureichend durchführbaren Entlüftung an einem Punkt, der in einer Einbaulage relativ zu seiner Umgebung am höchsten gelegen ist, oder an mehreren derartigen Punkten bilden.
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Gerade bei den Fluid-führenden Systemen moderner Kraftfahrzeuge ist bekannt, dass bei den immer komplexer werdenden Kühlmittelsystemen bzw. Kühlmittelkreisläufen und enger werdenden Bauräumen häufig eine Stutzenlage an einzelnen wesentlichen Fluid- bzw. medienführenden Bauteilen, wie z. B. einem senkrecht stehenden Wärmetauscher und/oder ungünstige Niveaus der jeweiligen Zu- und Abläufe zueinander zu relativ zum Bauteil selber, nicht immer optimal zur Entlüftung des jeweiligen Bauteiles geeignet ist. Dadurch können sich teilweise erhebliche Restluftmengen in den Bauteilen sammeln, die dauerhaft nicht ausgeschieden werden können. Durch derartige Ansammlungen von Restluft wird die Kühlfunktion des Kühlers beeinträchtigt und es kann bereits durch geringere Gasansammlungen zu unerwünschten Geräuschentwicklungen durch Luftblasen im Kühlkreislauf kommen, insbesondere störende, an Leckage erinnernde Plätschergeräusche. Ferner kann es durch Ansammlungen von Restluft in ungünstigen Fällen auf Dauer zu Korrosion, zu bereichsweise fortschreitend unzureichender Kühlung und Überhitzung, zu Rissen oder Leckagen in folge eines Thermoschocks oder z. B. durch thermische Spannungen zu anderweitigen Schäden an dem Kühler kommen.
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Aus dem Stand der Technik sind diverse Ansätze zur Entgasung oder zur Entlüftung eines Fluid-führenden Systems der vorstehend genannten Art bekannt. So offenbart die
US 4592418 A die Anordnung eines Ausgleichsgefäßes im Bereich eines Abflusses eines Wärmetauschers, um darin gezielt Luft zu sammeln. Dazu ist das Ausgleichsgefäß in eine Sammelkammer für Luftblasen und ein eigentliches Ausgleichsgefäß unterteilt, die über einen Siphon miteinander verbunden sind. Im Betrieb dieses Wärmetauschers wird in dem Ausgleichsgefäß ein Unterdruck erzeugt, durch den sich sammelnde Luftblasen durch den Siphon in die Ausgleichskammer eingesogen werden, um dort auch nach einem Abschalten des Betriebs sicher zu verbleiben.
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Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet auch eine Vorrichtung gemäß der Offenbarung der
EP 29373 A1 . Durch diese Konstruktion ist einerseits stets ein Ablauf wesentlich niedriger als ein Zulauf vorgesehen, zum andern macht es neben endseitigen Tanks auch das Vorhandensein eines zu einer äußeren Atmosphäre hin entleerbaren Auffangbehälters erforderlich. Beiden konstruktiven Forderungen kann in der heutigen Praxis aus Platzgründen nicht immer nachgekommen werden.
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Die Lehre der
DE 10 2012 006 518 A1 sieht ein gezieltes Absaugen einer Gasansammlung in einem in einer Einbaulage relativ zu seiner Umgebung am höchsten gelegen Punkt eines Kühlmittelkreislaufes dadurch vor, dass eine Saug- bzw. Entlüftungsleitung hier ansetzt, die mit einer Venturi-Düse verbunden ist. Für ein Funktionieren bzw. Abpumpen einer Gasansammlung durch einen Unterdruck in der Entlüftungsleitung ist eine relativ hohe Fließgeschwindigkeit im Bereich einer Düse erforderlich. Diese Düse stellt damit einen vergleichsweise hohen zusätzlichen Widerstand innerhalb des Kühlmittelkreislaufes dar.
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Auch die
US 7,681,537 B2 offenbart eine Vorrichtung zur Absaugung einer Gasansammlung in einem in einer Einbaulage relativ zu seiner Umgebung am höchsten gelegen Punkt eines Kühlers. Ähnlich der Lehre der
DE 10 2012 006 518 A1 ist an einen Ablauf des Kühlers anschließend eine Venturi-Düse vorgesehen, durch die ein zur Absaugung der Gasansammlung an dem relativ zu seiner Umgebung am höchsten gelegen Punkt erforderlicher Unterdruck erzeugt wird.
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Die vorliegende Erfindung hat das Ziel hier Abhilfe in Form einer gegenüber Vorrichtungen nach dem Stand der Technik kompakter bauenden Vorrichtung unter Steigerung der Effizienz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein. Fluid-führendes System, insbesondere ein Kühlmittelsystem oder eine Komponente daraus bzw. ein Bauteil, mit mindestens einem Punkt, der in einer Einbaulage relativ zu seiner Umgebung zwischen einem Zulauf und einem Ablauf am höchsten gelegen ist, dadurch gekennzeichnet ist, dass der geodätisch höchste Punkt des betreffenden Bauteils in einem Bereich nahe des Ablaufs und auf kurzem Weg mit dem Ablauf verbunden ist.
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Damit wird erfindungsgemäß von dem Grundgedanken ausgegangen, dass es zur dauerhaften Vermeidung von Gasansammlungen an einem Bauteil bzw. einer Komponente als Teil eines Fluid-führendes Systems ausreichend ist, Gasansammlungen über einen jeweiligen Fluidaustritt abzutransportieren. Weiter wird auch davon ausgegangen, dass es in Richtung einer Fließrichtung des Kühlfluids an einem Ablauf zu einer größeren Gasansammlung als am Zulauf kommen kann, was durch konstruktive Maßnahmen noch unterstützt werden kann. Damit wird die Möglichkeit einer zentralen Sammlung gegeben, wobei sich in einem Fluid-führenden System zahlreiche in einer Einbaulage relativ zu einer jeweiligen Umgebung zwischen einem Zulauf und einem Ablauf am höchsten gelegene Stellen bzw. Punkte ergeben können.
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Einen grundsätzlich möglichst kurzen Weg schafft bereits die Auswahl eines geodätisch höchst gelegenen Punktes des betreffenden Bauteils in einem Bereich nahe dem Ablauf. Im Vergleich zu einer derartigen Lösung stellt einer Lehre gemäß der Offenbarung der
US 7,681,537 B2 in
3 eine Möglichkeit zur Maximierung einer derartigen Weglänge dar. Hier ist ein mit diesem deutlich längeren Weg verbundener Druckverlust bzw. eine Drosselwirkung einer langen und dünnen Leitung wohl nur durch den Einsatz einer Venturi-Düse kompensierbar. Wie mit Blick auf die Offenbarung der
DE 10 2012 006 518 A1 vorstehend bereits ausgeführt, so stellt eine Düse einen vergleichsweise hohen zusätzlichen Widerstand innerhalb des Kühlmittelkreislaufs dar. Nach Absaugung einer Gasansammlung fördert einer Vorrichtung gemäß der Offenbarung der
US 7,681,537 B2 unter steter Einwirkung der Venturi-Düse zudem Kühlfluid vom Zufluss unter Umgehung des eigentlichen Kühlers hinter den Abfluss und mindert damit die Effizienz des Kühlers.
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Mit vergleichsweise geringem Aufwand wird hingegen erfindungsgemäß eine Ansammlung von Gas oder eine während eines Betriebes sogar anwachsende Ansammlung von Gasmengen durch eine Verbindung auf kurzem Weg, d. h. mit einer möglichst geringen Länge der Verbindung, mit dem Ablauf dadurch unterbunden, dass nahezu jede Gasansammlung aufgrund der in einem laufenden Betrieb herrschenden Druckverhältnisse angesaugt und aus dem betreffenden Bauteil eines Fluid-führenden Systems heraus mitgeführt werden. Eine prinzipiell gegebene räumliche Nähe zwischen dem geodätisch höchst gelegenen Punkt und dem Auslass eröffnet die Möglichkeit einer grundsätzlich möglichst kurzen Verbindungsweges. Das wiederum ist mit einem grundsätzlich geringeren Strömungswiderstand verbunden. Im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik wird nach Abführung angesammelter Gasmengen nur Fluid aus einem Austrittsbereich des Bauteils zum Ablauf hin überführt. Ist das Bauteil ein Kühler, so bleibt hierdurch der Wirkungsgrad also vorteilhafterweise weitgehend unbeeinträchtigt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Demnach ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der geodätisch höchste Punkt mit dem Ablauf über eine Entlüftungsleitung separat verbunden. So ergibt sich eine zudem nur geringe bauliche Veränderung an einem erfindungsgemäß zu erweiternden Bauteil bzw. einer Komponente.
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Vorzugsweise ist der geodätisch höchst gelegene Punkt mit dem Ablauf über eine Entlüftungsleitung verbunden, die innerhalb des betreffenden Bauteils angeordnet ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein zusätzlicher Platzbedarf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch weitgehend vernachlässigbar, dass der geodätisch höchste Punkt mit dem Ablauf über eine Entlüftungsleitung verbunden ist, die als separates Element außerhalb des Bauteils fixiert ist. Gemäß dieser Lösung ist eine bauliche Änderung an einem betreffenden Bauteil bzw. einer Komponente als Teil eines Fluid-führendes Systems minimal. Dem Fachmann sind zugleich ausreichend Möglichkeiten einer dauerhaft dichten Fixierung einer entsprechenden Entlüftungsleitung unter Anpassung an jeweils verwendete Werkstoffe bekannt. Damit sind auch vorhandene Bauteile in einfacher Art und Weise erfindungsgemäß nachrückbar.
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In einem besonders bevorzugten Einsatzfall ist das Bauteil als Kühler ausgeführt, insbesondere in Form eines Röhrenwärmetauschers. Hierbei treten die Effekte einer Gasansammlung im Bereich eines Ablaufs besonders stark auf, zumal es grundsätzlich möglich ist, dass an dem Bauteil der Zulauf auf gleicher Höhe oder sogar geodätisch unterhalb des Ablaufs angeordnet ist. Für Planung und Einbau insbesondere im Kfz-Bereich mit seinen zahlreichen Restriktionen hinsichtlich Form und Platzbedarf eines Bauteils sind damit zusätzliche Freiheitsgrade gewonnen worden, wobei eine Anordnung des Ablaufs geodätisch oberhalb des Zulaufs auch den Vorteil einer möglichen Verkürzung einer Abstandes zu einem geodätisch höchst gelegenen Punkt mit der sich dort ausbildenden Gasansammlung hat. Damit wird eine Länge einer Entlüftungsleitung weiter reduziert, sei sie nun separat oder bauteilintern ausgeführt.
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Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
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1: eine seitliche Ansicht eines bekannten Kühlers eines Kraftfahrzeugs mit Antrieb durch eine Brennkraftmaschine mit Darstellung einer durch eine Gasansammlung verminderte Füllung und
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2: eine Ansicht gemäß 1 mit skizzierter Darstellung einer intern oder alternativ extern zwischen einem geodätisch höchsten Punkt und einem Ablauf verlaufenden Entlüftungsleitung.
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Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Kühlers ohne jede Beschränkung auf diesen Anwendungsfall veranschaulicht. Einem Fachmann sind je nach Anwendungsfall weitere Einsatzfälle innerhalb eines Fluid-führendes Systems erkennbar, die einen gezielten Abtransport von Gasansammlungen zu einem stationären Sammelpunkt wünschenswert und für einen dauerhaften Betrieb eines derartigen Systems erforderlich machen.
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Die Skizze von 1 stellt einen Ausschnitt einer seitlichen Ansicht eines bekannten Kühlers eines Kraftfahrzeugs dar. Der Kühler dient als Bauteil 1 bzw. wesentliche Komponente eines Kühlmittelsystems für eine ausreichende Kühlung eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugantriebs z. B. durch eine Brennkraftmaschine. Der gewählte Ausschnitt zeigt einen Zulauf 2 und einen Ablauf 3 des Bauteils 1 unter Andeutung eines sich daran anschließenden Röhren-Wärmetauschers 4. Hier ist der Zulauf 2 geodätisch unterhalb des Ablaufs 3 angeordnet.
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In der Abbildung von 1 mit eingezeichnet ist eine sich in einem laufenden Betrieb ausbildende Gasansammlung 5 unter skizzierter Darstellung ihrer Ausdehnung. Eine im Kühler zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 3 herrschende Strömung bewirkt zusammen mit den physikalischen Eigenschaften von Gasen eine Ansammlung von Gasbläschen an einem in einer Einbaulage relativ zu seiner Umgebung zwischen dem Zulauf 2 und dem Ablauf 3 am höchsten gelegen Punkt 6.
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Die Gasansammlung 5 verursacht von dem Punkt 6 fortschreitend eine verminderte Füllung und damit herabgesetzten Kühlleistung des Kühlers 1 zumindest in einem Bereich, der durch eine Grenzfläche 7 zwischen Fluid bzw. Kühlmittel und Gas umrissen ist. Zu einem Ablaufstutzen 8 des Kühlers 1 hin würde ein sich weiter ansammelndes Gas durch den Ablauf 3 hinausgespült werden.
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Damit kann in dem in 1 dargestellten Kühler 1 in einem Bereich A der Gasansammlung 5 neben einer zusätzlichen Geräuschentwicklung auf Dauer auch Korrosion auftreten. Das kann langfristig betrachtet auch zu einer Leckage führen.
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Analog der Darstellung von 1 sind nun in 2 zwei erfindungsgemäße Ausführungsformen skizziert, die eine sich im laufenden Betrieb ausbildende Gasansammlung 5 innerhalb des Kühlers 1 weitgehend unterbinden. Hierzu ist im Bereich A der relativ zu seiner Umgebung zwischen Zulauf 2 und Ablauf 3 am höchsten gelegene Punkt 6 über eine Entlüftungsleitung 9 zu dem Ablaufstutzen 8 des Kühlers 1 hin direkt verbunden. Ein im Betrieb herrschender Druckunterschied führt nun zu einer Absaugung der Gasansammlung 5 im Bereich eines oberen Endes 10 der Entlüftungsleitung 9. Eine Länge l der Entlüftungsleistung 9 wird auch dadurch kurz gehalten, dass der am höchsten gelegene Punkt 6 und der Ablauf 3 nahe zueinander angeordnet liegen, so dass auch eine dünne Entlüftungsleitung 9 bzw. ein durch einen geringen Rohrquerschnitt hervorgerufener hohe Strömungswiderstand bei den herrschenden Druckverhältnissen grundsätzlich ein Abfließen einer Gasansammlung 5 aus dem Bereich A sicherstellt. Ein Vergleich der sich so im Betrieb ergebenden Grenzfläche 7 zwischen Fluid bzw. Kühlmittel und Gas mit der aus 1 zeigt eine geradezu verschwindend kleine verbleibende Gasansammlung 5 im Bereich A. Damit wird in dieser Ausführungsform der Erfindung eine sich im laufenden Betrieb ausbildende Gasansammlung 5 innerhalb des Kühlers 1 so weit als sinnvoll und möglich unterbunden.
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Die Entlüftungsleitung 9 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung innerhalb des Kühlers 1 als betreffendes Bauteil eines nicht weiter dargestellten Fluidkreises angeordnet. Damit wird vorteilhafter Weise gar kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Es müssen aber die Formen zur Herstellung der entsprechenden Bereiche des Kühlers 1 angepasst werden. Als Alternative hierzu ist in 2 eine Entlüftungsleitung 11 eingezeichnet, die als separates Element außerhalb des Kühlers 1 fixiert ist. Dazu ist die Entlüftungsleitung 11 und mit dem oberen Ende 10 gleichfalls mit dem relativ am höchsten gelegen Punkt 6 des Kühlers 1 verbunden. Mit einem entgegengesetzten Ende 12 ist die Entlüftungsleitung 11 fast senkrecht in den Ablaufstutzen 8 des Kühlers 1 angebracht. Es ist hier also nicht die Ausbildung einer Venturi-Düse erforderlich, um einen zur Absaugung einer Gasansammlung erforderlichen Unterdruck zu erzeugen. Zugleich ist der Strömungswiderstand des Entlüftungsleitung 11 auch aufgrund der geringen Länge l so niedrig, dass sich im Betrieb eine bereits zu diesem Zwecke ausreichend große Druckdifferenz einstellt.
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Weiter vorteilhaft ist, dass auch bei weitgehender Beseitigung einer Gasansammlung im laufenden Betrieb zwar weiter auch Kühlmittel über die Entlüftungsleitung 9, 11 aus dem Bauteil hin zum oder hinter den Auslass 3 geführt wird, wobei hierdurch jedoch keiner grundsätzliche Minderung der Effizienz bzw. des Wirkungsgrades des Kühlers 1 selber hervorgerufen wird. Im Unterschied zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik wird erfindungsgemäß Fluid aus dem Bereich des Ablaufs 3 durch eine Art von Bypass abgeleitet, das prinzipiell auf die Temperatur abgekühlt sein sollte, die auch das quasi regulär dem Bauteil 1 durch den Ablauf 3 fließende Fluid haben sollte. Es tritt also keine Minderung des erwünschten Kühleffekts an dem Fluid auf.
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Ferner benötigt die vorstehend beschriebene Lösung in einem vernachlässigbaren Ausmaß zusätzlichen Bauraum im Bereich des Kühlers 1, wobei ein Verlauf einer derartigen Entlüftungsleitung 11 jeweiligen Erfordernissen und Möglichkeiten mit Blick auf verfügbaren Bauraum angepasst werden kann. Zudem ist eine solche Lösung ohne Austausch des Kühlers 1 über nur zwei Bohrungen an den vorstehend genannten Stellen und eine darin dauerdichte Fixierung der Entlüftungsleitung 11 nachrüstbar.
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Damit sind vorstehend zwei Lösungsmöglichkeiten gezeigt worden, um Restluft aus einem Kühlmittel-führenden Bauteil, wie hier z. B. einem Kühler 1, durch eine Entlüftungsleitung 9, 11 zu entfernen. Die Entlüftungsleitung 9, 11 verbindet innerhalb oder außerhalb des betreffenden Bauteils 1 verlaufend den geodätisch höchsten Punkt 6 mit der sich dort im Betrieb ansammelnden Luft mit dem jeweiligen Kühlmittelauslass 3. Durch die Druckverhältnisse wird die Luft durch die Entlüftungsleitung 9, 11 angesaugt oder in diese hineingezogen und jenseits des Kühlmittelauslasses 3 zu einem separaten und hier nicht weiter dargestellten Ausgleichsbehälter innerhalb des Kühlkreislaufs mitgeführt. Die Unterschiede in einer jeweiligen Länge l der beiden vorstehend angegebenen Bauformen der Entlüftungsleitung 9, 11 können hierbei grundsätzlich vernachlässigt werden.
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Das vorstehend beschriebene Lösungskonzept ist für beliebig viele Bauteile innerhalb eines Fluid-Kreislaufes anwendbar, so dass mit weitestgehende Entlüftung während des Betriebs des betreffenden Fluid-Kreislaufes bei geringem Aufwand an Um- oder Nachrüstung sowie kaum nennenswerter Einbußen in der Effizienz der Kühlungsfunktion möglich ist. Ferner ist so nur ein Sammelbehälter für in einem Fluid-Kreislauf enthaltenes Gas bzw. Luft vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil/Komponente eines Kühlmittelsystems/Kühler
- 2
- Zulauf
- 3
- Ablauf
- 4
- Röhren-Wärmetauscher
- 5
- Gasansammlung
- 6
- relativ zu seiner Umgebung am höchsten gelegen Punkt
- 7
- Grenzfläche Fluid/Gas
- 8
- Ablaufstutzen
- 9
- Entlüftungsleitung innerhalb des Bauteils 1
- 10
- oberes Ende der Entlüftungsleitung
- 11
- Entlüftungsleitung außerhalb des Bauteils 1
- 12
- entgegengesetztes Ende der Entlüftungsleitung 11 im Ablaufstutzen 8 des Bauteils 1
- A
- Bereich nahe des Ablaufs 3
- l
- Länge der Entlüftungsleitung 9, 11
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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 4592418 A [0004]
- EP 29373 A1 [0005]
- DE 102012006518 A1 [0006, 0007, 0011]
- US 7681537 B2 [0007, 0011, 0011]
